Побудова кривої площ і об’ємів

 

Основою для побудування кривої забезпечення площі водосховищ, є топографічна зйомка ділянки річки, де у майбутньому побудують водосховище, виконане в масштабі.

 

Суть побудови кривої площ зводиться до:

1. Розмічаються розрахункові горизонталі;

2. Знаходиться найменша точка поверхні землі Z₀, таблиця №1;

3. Для кожної розрахункової горизонталі знаходиться площа дзеркалаF_i;

4. За отриманими парами значень (Z_i; F_i) на міліметрівці будується крива площ F=f (Z).

 

Суть розрахунків для побудови кривої об’ємів:

1. При знайденій мінімальній поверхні землі Z₀ об’єм W₀ завжди рівний нулю;

2. Весь можливий об’єм водосховища, суміжними розрахунками горизонталей, розбивається на окремі шари, що обмежений нижньою площею дзеркала F_i та верхньою площею водяного дзеркала F_i+1. Приймаємо висоту шару Δh, таблиця №1, і тоді об’єм шару:

.

3. Об’єм водоймища ;

4. Після розрахунків отримали пару значень (Z_i; W_i), за якими будується крива об’єму.

 

Розрахунок кривих площі та об’єму занести до таблиці 4.3.

В цій роботі гідрологічні розрахунки проводились при слідуючи вихідних даних:

Таблиця 4.1.

 

Відомості про гідротехнічну споруду (водосховище)

 

Мінімальна відмітка поверхні землі, м	Висота шару, м	Максимальна відмітка поверхні землі
Z0 = 25	Δh = 6	Z(ПФУ) = 79

 

Для того, щоб знайти на початковій стадії проектування водосховища його приблизний об’єм, попередньо будують криві площі та об’єму.

Криві площ показують графічну залежність площі дзеркала водосховища від рівня води: F = f(Z), площі дзеркал шарів від нульового до одинадцятого наведені у таблиці 4.2.

Криві об’ємів дають залежність об’ємів водосховища від рівня води: W = f₂(Z).

 

Таблиця 4.2.

Площа дзеркала шару за відмітками

Площа дзеркала F,тис. м^2 (за відмітками горизонталей)
	0,033	0,28	1,03	2,53	5,53	10,53	18,53	26,53	35,03	48,53	65,03

 

 

Таблиця 4.3.

Розрахункова таблиця

Відмітки Розрахункових Горизонталей Z, м	Площа Дзеркала F, тис.м^2	Середня площа Дзеркала Fср, тис.м^2	Висота Шару Δh, м	Об’єм Шару ΔW, тис.м^3	Об’єм W, тис.м^3
Zi = Z0+Δh∙i	Таблиця № 4.2.		Таблиця № 4.1.		W0 = 0
		0,0165		0,099
	0.033	0,1565		0,939	0,939
	0.28	0,655		3,93	4,869
	1.03	1,78		10,68	14,61
	2.53	4,03		24,18	34,86
	5.53	8,03		48,18	72,36
	10.53	14,53		87,18	135,36
	18.53	22,53		135,18	222,36
	26.53	30,78		184,68	319,86
	35.03	17,515		105,09	424,95

Висновки:

Розрахунок розрахункових рівнів та об’ємів водосховища при обмеженому можливому об’ємі

 

Обмеження можливого об’єму водосховища визначається максимально можливим рівнем ФПУ_Р% у надзвичайних умовах експлуатації, для IV класу капітальності, перевищення цього рівня неприпустимо із-за можливого затоплення території вище цієї позначки або високого підтоплення берегів.

Дана робота виконується при наступних вихідних даних:

1. Максимально допустима позначка рівня води водосховища, тобто ФПУ_1% - Z_ФПУ = 79 м;

2. Час експлуатації водосховища Т = 65 років;

3. Середній багаторічний приток водосховища W₀ = 157,8·10³ м³ [1.1.5];

4. Каламутність річки г/м^3;

5. Втрати на фільтрацію за місяць у % від середнього об’єму – 0,80;

6. Втрати на випаровування з 1 км² площі дзеркала – 492,5·10⁶ м³ [1.1.7];

7. Об’ємна щільність відкладених у воді наносів т/м³;

8. Коефіцієнт заповнення мертвого об’єму наносами – 0,75.

Метою роботи є розрахунок корисної дії водосховища. Базою для визначення розрахункових рівнів та об’ємів водосховища є криві площ та об’ємів [1.4, рис 3].

1. Визначаємо потрібний мертвий об’єм за формулою:

- об’ємна густина, відкладених у воді наносів;

- коефіцієнт заповнення мертвого об’єму наносами.

.

 

2. Знаходимо повний об’єм водосховища за даною відміткою Z_{ФПУ 1%}=79:

W_пол = 424,95 тис. м³, [1.4].

 

3. Назначаємо об’єм форсування водосховища:

W_фор = (0,4 0,7) W_{пав Р%};W_фор < W’_{пав Р%};W_фор .

 

4. Об’єм форсування відкладаємо на шкалі об’ємів (рис.3), знаходимо позначку Z_МПУ = 54,5 м.

