close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Гидротехнические мелиорации

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕЛИОРАЦИИ
Методические указания
для самостоятельной работы студентов специальностей 250201 – Лесное
хозяйство, 250203 – Садово-парковое и ландшафтное строительство; по
направлению подготовки 250100 – Лесное дело
Воронеж 2012
УДК 630*237
Дюков А.Н. Гидротехнические мелиорации. Методические указания
для самостоятельной работы студентов специальностей 250201 – Лесное
хозяйство, 250203 – Садово-парковое и ландшафтное строительство; по
направлению подготовки 250100 – Лесное дело/А.Н. Дюков, П.Ф.
Андрющенко, Е.А.Михина, Т.А.Малинина, Т.П.Деденко. – Воронеж, 2012. –
32 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА
Рецензент: проф. доктор с.-х. наук А.Ю. Черемисинов
каф. мелиорации и геодезии ВГАУ
Науч. редактор, д-р с.-х- наук, проф. Я.В. Панков
УДК 630*237
Дюков А.Н.
Андрющенко П.Ф.
Михина Е.А.
Малинина Т.А.
Деденко Т.П., 2012
Воронежская государственная
лесотехническая академия,2012
ВВЕДЕНИЕ
В нашей стране большое внимание уделяется вопросам повышения
продуктивности лесов. Гидротехнические мелиорации лесных земель в
сочетании с лесохозяйственными, лесокультурными, лесомелиоративными
и другими мероприятиями являются мощным средством увеличения
прироста древесины и улучшения ее качества. Кроме того, они создают
благоприятные
условия
для
лесовосстановления,
лесоэксплуатации,
улучшения путей транспорта, расширения лесистости в засушливых
районах, улучшению качества древесины на осушаемых землях и в целом
содействуют повышению интенсификации лесного и сельского хозяйства.
При помощи гидротехнических мелиораций водному хозяйству
лесных предприятий придается комплексный характер, то есть водные
ресурсы используются для регулирования влажности почв на лесных и
сельскохозяйственных землях, обводнения, противопожарных мероприятий,
водного транспорта, улучшение санитарно-гигиенических и эстетических
свойств лесных площадей.
Отсюда понятно,
как велико значение
дисциплины «Гидротехнические мелиорации лесных земель».
Для своей успешной производственной деятельности студенты
должны самостоятельно научиться - правильно использовать водные
ресурсы в лесном хозяйстве, для бытовых нужд лесничеств и при орошении
питомников; участвовать в разработке проектов мелиорации; устраивать
простейшие мелиоративные системы.
Самостоятельному изучению курса должно предшествовать также
самостоятельному изучению тесно связанных с ним дисциплин: геодезии,
лесной метеорологии, почвоведения, лесоводства, лесной таксации и
лесоустройства, лесных культур. Кроме того, для успешного освоения
специальных
частей
курса
необходимо
детально
изучить
вопросы
гидравлики, гидрологии, гидрометрии, а также осушения, оводнения и
орошения.
1. ГИДРАВЛИКА
Гидравликой называется наука изучающая законы равновесия и
движения жидкостей и разрабатывающая способы применения этих законов
к решению различных практических задач.
Гидравлика делится на две составные части: гидростатику и
гидродинамику. Гидродинамикой называется та часть гидравлики, в
которой изучаются законы движения жидкостей. Гидростатикой называется
та часть гидравлики, в которой изучаются законы равновесия и покоя
жидкостей.
На
законах
гидравлики
основаны
расчеты
каналов,
гидротехнических сооружений, водопроводов, водосбросов, ступенчатых
перепадов и т.д.
1. 1 Гидростатика
1.1.1
Физические свойства жидкостей
Жидкость как всякое материальное тело обладает физическими
свойствами. При изучении этого раздела следует особо остановиться на
свойствах, лежащих в основе узловых закономерностей и процессов
гидравлики: объемный вес, объемная масса, плотность, сжимаемость,
вязкость.
Примеры решения задач.
Пример 1.
Объем воды равен W = 0,9 м3 объемный вес
γ = 997 кг/м3 = 0,997
т/м3. Необходимо определить вес воды, G = ?
