Состав и объем курсовой работы

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

по дисциплине «Инженерная гидрология и

гидротехнические сооружения» на тему:

«РАСЧЕТ ВОДОХРАНИЛИЩА ОДНОГОДИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ»

 

Макеевка 2014

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАСЬКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

 

 

Кафедра «Водоснабжения, водоотведения и охраны водных ресурсов»

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

по дисциплине «Инженерная гидрология и гидротехнические сооружения» на тему:

«РАСЧЕТ ВОДОХРАНИЛИЩА ОДНОГОДИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ»

 

 

(для студентов специальности 6.06010108 "Водоснабжение и водоотведение" всех форм обучения)

 

 

Утверждено на заседании научно-методического совета протокол № 10 от 30 апреля 2014г

Утверждено на заседании кафедры «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов» протокол № 9 от 28 марта 2014г

 

Макеевка 2014

УДК 629 (07)

 

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Инженерная гидрология и гидротехнические сооружения» (для студентов специальности 6.06010108 “Водоснабжение и водоотведение” всех форм обучения) / Составители: Синежук И.Б., Зайченко Л.Г., Жибоедов А.В., Задорожная Е.П.- Макеевка: ДонНАСА, 2014. – 42 с.

 

Содержат основные указания по выбору, составу и технологических расчетов сооружений гидроузла земляной плотины. Так же приведены приложения с дополнительными данными.

 

 

Составители: Синежук И.Б.

Зайченко Л.Г.

Жибоедов А.В.

Задорожная Е.П.

 

Рецензент: Н.П. Омельченко

 

 

Ответственный

за выпуск В.И. Нездойминов

Целью курсовой работы является закрепление и пополнение теоретических знаний, а также приобретение некоторых навыков расчетов и конструирования при проектировании гидроузла для нужд водоснабжения.

Работа по своему составу является комплексной, так как включает в себя гидрологические, водохозяйственные и конструктивные расчеты элементов грунтовой плотины.

 

СОСТАВ И ОБЪЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа состоит из пояснительной записки и чертежей (4 листа: 1 лист формата А4 и 3 листа формата А3).

Пояснительная записка

Должна состоять из следующих разделов:

- задание на проектирование;

- содержание;

- реферат;

- гидрологические расчеты;

- водохозяйственный расчет водохранилища;

- проектирование основных элементов земляной плотины;

- гидравлический расчет плотины;

- проектирование и расчет водосливной части плотины;

- проектирование и расчет водоспуска.

Графическая часть

На первом листе формата А4 показываются кривые зависимостей площади зеркала и объема водохранилища от отметок уровня воды. Графики вычерчиваются с соблюдением масштабов высот и объемов. На кривых обязательно показываются основные объемы и уровни водохранилища.

На втором листе формата А3 приводится конструкция гребня плотины без парапета либо с парапетом, односкатная либо двускатная в масштабе 1:100 либо 1:50 с указанием всех основных размеров проезжей части и обочин, а так же с указанием расчетной отметки гребня плотины. Так же на втором листе показывается схема крепления верхового откоса с указанием границ основного и облегченного крепления.

На третьем листе формата А3 показываются расчетные схемы построения депрессионной кривой земляной плотины без дренажа и с дренажем в масштабе 1:100 или 1:200 с указанием основных размеров плотины и дренажа, а так же основных расчетных величин.

На четвертом листе формата А3 приводятся схемы водосливного фронта плотины и водоспуска шахтного типа либо с затопленным оголовком в масштабе 1:100 или 1:200 с указанием всех основных размеров.

Все чертежи должны быть скреплены с пояснительной запиской по тексту, либо в приложении.

При выполнении чертежей и оформлении пояснительной записки должны соблюдаться требования ЕСКД.

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Определение объема стока

Расчет объема среднемноголетнего стока ведут на определенную обеспеченность. Так, если вода из водохранилища используется главным образом для орошения, то наполнение водохранилища обычно рассчитывается на сток 70-85%-ной обеспеченности. Если же водохранилище устраивают для целей водоснабжения, когда требуется обеспечить большую гарантию водопотребления, его рассчитывают на сток 97%-ной обеспеченности.

Объем среденемноголетнего годового стока определяется по формуле [1]:

W₀=FM₀×31,5×10³ , м³/год, (1)

где F - водосбросная площадь, (км²);

М₀ - модуль стока, л/сек с 1км² (прил. 1).