 

5. Тоді корисний об’єм рівний:

W_ПЛЗ = W_ПОВ – W_ФОР – W_МО ;W_ПЛЗ = 424,95 – 355,67 – 1,432724 = 67,85 тис м³.

6. Визначаємо середній об’єм:

.

W_ср = (1,432+67,85)/2=34,64 тис м³.

 

7. Визначаємо втрати на фільтрацію:

.

.

 

8. Тоді реальний корисний об’єм водосховища рівний:

W_РПЛЗ = W_ПЛЗ – W_ПОТ.Ф.

W_РПЛЗ = 67,85 – 4,57 = 63,28 тис. м³ .

 

9. Втрати на виправлення рівні:

.

h_ВИП = 0,4925 м [1.1.7]; F_cp = 10.0 тис. м².

Тоді: W_П.ВИП = .

 

10. Загальні втрати дорівнюють:

W_П.ЗАГ = W_ПОТ.Ф + W_П.ВИП .

W_П.ЗАГ = 4,57 + 4,925 = 9,495 тис. м³.

 

Таким чином корисна дія розрахункового водосховища сягає 9,495 тис. м³.

 

Висновки:

ГІДРОМЕТРІЯ

 

Вимірювання середніх швидкостей за глибиною. Побудова ізотах.

 

Метою цієї роботи є побудова поперечного розрізу річки, вимірювання середньої швидкості за глибиною, побудови ізотах.

Для побудови ізотах скористаймося таблицею 1.1. Для заданої максимальної швидкості вона матиме вигляд

Таблиця 1.1.

Швидкості на промірних вертикалях

Глибини вимірювань	Швидкості на промірних вертикалях
Біля поверхні	1,20	1,68	1,89	2,0	1,65	1,47	1,10
0.2h	1,10	1,47	1,86	1,89	1,74	1,26	0,84
0.6h	0,63	1,05	1,74	1,74	1,10	1,05	0,63
0.8h	0,42	0,63	1,10	0,84	0,65	0,84	0,42
Біля дна	0,20	0,42	0,63	0,21	0,31	0,42	0,20

 

По штанзі або тросу з позначками, вертушка встановлюється на потрібну глибину (0,2h, 0,6h...). За допомогою стабілізатора вона автоматично орієнтується проти течії лопатевого колеса. Вертушка приєднується до електричної мережі, через контактний апарат, що замикає електричну мережу через певну кількість обертів лопатевого колеса. Кількість обертів за певний проміжок часу визначається за спалахами лампочки або дзвінка.

Таким чином за допомогою вертушка фіксують кількість обертів лопатевого колеса за хвилину – n. Переведення кількості обертів за хвилину проводиться за тарировочним графіком, що надається до кожної окремої вертушки заводом-виробником.

 

Вимірювання швидкостей виконується наступним чином:

1. Намічається та фіксується промірний створ I – I.

2. За промірним створом проводиться вимірювання глибини.

3. за виміряними глибинами викреслюється поперечний розріз річки на міліметрівці у викривленому масштабі.

4. На виверченому поперечному розрізі на переломах дна намічаються промірні вертикалі.

5. В намічених промірних вертикалях не менше ніж в 5 точках за глибиною проводиться вимірювання швидкостей вертушками.

6. За виміряними швидкостями для кожної промірної вертикалі будують епюри розміщення швидкостей, за якими знаходять середні швидкості за вертикалями.

Ізотахи – лінії рівних швидкостей в течії води. Вони будуються на викресленому на міліметровому папері поперечному розрізі річки. Для цього на поперечному розрізі річки в точках гострого перелому дна намічаються промірні вертикалі (І,ІІ,ІІІ...). В кожній наміченій вертикалі проводиться вимірювання швидкостей по глибині не менше як в 5 точках вертушками. Далі на промірних вертикалях креслення поперечного розрізу річки тимчасово наносяться величини виміряних швидкостей в м/с (дані беруть з таблиці 1.1.). За виміряними швидкостями по інтерполяції з інтервалом 0,2 м/с проводяться ізотахи. Точки з однаковими швидкостями з’єднуємо плавною кривою (рис.5).

Максимальна глибина поперечного розрізу річки h = 54 м,[пр. р. №4].

Середню швидкість по глибині для кожної промірної вертикалі визначають за формулою:

V= , (16)

де: F - площа побудованої розподілу швидкостей по глибині.

За поперечним розрізом ріки (рис.4) визначають глибину кожної промірної вертикалі:

h = 11 м; h = 32 м; h = 43 м; h = 54 м; h =44 м; h =33 м; h =10 м.

Щоб знайти F , кожна епюра ділиться на 4 частини – трапеції. Тоді F визначають за формулою:

F = F + F + F + F . (17)

А площа кожної трапеції визначається як:

F= ∙h. (18)

де: h - висота трапеції; а – верхня основа трапеції; b – нижня основа трапеції.