Решение:
G = W * γ = 0,9 * 0,997 = 0,8973 т
(Ответ: G = 0,8973 т)
Пример 2.
Плотность керосина
вес?
= 76,5 кг * сек2/ м 4 . Чему равен объемный
γ=m*g
Решение:
/W =
γ
*g ,
γ = 76,5 * 9,81 = 750 кг/м3
(Ответ: γ = 0,75 т/м3)
Пример 3.
Определить полное, избыточное и маномитрическое давление в
точке А, находящейся на глубине h = 2 м под свободной поверхностью.
Жидкость
–
пресная
вода.
На
свободную
поверхность
действует
атмосферное давление Ра.
Решение:
1. Полное гидростатическое давление определяем по формуле:
Р = Ро + γ h,
где: Ро = Ра = 1,03 * 10 5 Па;
γ = 0,001 кг/см3;
h = 200 см, т.е.
Р = 1,03 + 0,001 + 200 = 1,23 * 105 Па
2. Избыточное гидростатическое давление по формуле:
Риз = Р – Ра
Риз = 1,23 * 105 – 1,03 * 105 = 0,2 * 102 Па
3. Манометрическое давление по формуле:
Рм = Р – Ра
Рm = 1,23 * 105 – 1,03 * 105 = 0,2 * 102 Па
(Ответ: Р=1,23 * 105 Па; Риз = Рм = 0,2 * 102 Па)
Пример 4.
Определите все виды гидростатического давления в баке с нефтью на
глубине h = 3 м, если на свободной поверхности нефти давление с учетом
атмосферного, Ро = Рm + Ра = 2,03 * 105 Па. Вес единицы объема нефти
γ=
0,9 т/м3.
Решение:
1. Полное гидростатическое давление:
Р = Ро + γ h = 2,03 * 105 + 0,9 * 3 = 4,7 * 10 5 Па
2. Избыточное гидростатическое давление:
Риз = γ h = 0,9 * 3 = 2,7 т/м3
3. Манометрическое давление внутри жидкости на глубине 3 м:
Рm = Р – Ра = 22,7 – 10,0 = 12,7 т/м2 = 1,27 кг/см2 = 1,3 * 105 Па
4. Манометрическое давление над свободной поверхностью:
Рm = Ро – Ра = 20 – 10 = 10 т/м3 = 1 кг/см 2 = 1,03 * 105 Па
Пример 5.
В закрытом сосуде с водой давление на свободную поверхность (с
учетом атмосферного) равно Р о = 1,25 * 105 Па. На какую высоту поднимется
вода в пьезометре, сообщающемся с сосудом на глубине h = 3 м под
свободной поверхностью.
Решение:
Пьезометрическую высоту определим:
Ро + γ h = Ра + γ hр; hр = (Ро + γ h - Ра) / γ;
hр = (1,25 * 105 Па + 0,001 * 300 - 1,03 * 105 = 550 см = 5,5 м.
(Ответ: hр = 5,5 м)
Пример 6.
В сосуде А часть воздуха выкачана и давление в нем Р раз = 0,6 * 105
Па. Сосуд А соединен трубкой с водой в сосуд В, свободная поверхность
которой находится под давлением атмосферы. Определить высоту hб.
Решение: Высота водного столба в трубке определяется из уравнения:
hб = (Ра - Рраз) / γ,
где: Ра = 1 * 105 Па;
Рраз = 0,6 * 105 Па;
γ = 0,004 кг/см2
Подставим эти величины в уравнение и получим:
hб = (1 * 105 Па - 0,6 * 105 Па) / 0,001 = 400 см = 4 м.
(Ответ: hб = 4 м.)
Пример 7.
Имеем два сообщающихся сосуда. В первый сосуд налита ртуть h 1 =
0,1 м, а во втором сосуде – вода. Определить высоту столба воды hв во
втором сосуде.
Решение:
Для ртути
γ р = 13,6 т/м3, а д ля воды γ в = 1 т/ м3.
Следовательно: 0,1 / hв = 1,0 / 13,6;
hв = (13,6 * 0,1) / 1,0 = 1,36 м.
(Ответ: hв = 1,36 м.)
Пример 8.