Объем годового стока заданной обеспеченности определяется по формуле:

W_Р%= k_P% W₀ м³/год, (2)

где k_P% - модульный коэффициент заданной обеспеченности Р%, определяемый по прил. 2, в зависимости от коэффициента вариации при С_S=2C_v.

Приближенно коэффициент вариации (С_v) можно определить по эмпирической формуле С.Н. Крицкого и М.Ф. Менкеля [5]:

(3)

ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСЧЕТЫ

Нижняя часть водохранилища предназначается для осаждения в ней наносов, называется мертвым объемом (V_мо) и сработке не подлежит (рис. 2). Уровень мертвого объема (УМО) - это наинизший уровень в водохранилище. Соответственные площадь водного зеркала и объем мертвого объема (V_мо ) определяется по топографическим кривым исходя из глубины слоя воды мертвого объема по заданию (рис. 1).

Зная нормальный подпорный уровень (НПУ) по топографической кривой (рис. 1) определяем соответствующий ему объем водохранилища при НПУ (V_НПУ) (рис. 2).

Объем воды, заключенный между поверхностями воды на отметках НПУ и УМО, называется полезным объемом (V_плз) (рис. 2). В периоды многоводья он заполняется, а в периоды маловодья срабатывается и определяется как:

V_плз= V_НПУ- V_мо

 

Рисунок 2. Характерные уровни и объемы в водохранилища

 

Катастрофический подпорный уровень (КПУ) (рис. 2) образуется в период пропуска через гидроузел многоводных половодий или паводков, когда с водосборной площади в пруд может поступать большое количество воды. По кривым (рис. 1) определяем катастрофический объем (или объем форсировки V_кат) из условия, что КПУ=НПУ+0,5м.

Полный объем водохранилища определяем по формуле:

V_пол= V_мо+V_плз+V_кат или V_пол=V_НПУ+V_кат (6)

Тогда полезная водоотдача водохранилища составляет:

V_в.о.= V_плз-(V_ф+V_и+V_л) (7)

где V_ф, V_и, V_л – соответственно объемы потерь воды на фильтрацию, испарение и льдообразование.

Объем потерь воды на фильтрацию в почвогрунт ложа водохранилища (V_ф) определяют исходя из гидрогеологического заключения условий фильтрации (по заданию) и принимают равными по прил. 3.

Объем потерь на испарение с водной поверхности водохранилища (V_и) определяют по формуле:

V_и =F_cp h_и, тыс.м³, (8)

где F_ср - средняя площадь водной поверхности водохранилища, тыс.м², равная F_ср= (F_нпу+F_мо)/2;

h_и – слой годового испарения с водной поверхности (по заданию), м;

Потери стока на льдообразование могут встречаться в двух видах: возвратные (или временные) и безвозвратные.

В нашем случае присутствует первый вид потерь, т.к. при сработке водохранилища в зимнее время площадь водного зеркала уменьшается и часть ледяного покрова оседает на берегах и до весны не может быть использована. А лед, который находится на воде, не представляет собой потери, т.к. взамен его может быть использован эквивалентный объем воды, вытесняемый этим льдом из мертвого объема водохранилища.

В случае, когда избытки половодного стока сбрасываются бесполезно через водосбросы, то потери воды на льдообразование являются безвозвратными.

Расчеты выполняются в форме табл. 2.

Таблица 2

Водохозяйственный расчет водохранилища

Показатели	Глубина слоя воды, м	Отметка уровня, м	Площадь водного зеркала, тыс. м^2	Объем воды, тыс. м^3
1. Полный объем водохранилища, Vпол
2. Объем водохранилища при НПУ, VНПУ
3. Мертвый объем водохранилища, Vмо
4. Полезный объем водохранилища, Vплз
5. Отметка дна водохранилища
6. Объем потерь на фильтрацию, Vф	-	-	-
7. Объем потерь на испарение, Vи	-	-	-
8. Полезная водоотдача водохранилища Vв.о.= Vплз-(Vф+Vи)	-	-	-

 

Расчет дренажа.

Конструкция дренажа принимается в зависимости от типа плотины, инженерно-геологических и гидрологических условий, наличия и качества местных материалов, климатических условий и условий производства работ. Во всех типах дренажей депрессионная кривая должна быть заглублена относительно плоскости низового откоса не меньше, чем на глубину промерзания, при этом отводящая часть дренажа должна бесприпятственно удалять воду за пределы плотины.

