Расчет водохранилищного гидроузла

Реферат

 

Расчет водохранилищного гидроузла в составе плотины  из местных материалов, водосброса, водоспуска и водозабора: пояснительная  записка к курсовому проекту  по дисциплине «Гидротехнические сооружения»: 70.04.03/ БрГУ;.; гр.; кафедра сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций. – Брест, 2011. – 31 с.:7 ил., 7 табл., 5 источн.

Ключевые слова: гидроузел, плотина, водосброс, водоспуск, водозабор, канал, нормальный подпорный уровень (НПУ), уровень мертвого объема (УМО), форсированный подпорный уровень (ФПУ), гребень плотины, откос, труба.

Содержит результаты расчета  и проектирования водохранилищного гидроузла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

№ п/п	Наименование статей	Лист
1	2	3
	Реферат	5
	Введение	6
1.0	Общая характеристика природно-климатических  условий района строительства	8
2.0	Выбор створа гидроузла и  компоновка его сооружений	8
3.0	Проектирование плотины  из местных материалов	8
3.1	Определение отметки гребня плотины и его конструкции	8
3.2	Проектирование поперечного  профиля плотины	8
3.3	Фильтрационный расчет	10
3.4	Статический расчет низового откоса плотины	10
4.0	Расчет и проектирование водозабора	11
5.0	Проектирование и расчет водосброса	13
5.1	Гидравлический расчет подводящего (отводящего) канала	13
5.2	Конструктивный и гидравлический расчет	13
5.3	Статический расчет водосброса	13
6.0	Проектирование и расчет водоспуска	14
	Заключение	14
	Литература	15

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Строительство гидротехнических сооружений развивалось в разных странах в соответствии с общим  развитием в них водного хозяйства. Искусство строить гидротехнические сооружения известно древнейших времён, причём довольно крупные сооружения создавались уже при рабовладельческом  строе.

Начало гидротехнических работ на территории Беларуси относится  к первой половине XVI в., когда в Кобринском старостве был прорыт осушительный канал. Он берёт начало у д. Павлополь и впадает в р. Мухавец чуть ниже г. Кобрин. Его длина 20 км, площадь водосбора 52 км².

Во второй половине XVIII в. были построены два крупных канала: Огинский и Днепровско-Бугского. Они оказали значительное влияние на водный режим прилегающих территорий, хотя и предназначались для сплава леса и навигации. Огинский канал, который через Припять, Ясельду и Щару соединил Нёман с Днепром, был построен в 1765-1784 гг. Его длина составила 54 км.

На данный момент гидроэнергетический  потенциал республики освоен лишь на 3 %. Если на Днепре и в бассейне Припяти возможности строительства гидроэлектростанций ограничены из-за необходимости затопления огромных площадей, то на притоках Днепра, а также в бассейнах Западной Двины и Немана есть условия для создания достаточно экономичных и экологически безопасных гидроэлектростанций.

В последние годы в Республике Беларусь для решения  энергетической и продовольственной программ восстанавливаются, реконструируются и проектируются малые ГЭС и рыбоводные хозяйства. Так, уже действуют Добромыслянская и Полоцкая гидроэлектростанции в Витебской области, Яновская и Ольховская в Гродненской, Вилейская – в Минской, Тетеринская – в Могилёвской области и др.

В перспективе  гидротехническое строительство в  Беларуси может развиваться в  форме строительства гидроузлов комплексного использования – создание водохранилищ для регулирования  стока при одновременном использовании  их в энергетике, для водообеспечения, рекреации, водного транспорта, мелиорации и охраны вод.

В данной курсовой работе будут  представлены расчёты для водохранилищного гидроузла в составе плотины  из местных материалов, водосброса, водоспуска и водозабора.

Данная работа выполняется в  постоянной связи с теоретической  частью данного курса.

 

 

 

 

1.0 Общая характеристика природно-климатических условий района строительства

 

Река Проня – правый приток р. Сож (бассейн р. Днепр). Начинается возле д. Ланенка Дубровенского  района Витебской области, устье  на востоке  окраине г. Славгород  Могилевской области. Течет преимущественно  с  севера на юг по Оршанско-Могилевской  равнине. Основные притоки: Галыша, Бася, Раста (справа), Парасица, Быстрая, Вербавка, Кашанка (слева). В геологическом  отношении район проектирования представлен грунтами, физико-механические характеристики представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Физико-механические характеристики грунтов по створу водохранилищного гидроузла.

Наименова-ние грунта	Мощность слоя, м	Относит. порис-тость	Плотность, кН/м3	Объемная масса, кН/м2	Угол внутр. трения	Сцепление на срез, кН/Чг	Коэфф. фильтра-ции, м/сут
глина	1,0	0,31	25,7	18,7	35	4,3	0,003
песок	4,8	0,24	24,8	18,9	30	1,5	1,82
супесь	2,4	0,34	24,0	17,7	27	3,3	0,05

 

 Долина слабоизвилистая,  хорошо разработанная, глубоковрезанная, в верховье невыразительная, ширина от 0,4-0,6 км в верхнем течении до 1-2 км в нижнем. Склоны крутые, иногда обрывистые, высотой от 3 до 20 м, значительно изрезаны оврагами, особенно около городов Горки и Славгород. Пойма ровная, двухсторонняя, луговая. Ширина реки 15-20 м, в нижнем течении местами до 50 м. Берега преимущественно крутые, обрывистые, в верхнем течении низкие и заболоченные, открытые, высотой 1-1,5 м, на отдельных участках до 7 км. Питание смешанной, преимущественно снеговое. Среднегодовой расход воды в устье 26,8 м³ / с. Ледостав с середины декабря до конца марта. Весенний ледоход 3-5 суток. Весеннее половодье длится около 50 дней. Наибольший уровень половодья обычно в начале апреля. Летне-осенняя межень (около 5 месяцев) почти каждый год 2-4 раза за сезон нарушается дождевыми паводками продолжительностью 5-20 суток и высотой 0,5-1,5 м. Река Проня используется как водоприёмник мелиорационной системы.