Определить
горизонтальную
силу
Рх,
стремящуюся
сдвинуть
каменную плотину, если длина плотины ( ширина стены) в = 5 м и глубина
перед плотиной h = 4 м.
Решение:
Сила давления воды на стенку плотины будет:
Р = γ hс * w, т.к. hс = h/m; w = в γ;
γ = h/sin
Р = γ h2в/2 sin a,
где:
– угол наклона откоса плотины к горизонту.
Горизонтальная проекция силы давления будет:
;
Рх = Р * cos (90 – )
Подставляя вместо Р его значение и заменяя cos (90 – ) = sin , получим:
Р = (γ h2 в sin )/2 = (1* 42 * 5)/2 = 40 т = 412 *10 7 Па
(Ответ: Р = 412 *107 Па)
Контрольные вопросы для самопроверки
1. Что называется гидравликой и на какие основные части она
делится?
2. В чем состоит производственное значение гидравлики?
3. Какова роль русских и российских ученых в развитии гидравлики?
4. Что называют объемным весом жидкости, от чего он зависит и
какие его расчетные значения для пресной воды?
5, Что такое плотность жидкости, ее формулы?
6. Чем характеризуется сжимаемость жидкости?
7. Что такое вязкость жидкости и ее кинематический коэффициент?
8. Какие основные понятия давления: абсолютное, манометрическое,
вакуумометрическое, пьезометрическое?
9. Какие свойства гидростатического давления?
10. Написать основное уравнение гидростатики, объяснить входящие
в него величины и практическое применение?
11. Что такое пьезометрическая высота?
12. Как определяются силы гидростатического давления на плоскую
стенку?
1.2. Гидродинамика
Движение жидкости представляет собой сложное явление. Поэтому
получить
общий
закон
движения
жидкости,
отражающий
все
его
особенности, трудно. Гидравлика решает вопросы движения жидкости
следующим образом. На первом этапе решения проблемы используется
упрощенная модель – невязкая жидкость. Полученные для невязкой
жидкости
принципиальные
решения
корректируют
с
помощью
экспериментальных данных. Гидравлика стремится в каждом конкретном
случае выделить основные особенности движения жидкости. Отсюда
многообразие определений: движение установившееся и неустановившееся,
равномерное и неравномерное, ламинарное и турбулентное, напорное и
безнапорное, плавноизменяющееся и разноизменяющееся и т.д. Этим
понятиям нужно уделить особое внимание и по каждому определению
необходимо выполнить решение экспериментальных задач. Методов
изучения движения жидкости известно всего лишь два:
1. Метод Л.Эйлера предусматривает периодическую фиксацию всех
возможных характеристик движения жидкости в отдельных точках объема.
Метод Л.Эйлера в большей степени
изучению
движения
жидкости,
то
используется в гидравлике по
есть
изучения
гидродинамики.
Значительную роль в этом методе играет линия тока – линия, в которой в
данный момент времени вектор скорости частиц направлен по касательной.
Это основа многих понятий и закономерностей гидродинамики.
2. Метод Легранта изучает гидродинамику, используя для решения
поставленных задач постоянное наблюдение за движением отдельных
частиц и на основе этого определяется характер и особенности движения
жидкости на всем изучаемом объекте целиком.
1.2.1. Поток жидкости и его элементы.
Уравнение неразрывности движения основан на свойстве жидкости
занимать
определенный
объем,
строго
соответствующий
данному
количеству жидкости, и практически не изменять этот объем под действием
приложенных к жидкости сил. Элементы уравнения неразрывности
следующие:
расход или приток жидкости – Q, м3/с; средняя скорость
движения жидкости – V, м/с; площадь живого сечения потока – w, м2 –
используются во всех разделах гидравлики и при расчете задач,
применяемых на практике.
Часто
используются
и
две
следующие
геометрические
характеристики живого сечения потока: смоченный периметр водотока или
потока – Х, м; гидравлический радиус – R, м.
Для решения практических задач большое значение имеет уравнение
Д. Бернулли, с помощью которого решаются задачи: при истечении
жидкости из отверстий и через насадки, напорные водопропускные трубы,
движение жидкости в открытых руслах, через водосливы.