В курсовой работе рекомендуется использовать следующие виды дренажей: дренажная призма, наслонный дренаж или трубчатый дренаж (рис. 7) [4].

Дренажная призма представляет собой банкет из крупнообломочного материала со слоями обратного фильтра по двум граням. Применяется в русловой части плотины и при достаточном количестве каменного материала в затопляемой пойме нижнего бьефа [4]. В русловой части призма устраивается отсыпкой материала в воду при перекрытии русла, поэтому сложно выдержать толщину слоя обратного фильтра. Чаще всего фильтр состоит из двух слоев крупного и мелкого щебня толщиной 0,4–0,5 м, что обеспечивает при отсыпке в воду надежную структуру. Дренажная призма является одновременно и упором тела плотины, поэтому она должна быть устойчивой.

Высота призмы определяется по формуле [6]:

, м, (19)

где h₁ – ордината точки выхода кривой депрессии на низовой откос, м;

h_ПР – глубина промерзания грунта, м;

h_К – капиллярное поднятие воды, колеблется в пределах 0,25-0,3 м.

Ширина банкета поверху принимается не менее 1м, коэффициент заложения внутреннего откоса 1…1,5, наружного 1,5…2.

Рисунок 7. Схемы дренажных устройств:

а – дренажная призма; б – наслонный дренаж; в – трубчатый дренаж;

1 – поверхность депрессии; 2 – слои обратного фильтра; 3 – банкет из камня; 4 – каменный материал; 5 – дренажная труба; hпр – глубина промерзания; УНБ – уровень нижнего бьефа

 

Наслонный дренаж рекомендуется применять в затопляемой части поймы [4]. Этот вид дренажа довольно материалоемкий и не обеспечивает удаления границы фильтрационного потока от поверхности откоса. Можно ориентироваться на толщину слоев фильтра 0,3 м, а каменной пригрузки – 1 м. Недостатком наслонного дренажа является и то, что в период зимней межени фильтрационный поток на выходе замерзает, вызывая наледи и подъем депрессионной поверхности.

Трубчатый дренаж устраивается на неподтапливаемых со стороны нижнего бьефа участках плотины (это внерусловые участки). Трубчатый дренаж располагается недалеко от подошвы низового откоса, что обосновано экономическими, эксплуатационными факторами и доступностью ремонтных работ [4]. Минимальное удаление дренажа от начала откоса должно обеспечивать заглубление депрессионной кривой ниже глубины промерзания t ≥ h_пр. При заложении низового откоса m_н =2,5–3 и глубина промерзания h_пр=1,5; l=4–5 м [4].

Трубчатый дренаж может выполняться из перфорированных асбестоцементных, бетонных и пластмассовых труб или из трубофильтров и пористого бетона. Перфорированные трубы размещаются в двух- и трехслойном обратном фильтре. Число слоев зависит от отверстий перфорации и гранулометрического состава грунта тела плотины. Дренаж из трубофильтров имеет один слой обсыпки из средне- или разнозернистого песка. Толщина слоев фильтра назначается не менее 0,2 м. Трубчатый дренаж имеет продольный уклон, равный уклону подошвы откоса. По трассе через каждые 50–100 м устраиваются смотровые колодцы с осадочной частью. Сброс дренированной воды осуществляется из самого нижнего колодца с перепадом по трубе в русло реки. Минимальный диаметр труб – 0,2 м, его размер определяется гидравлическим расчетом [4].

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

по дисциплине «Инженерная гидрология и гидротехнические сооружения» на тему:

«РАСЧЕТ ВОДОХРАНИЛИЩА ОДНОГОДИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ»

 

(для студентов специальности 6.06010108 "Водоснабжение и водоотведение" всех форм обучения)

 

 

Составители:

СИНЕЖУК Инна Борисовна И.Б.