Тоді використовуючи формули (17) і (18), отримаємо:

1. F = ; F = ;

F = ; F = ;

F =2,53+1,903+2,31+0,682=7,425 м

 

 

2. F = ; F = ;

F = ; F = ;

F =10,08+16,128+5,376+3,36=34,944 м

 

 

3. F = ; F = ;

F = ; F = ;

F =16,125+30,96+12,212+7,439=66,736 м .

4. F = ; F =

F = ; F =

F =21,006+39,204+13,932+5,67=79,812 м .

5. F = ; F = ;

F = ; F = ;

F =14.916+24.992+7.7+4.224=51.832 м .

 

6. F = ; F = ;

F = ; F = ;

F =9.009+15.246+6.237+4.158=34.65 м .

7. F = ; F = ;

F = ; F = ;

F =1.94+2.94+1.05+0.62=6.55м .

За формулою (16) визначаємо середні швидкості по глибинам для кожної трапеції: V = 7.425 / 11 = 0.675 м/с; V = 34.944 / 32 = 1.092 м/с;

V = 66.736 / 43 =1.552 м/с; V = 79.812 / 54 = 1.478 м/с;

V = 51.832 / 44= 1.178 м/с; V = 34.65 / 33 = 1.05 м/с;

V = 6.55 / 10 = 0.655 м/с.

Отримані швидкості по глибині відкладаємо в вигляді відрізків у вибраному масштабі швидкостей від рівня води для кожної промірної вертикалі. Кінці відрізків з’єднуємо прямими – отримуємо лінію середніх швидкостей (рис.6).

Таким чином, середні швидкості по глибині ріки дорівнюють:

V =0.675м/с; V =1.092 м/с; V =1.552 м/с; V =1.478 м/с; V =1.178 м/с;

V =1.05 м/с; V =0.655 м/ с.

Висновки:

Вимірювання витрати річки

 

Оскільки одним з основних параметрів річки є її витрата, тобто та кількість води, що проходить крізь певний переріз за одиницю часу. Тому саме ця розрахунково-графічна робота, відведена на визначення такого параметру, як витрата. Адже, як в процесі розрахунку, ми побачимо, що це досить великі цифри, про які потрібно знати і враховувати.

Визначивши попередньо в розрахунково-графічній роботі 6 середні швидкості в промірних вертикалях та глибину промірної вертикалі, тепер можемо визначити для кожної промірної вертикалі питому витрату на 1 м ширини промірного створу (м²/с):

q_n = V_n · h_n, (19)

де: V_n – середня швидкість за глибиною річки (у відповідності до розрахунково-графічної роботи 6); n – 1, 2, 3, 4, 5, 6.; h_n – глибина річки на відповідній промірній вертикалі (у відповідності до розрахунково-графічної роботи 6).

Тоді питома витрата даної річки визначається за формулою (19) і буде дорівнювати: м²/с; м²/с;

м²/с; м²/с; м²/с; м²/с; м²/с.

 

Отримані дані питомих витрат на кожній промірній вертикалі зображуємо на графіку, відкладаючи їх у вигляді відрізків від рівня води, в обраному масштабі. Кінці питомих витрат відкладених на графіку, з’єднуємо прямими. Отримана лінія називається кривою питомих витрат, рис.6.

 

Витрата нашої річки у даному промірному створі вираховується за формулою, як площа, що замкнена між рівнем води річки та кривою питомих витрат річки у даному промірному створі. Розбивши цю площу на прості відомі фігури, та обчисливши їх, отримаємо повну витрату річки у даному промірному створі, що складиме:

. (20)

,

де: ; a, b – питомі витрати, м²/с; l – відстані [розрахунково-практична робота 6].

м³/с; м³/с;

м³/с; м³/с;

м³/с; м³/с;

м³/с; м³/с;

Отже, після проведених розрахунків, за формулою (20), можемо знайти повну витрату даної річки, таким чином, витрата даної річки сягатиме

Q = 85,75875 + 1039,88505 + 778,2345 + 527,5728 + 473,9184 +683,2078 + 986,74 + 156,8725 = 4732,1898 м³/с.

Висновки:

Список літератури

І. Литовченко О.Ф., Інженерна гідрологія і регулювання стоку.- Київ.: «Вища

школа», - 1999.

2. Соломенцев Н.А., Львів А.М. та ін., Гідрологія суші.- Ленінград.: Гидрометеоиздат,- 1976.

З. Грацианский М.Н., Александровский Ю.В., Гидрология и гидротехнические сооружения.- М.: Висш. Школа,- 1961.

4. Дупляк О.В., Гідрологія і гідрометрія. - К.: КНУБА,- 2005.

 

 

Методичні вказівки до виконання практичних завдань з дисципліни „Гідрологія і гідрометрія” для студентів спеціальності 6.092100 „Споруди та обладнання водопостачання і водовідведення” денної форми навчання.

 

УКЛАДАЧ: Комащенко Петро Григорович

 

 

Реєстрац. №______________

 

Підписано до друку 2008 р.

Формат А 5

Обсяг 33 стор.

Тираж 50 прим.

 

 

Видавничий центр КТУ,

вул. ХХІІ партз’їзду, 11,

м. Кривий Ріг