1.2.2. Уравнение Д. Бернулли
Уравнение Д.Бернулли – одно из основных уравнений гидравлеки.
Оно представляет собой частный случай закона сохранения энергии.
Z1 + P1 /
где:
γ+
и
Z1
V2 1 /2g = Z2 + P2 /
Z2
-
γ+
V2 2 /2 g + hw ,
называются ординатами высот положения
произвольно выбранных точек в сечениях потока над плоскостью
сравнения;
P1 /
γ
и P2 /
V2 1 /2g и
γ – пьезометрическая
высота давления;
V2 2 /2 g - потеря напора при движении потока
от первого сечения до второго.
Для использования уравнения Д.Бернулли составляют применительно
к единице веса жидкости, поэтому все виды энергии в этом уравнении
выражаются линейными величинами. В первую очередь эти расчеты
применяются к отверстиям и насадкам. Отверстие называется малым, если
можно пренебречь изменениями по его площади. Насадком называется
небольшая по длине трубка, присоединенная к такому отверстию. И
отверстия
и
сооружениях.
насадки
широко
используются
в
гидротехнических
В работе этих устройств много общего. Они рассчитываются по
общим формулам, в которых учитываются только местные потери энергии,
используются общие характеристики работы – коэффициенты расходов,
скорости, коэффициенты сжатия и сопротивления.
Таким образом, основная задача этого уравнения – правильно
определить перечисленные коэффициенты. Выяснить, как на них влияют
форма отверстия и положение его относительно стенок и дна резервуара,
величина напора над отверстием. Из насадков чаще всего используют
цилиндрические, поэтому надо уделять основное внимание условиям
нормальной работы цилиндрических насадков. Нормальная работа насадка
характеризуется заполнением жидкостью всего выходного сечения, что
гарантирует вакуум в сжатом сечении.
Примеры решения задач.
Пример 1.
Определить расход воды через круглое незатопленное отверстие в
тонкой стенке, если диаметр отверстия
d = 0,2 м, а глубина погружения
его центра над свободной поверхностью Н = 5,0 м. Скорость подхода = 0,5
м/с, сжатие струи совершенное (m = 0,62).
Решение: Расход определяем по формуле:
Q=
где:
w
2gH0,
= 0,62;
2g = 19,62.
w = 0,785* d2 = 0,785*0,22 = 0,0314 м2 ;
Тогда: H0 = Н + V20 /2g = 5 + 0,52 /19,62 = 5,01 м.
Следовательно:
Q = 0,62 * 0,0314 *
19,62*5,01 = 0,193 м3 / с.
(Ответ: Q = 0,193 м3 / с)
Пример 2.
Определить расход воды через квадратное затопленное отверстие со
сторонами а = 0,1 м, если глубина погружения центра отверстия под
свободной поверхностью с напорной стороны Н1 = 5,0 м и с низовой
стороны Н2 = 1,5 м, а скоростью подхода пренебречь.
Решение: Находим сторону Z, которая равна разности напоров:
Z = Н1 - Н2 = 5,0 – 1,5 = 3,5 м.
Согласно этого показателя определим расход:
Q =
w 2g (Н1 - Н2) = 0,62 * 0,01 19,62 * 3,5 = 0,051 м3 / с.
(Ответ: Q = 0,051 м3 / с)
Пример 3.
Определить размеры затопленного отверстия квадратной формы,
расположенного у самого дна водоразделительной стенки. Напор воды в
верхнем бьефе Н1 = 5,0 м, в нижнем бьефе - Н2 = 3,0 м. Расход воды Q = 1 м 3
/ с, коэффициент расхода
= 0,69.
Решение: Из формулы Q =
w 2g (Н1 - Н2) находим:
w = Q / 2g (Н1 - Н2)
w = а2;
= 1 / 0,69
19,62 * 2 = 0,23 м2;
а = 0,23 = 0.48 м.
(Ответ: а = 0.48 м)
Пример 4.
Определить расход воды, вытекающей из под щита , которым
перекрыт канал прямоугольного сечения. Ширина канала по дну в = 4 м,
глубина воды в канале h = 3 м. Щит поднят на высоту а = 1,2 м; скорость
подхода воды V = 5 м/c;
= 0,85;
= 1,1.