Среднемесячная  температура воздуха в январе колеблется от -1,2 °С до -18 °С, в июле от 14,6 °С до 22 °С . Среднемесячная температура поверхности почвы до -6 °С в зимние месяцы и до 20 °С в июле. Максимально годовое количество осадков (931 мм) было отмечено в 1933, минимальное (398 мм) – в 1900. Максимальное, суточное количество осадков (97 мм) наблюдалось в августе 1915. Средняя максимальная, высота снежного покрова за зиму 27 см, в отдельные годы до 52 см. Влажных дней (с относительной влажностью >80%) в год 144, сухих (с влажностью за один из сроков наблюдения <30%) — 8.

Средняя глубина промерзания почвы в конце февраля — начале марта 
66 – 68 см, максимальная 145 см.

 

2.0 Выбор створа гидроузла и компоновка его сооружений

 

На местоположение створа гидроузла оказывают влияние  следующие основные факторы:

• топографические, определяющие длину плотины и ее высоту. Створ плотины располагаем в наиболее узкой и глубокой части долины, нормально горизонталям, чтобы обеспечить наименьший объем земляных работ;
• инженерно-геологические, оцениваемые прочностными характеристиками грунтов, их напластованием и водопроницаемостью. В выбранном створе располагаются грунты, физико-механические свойства которых приведены в таблице 8;
• гидрологические, связанные с решением вопроса о наполнении водохранилища и расходах, сбрасываемых в период половодья или паводка в нижний бьеф. Гидрологический режим исходной реки-створа изучен достаточно (см. главу 1), что позволяет делать прогнозные оценки изменения расходов реки во все гидрологические периоды;
• расположение водосброса, которое существенно сказывается на стоимости гидроузла и оказывает влияние на его эксплуатацию. Поэтому выбираем створ плотины с одновременной трассировкой на местности водосбросного тракта.

Также на выбор  местоположения створа гидроузла оказывали  свое влияние и другие факторы, такие  как способ пропуска строительных расходов (водоспуск), наличие и возможность  устройства дорожной сети, наличие  местных строительных материалов, линий  электропередач и т.д.

Компоновка гидроузла  заключается в выборе и обосновании  местоположения водопропускных сооружений: водосброса, водоспуска и водозабора.

Так как по условию  задания проектируется шахтный водосброс, то в нашем случае целесообразно принимать русловую схему компоновки, при которой водосбросное сооружение располагаем в русле реки, и совмещаем с водоспуском, а пойменные участки створа перекрываем грунтовой плотиной.

Подводящий канал  водозабора располагаем на уровне отметки  УМО для обеспечения постоянного  притока воды.

К основным отметкам водохранилищного гидроузла относятся: нормальный подпорный уровень (, уровень мертвого объема ( и форсированный подпорный уровень . Их определяем из условий:

             (2.1)

где – глубина сработки водохранилища, м; ( – превышение форсированного уровня над нормальным подпорным уровнем, м; – отметка берега, ; – отметка дна реки в створе гидроузла; - глубина воды в верхнем (ВБ) и нижнем (НБ) бьефах в створе гидроузла, ; – превышение отметки берега над уровнем воды в реке,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.0 Проектирование плотины из местных материалов

 

Основное и существенное преимущество грунтовых плотин состоит  в том, что для их возведения используются местные строительный материал –  грунт. Для получения этого материала  требуются только затраты на вскрышные  работы в карьере, но они в общей  стоимости сооружения не значительны. Грунтовую плотину возводим в  виде насыпи, имеющей поперечное сечение  в виде трапеции из грунта третьего слоя – супесь.

При проектировании грунтовой  плотины соблюдены следующие  основные требования:

• заложение откосов плотины обеспечивает устойчивость сооружения и его основания при всех возможных условиях строительства и эксплуатации;
• откосы и гребень плотины имеют покрытия, защищающие их от волновых, ледовых и атмосферных воздействий;
• дренажные устройства обеспечивают сбор и организованный отвод фильтрующейся воды и предотвращают фильтрационные деформации в теле грунтовой плотины и в основании;
• строительные и эксплуатационные деформации плотины, ее отдельных элементов и основания не вызывают нарушения нормальной работы гидроузла.

 

3.1 Определение отметки гребня плотны и его конструкции

 

Ширину гребня плотны принимаем равной 8,0 м, так  как в районе проектирования проходит автомобильная дорога V категории дорог общего пользования. Это позволит не только улучшить производство работ, обеспечить беспрепятственную эксплуатацию гидроузла, но и даст возможность движения по гребню плотины транспорта. Для дороги V категории проектируем переходной тип дорожного покрытия, состоящий из слоя песчано-щебеночной смеси, укрепленной портландцементом в количестве 3%, мощностью 10 см.

Дороге, проходящей по гребню плотны, придаем двухсторонний  поперечный уклон, проезжей части 20‰, обочинам - 40‰ и по краям дороги устанавливаем низкие оградительные  стенки на расстоянии 0,5 м от бровки гребня плотины.

Превышение отметки  гребня плотины над уровнем воды  в водохранилище определяется по формуле:

                                   (3.2)

где Δh_set – ветровой нагон в верхнем бьефе;

       h_run1% – высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%;

       a – конструктивный запас по высоте плотины (принимаем равным 0,5м-0,6м).

Возвышение гребня плотны над уровнями воды в водохранилище  определяем для двух расчетных случаев:

1. когда уровень воды в водохранилище находится на отметке НПУ, тогда определяется превышение