ЗАЙЧЕНКО Людмила Геннадиевна

ЖИБОЕДОВ Александр Викторович

ЗАДОРОЖНАЯ Елена Павловна

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

по дисциплине «Инженерная гидрология и

гидротехнические сооружения» на тему:

«РАСЧЕТ ВОДОХРАНИЛИЩА ОДНОГОДИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ»

 

Макеевка 2014

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАСЬКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

 

 

Кафедра «Водоснабжения, водоотведения и охраны водных ресурсов»

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

по дисциплине «Инженерная гидрология и гидротехнические сооружения» на тему:

«РАСЧЕТ ВОДОХРАНИЛИЩА ОДНОГОДИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ»

 

 

(для студентов специальности 6.06010108 "Водоснабжение и водоотведение" всех форм обучения)

 

 

Утверждено на заседании научно-методического совета протокол № 10 от 30 апреля 2014г

Утверждено на заседании кафедры «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов» протокол № 9 от 28 марта 2014г

 

Макеевка 2014

УДК 629 (07)

 

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Инженерная гидрология и гидротехнические сооружения» (для студентов специальности 6.06010108 “Водоснабжение и водоотведение” всех форм обучения) / Составители: Синежук И.Б., Зайченко Л.Г., Жибоедов А.В., Задорожная Е.П.- Макеевка: ДонНАСА, 2014. – 42 с.

 

Содержат основные указания по выбору, составу и технологических расчетов сооружений гидроузла земляной плотины. Так же приведены приложения с дополнительными данными.

 

 

Составители: Синежук И.Б.

Зайченко Л.Г.

Жибоедов А.В.

Задорожная Е.П.

 

Рецензент: Н.П. Омельченко

 

 

Ответственный

за выпуск В.И. Нездойминов

Целью курсовой работы является закрепление и пополнение теоретических знаний, а также приобретение некоторых навыков расчетов и конструирования при проектировании гидроузла для нужд водоснабжения.

Работа по своему составу является комплексной, так как включает в себя гидрологические, водохозяйственные и конструктивные расчеты элементов грунтовой плотины.

 

СОСТАВ И ОБЪЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа состоит из пояснительной записки и чертежей (4 листа: 1 лист формата А4 и 3 листа формата А3).

Пояснительная записка

Должна состоять из следующих разделов:

- задание на проектирование;

- содержание;

- реферат;

- гидрологические расчеты;

- водохозяйственный расчет водохранилища;

- проектирование основных элементов земляной плотины;

- гидравлический расчет плотины;

- проектирование и расчет водосливной части плотины;

- проектирование и расчет водоспуска.

Графическая часть

На первом листе формата А4 показываются кривые зависимостей площади зеркала и объема водохранилища от отметок уровня воды. Графики вычерчиваются с соблюдением масштабов высот и объемов. На кривых обязательно показываются основные объемы и уровни водохранилища.

На втором листе формата А3 приводится конструкция гребня плотины без парапета либо с парапетом, односкатная либо двускатная в масштабе 1:100 либо 1:50 с указанием всех основных размеров проезжей части и обочин, а так же с указанием расчетной отметки гребня плотины. Так же на втором листе показывается схема крепления верхового откоса с указанием границ основного и облегченного крепления.

На третьем листе формата А3 показываются расчетные схемы построения депрессионной кривой земляной плотины без дренажа и с дренажем в масштабе 1:100 или 1:200 с указанием основных размеров плотины и дренажа, а так же основных расчетных величин.

На четвертом листе формата А3 приводятся схемы водосливного фронта плотины и водоспуска шахтного типа либо с затопленным оголовком в масштабе 1:100 или 1:200 с указанием всех основных размеров.

Все чертежи должны быть скреплены с пояснительной запиской по тексту, либо в приложении.

При выполнении чертежей и оформлении пояснительной записки должны соблюдаться требования ЕСКД.

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Определение объема стока

Расчет объема среднемноголетнего стока ведут на определенную обеспеченность. Так, если вода из водохранилища используется главным образом для орошения, то наполнение водохранилища обычно рассчитывается на сток 70-85%-ной обеспеченности. Если же водохранилище устраивают для целей водоснабжения, когда требуется обеспечить большую гарантию водопотребления, его рассчитывают на сток 97%-ной обеспеченности.

Объем среденемноголетнего годового стока определяется по формуле [1]:

W₀=FM₀×31,5×10³ , м³/год, (1)

где F - водосбросная площадь, (км²);

М₀ - модуль стока, л/сек с 1км² (прил. 1).

Объем годового стока заданной обеспеченности определяется по формуле:

W_Р%= k_P% W₀ м³/год, (2)

где k_P% - модульный коэффициент заданной обеспеченности Р%, определяемый по прил. 2, в зависимости от коэффициента вариации при С_S=2C_v.

Приближенно коэффициент вариации (С_v) можно определить по эмпирической формуле С.Н. Крицкого и М.Ф. Менкеля [5]:

(3)