Решение: Расход воды определяем по формуле:
Q =
где:
w 2g Н0,
Н0 = Н + V2 / 2g = 2,4 + 1,1 * 52 /2 * 9,81 = 3.8 м,
так как Н = h – ½ а = 3 – 0,6 = 2,4 м.
Q = 0,85 * 4,8
19,62 * 3,8 = 35,2 м3 / с
( Ответ: Q = 35,2 м3 / с)
Пример 5.
Расчитать диаметр круглого отверстия водоспуска устроенного в теле
плотины для пропуска Q = 10 м3 / с при напоре над осью трубы Н = 6 м.
Длина водоспуска
= 4 м;
= 0,82.
Решение: Для расчетов используем формулу Q =
2
т.к. w = Пd2 / 4, отсюда: Пd / 4 = Q /
4 Q /П/
d=
2g Н =
40
w 2g Н.
2g Н;
/ 3,14 * 0,82
2 * 9,81 *6 = 12 м.
(Ответ: d = 12 м)
Пример 6.
Плотина
имеет
цилиндрический
водоспуск,
незатопленный.
Определить расход через водоспуск при следующих данных: диаметр
водоспуска
d = 1,0 м, длина
= 4 м. Напор над центром Н = 3 м.
Скоростью подхода жидкости к водоспуску пренебречь.
Решение: Так как длина водоспуска равна четырехкратному его диаметру
=
4 d , то водоспуск рассчитываем как цилиндрический насадок с
коэффициентом расхода
Q =
2
= 0,82.
Расход определим поформуле:
w 2g Н,
2
2
где: w = 0,785 d = 0,785 * 1,0 = 0,785 м ;
т.е. Q = 0,82 * 0,785
9,81 * 3 = 4,95 м3 / с.
Напор перед водоспуском Н 3 м меньше 9,3 м, следовательно, срыва
вакуума в водоспуске не будет, а работу водоспуска можно считать дважды
надежной и устойчивой.
( Ответ: Q = 4,95 м3 / с)
Пример 7.
Гидромонитор имеет угол конусности 130 , выходное отверстие d = 5
см. Определить расход и скорость воды, вытекающей из
гидромонитора, если манометр на нем показывает давление 3
кг/см2.
Решение: Расход определяем по формуле: Q =
w 2g Н,
w = 0,785 d2 = 0,785 * 0,052 = 0,002 м2.
где:
Напор Н определим из выражения Н = Р / γ, где: Р = 3 кг / см2 = 30 т / м2; γ
= 1 т / м3, следовательно
Н = 30 \ 1 = 30 м.
Расход будет равен: Q = 0,82 * 0,002
9,81 * 30 = 0,046 м3 / с
Скорость определим из выражения:
V=Q/ω
= 0,046 / 0,002 = 23 м / с.
( Ответ: Q = 0,045 м3 / с; V =23 м / с)
Пример 8.
Определить расход воды в трубе, если потери напора на входе в трубу
и на трение по длине трубы Σ h = 4,5 м. Напор в резервуаре Н = 5,5 м.
Диаметр трубы d = 250 мм,
= 1,1.
Решение: Расход определяем по формуле: Q = V w, а скорость V
определяем из уравнения Бернулли:
Z1 + P1 /
γ+
V2 1 /2g = Z2 + P2 /
γ+
V2 2 /2 g + hw ,
Н = V2 / 2 g + Σ hw.
где:
V2 = (Н - Σ hw) 2 g / =
(5,5 – 4,5) 2 * 9,81/ 1,1 = 4,4 м/с
w = Пd2 / 4 = 3,14 * 0,252 / 4 = 0,049 м2
Q = V w = 4,4 * 0,049 = 0,22 м3 / с
(Ответ: Q = 0,22 м3 / с)
Пример 9.
При закрытом кране манометр, установленный на короткой трубе
перед краном, показывает давление Р 3 = 1,7 кг / см2. При открытом кране
показание манометра Р0 = 0,1 кг / см2.
Пренебрегая гидравлическим
сопротивлением трубы определить среднюю скорость и расход воды, если
внутренний диаметр трубы d = 20 мм, а γ = 0,001 кг / см3.
Решение: Определить напор при закрытом и открытом кранах:
Н = Р / γ; На = 1,7 / 0,001 = 17 м ; Н0 = 0,1 / 0,001 = 1 м.
Из уравнения Бернулли:
Z1 + P1 /
γ+
V21 /2g = Z2 + P2 /
γ+
V22 /2 g;
Нз = Н0 + V22 / 2g; V2 = ( Нз - Н0) 2 g = ( 17 – 1 ) 19,62 / 1,1 = 16,9 м / с;
Q = V w = 0,735 * 0,0004 * 16,9 = 0,0053 м 3 / с = 5,3 л / с.
(Ответ: V2 = 16,9 м / с; Q = 5,3 л / с)
Пример 10.
Определить диаметры на всех участках горизонтально расположенной
водопроводной сети, если напор создаваемый водонапорным баком в точке
А равен 30 м, а напор в конечной точке потребления Е = 5 м. Длины
участков: АВ = 200 м; ВС = 300 м; СД = 250 м; ДЕ = 150 м. Расходы в
точках потребления: QВ = 8 л/с; QС = 15 л/с; QД = 5 л/с; QЕ = 12 л/с.
Решение: Рассчитываем потери напора на участке АВСДЕ:
h wА-Е = Н – Н = 30 – 5 = 25 м.
Определяем средний гидравлический уклон:
= h wА-Е / Σl А-Е = 25 | 900 = 0?0278.
Определяем расходные характеристики и диаметр труб на участках:
К2АВ = в / = 402 / 0,0278 = 57553; К АВ = 57553 = 240 л/с
QВ = QВ + QС + QД + QЕ = 8 + 15 + 5 + 12 = 40 л/с
Значение диаметра участка АВ снимаем со спец. таблиц, d = 200 мм.
КВС = Q2 / = 322 / 0,0278 = 36900; КВС = 36900 = 192 л/с
QС = QС + QД + QЕ = 15 + 5 + 12 = 32 л/с
Значение диаметра участка ВС снимаем со специальных таблиц, d = 150мм.
В такой же последовательности выполняем расчеты для всех последующих
участков водопроводной сети.
(Ответ: d = 200 мм; d = 150 мм; d = 100 мм и т. д.)
1.2.3. Равномерное движение жидкости в
открытых руслах
При изучении равномерного движения жидкости в открытых руслах
в основе решения поставленных задач лежат: формула Шези и уравнение
неразрывности движения. Равномерное движение часто встречается в
инженерной практике. Не менее важно и то обстоятельство, что формулы
расчета и характеристики равномерного движения используются и при
расчете задач, стоящих при неравномерном движении. При выполнении
необходимых
существования
решений
нужно
равномерного
обратить
движения
внимание
на
(призматических
условия
русел,
постоянства расхода, шероховатости дна и откосов русла, продольного
уклона) и характерные его особенности (постоянство скорости и глубины,
равенство
пьезометрического,
гидравлического
и
геометрического
уклонов).
Важное место при инженерных расчетах занимает и определение
характерных скоростей: неразмывающей и незаиливающей. Скорости не
выходящие за пределы допускаемых, обеспечивают сохранность русла от
размыва и
заиления.
Кроме того при
инженерных
расчетах при
равномерном движении жидкости главным условием является определение :
расходов воды, уклонов дна каналов, величины наполнения и скорости,
функциональной зависимости расходов воды в канале от глубины.
Пример 1.
Определить расход воды Q м 3 / с и скорость V м / с, если: i = 0?0002;
m = 1,5; bос = 10 м; h = 3,5 м;
= 1,3.
Решение:
Q= wV;
V = С R i ; w = b h + m h2 ;
R=w/ ;
= b + 2 h 1 + m2;
R = 53,6 / 22,6 = 2,36 м
С = 87 / 1 + 1,3/ R = 87 /1 + 1,3/ 2,36 = 46
V = 46 2,36 * 0,002 = 0,96 м/с
Q = 53,6 * 0,96 = 51,4 м3 / с
(Ответ: V = 0,96 м/с; Q =51,4 м3 / с)
Пример 2.
Канал трапецеидального сечения имеет следующие размеры: b = 3 м;
h = 1 м; m = 1;
= 0,85 пропускает расход Q = 2 м3 / с . Определить уклон
дна – i - ?
Решение:
w = b h + m h2 = 3 * 1 + 1 * 1 2 = 4 м2
= b + 2 h 1 + m2 = 3 + 2 * 1 1 + 1 2 = 6,4 м
R=w/
= 4 / 6,4 = 0,63 м
С = 87 / 1 + 1,3/ R = 87 / 1 + 0,85 / 0,63 = 42
V = Q / w = 2 / 4 = 0,5 м/с;
i = V2 / С2 R = 0,52 / 422 * 0,63 = 0,00023
(Ответ: i = 0,00023)
Пример 3.
При каком наполнении h и при какой скорости V земляной канал
трапецеидального сечения пропускает расход Q = 40 м3 / с. Канал имеет
следующие размеры: : b = 10 м; i = 0,0003; m = 1,5; = 1,3.
Решение: Задаваясь теоретическими различными глубинами вычисляем
соответствующие расходы и полученные результаты сводим в специальную
таблицу, в которой отображается функциональная зависимость расхода от
глубины воды в канале (табл. 1).
Таблица 1.
Зависимость расхода от глубины воды в канале
h, м
V=С
=b+2
+ m h2
h 1 + m2
1
11,5
13,60
0,84
36,03
0,57
6,59
2
26,0
17,21
1,51
42,28
0,90
23,40
3
43,5
20,61
2,06
45,80
1,14
48,89
2,66
37,39
19,62
1,90
44,80
1,07
40,05
Согласно
табличного
R=w/
С = 87 / 1 +
w=bh
1,3/ R
материала
строится
Q=wV
Ri
график
зависимости
расходов от глубины воды в канале. График служит для определения по
заданному расходу глубину воды в канале и наоборот, зная глубину воды
определяем расход.
1.2.4. Водосливы
Водослив
–
очень
широко
распространенное
водопропускное
сооружения или, по другому,
препятствие на пути водного потока, через
которое переливается вода.
Основными характеристиками водослива
являются:
расход
и
напор
(статический
и
гидродинамический),
коэффициенты скорости, коэффициенты бокового сжатия и расходы.
Работа водосливов зависит от их формы и горизонта нижнего бьефа,
поэтому основное внимание при расчетах нужно уделять роли конструкций
и гидравлического явления в работе водослива. Конструктивно водосливы
делятся на водосливы с тонкой стенкой, широким порогом и практического
профиля. Понятия эти относительные.
Если поток, переливаясь через верхнюю грань водослива, больше
нигде не касается его горизонтального порога, то такой водослив
называется водосливом с тонкой стенкой. Если на горизонтальном пороге
есть сечения с плавно изменяющимися движениями, то такой водослив
называется с широким порогом. Все промежуточные случаи относятся к
водосливам практического профиля.
В гидравлическом отношении водосливы могут быть свободными и
подтопленными.
Работа
свободного
водослива
определяется
только
сопротивлением входного участка. Работа подтопленного водослива
зависит сопротивления от входа и нижнего бьефа.
Подтопление водослива происходит при одновременном выполнении
двух условий:
- горизонт нижнего бьефа
должен быть выше отметки порога
водослива;
- в сжатом сечении за водосливом или на пороге водослива
образуется затопленный прыжок.
Пример 1.
Рассчитать ширину отверстия однопролетной водосливной плотины
для пропуска Q = 1000 м3 / с, если: высота плотины над дном верхнего бьефа
Рв = 16,0 м, над дном нижнего бьефа Р н = 18,0 м. Глубина воды в верхнем
бьефе hв = 18 м, в нижнем бьефе hн = 6.0 м, m = 0,48. Сжатие струи и
скорость подхода не учитывать.
Решение: hн
Р н – значит водослив не затопленный.
Напор на водосливе Н = hв - Рв = 18 – 16 = 2 м
в = Q / m 2g Н3/2 = 1000/0,48 2 * 9,81 * 23/2= 166 м
(Ответ: в = 166 м)
Пример 2.
Определить ежесекундный расход волы через водослив шириной в =
1,8 м, высотой Р = 0,8 м с напором над гребнем водослива Н = 0,4 м и
глубиной воды на водосливе hв = 0.9 м.
Решение: Водослив подтоплен, так как hн
Р;
0,9
0,8,
Z = hв – hн = 1,2 – 0,9 = 0,3 м;
Z / Р = 0,3 / 0,6 = 0,5, а 0,5
0,7, значит водослив подтоплен.
m = (0,405 + 0,003 / Н ) 1 + 0,55 * Н2 / (Н + Р)2 =
= (0,405 + 0,003 / 0,4) ) 1 + 0,55 * 0,42 /(0,4 + 0,8)2 = 0,438
зат=
1,05 (1 + 0,2 * hп / Р)
3
Z/Н =
= 1,05 (1 + 0,2 * 0,1/0,8)* 3 0,3/0,4 = 0,978,
где:
hп = Н – Z = 0,4 – 0,3 = 0,1м
Q=m
зат в
2g Н3/2 = 0,438 * 0,978 * 1,8 2*9,81 * 0,43/2 = 0,85 м3 / с
(Ответ: Q = 0,85 м3 / с)
Пример 3.
Через водослив с широким порогом высотой Р = 0,8 м, шириной в =
1,4 м требуется пропустить Q = 0,8 м 3/с воды. Каким должен быть напор над
гребнем водослива и как изменится этот напор при пропуске двойного
расхода воды Q2 = 1,6 м3/с ?
Решение:
Для решения поставленной задачи задаемся различными значениями
напора Н, определяем коэффициент расхода по формуле m =
(0,405 +
0,003 / Н ) 1 + 0,55 * Н2 / (Н + Р) 2 и определяем расход Q = m в 2g Н3/2.
Результаты заносим в таблицу, в которой показана функциональная
зависимость расхода воды на водосливе в зависимости от напора. На
основании этих показателей строится
график зависимости расходов от
напора. С графика снимаются необходимые величины напора.
Контрольные вопросы для самопроверки
1. Дать определение установившегося и неустановившегося
движения жидкости.
2. Как зависит скорость потока от площади живого сечения при
постоянном вдоль потока расхода жидкости? Как меняется скорость с
изменением расхода жидкости?
3.
Уравнение
Даниила
Бернулли
и
его
гидравлическая,
геометрическая и энергетическая интерпретация.
4.
Могут ли напорная и пьезометрическая линии в уравнении
Д.Бернулли быть горизонтальными, иметь уклон в сторону движения
жидкости, против движения жидкости?
5. Дать определение плавно изменяющегося движения. Каковы его
признаки и свойства?
6. В каком смысле следует понимать определение «потеря энергии»,
учитывая, что уравнение Д.Бернулли – закон сохранения энергии при
движении жидкости? Что такое местные потери энергии и потери энергии
по длине потока? Одинакова ли физическая сущность этих явлений?
7.
Может ли увеличение площади живого сечения вдоль потока
жидкости не вызывать роста удельной потенциальной энергии?
8. Чем сопровождается любое изменение площади живого сечения
потока?
9.
Что такое напорное и безнапорное движение жидкости и где оно
происходит?
10.
жидкости?
Чем характеризуются равномерное и неравномерное движения
11.
Объяснить ламинарный и турбулентный режимы движения
жидкости. Каковы их особенности?
12.
Объяснить понятия «гладкие» и «шероховатые» поверхности и
дать их характеристики.
13.
Что называется малым отверстием в тонкой стенке? Какие силы
вызывают сжатие потока придвижении через отверстие?
14.
Какова роль местных потерь энергии по длине в насадках,
коротких трубах, трубопроводах?
15. Что называется нормальной работой насадка?
16.
Понятие о водосливах, виды водосливов, энергетический смысл,
практическое применение.
17.
Гидрологические расчеты в простейших гидротехнических
сооружениях.
2. Гидрология и гидрометрия
Гидрология – наука, изучающая гидросферу, характеристики и
свойства, протекающие в ней, процессы и явления во взаимосвязи с
атмосферой, литосферой и биосферной. Гидрология изучает природные
воды, их распространение по земной поверхности и в толще почвогрунтов и
выявляет закономерности, по которым эти процессы и явления развиваются.
В разделе гидрологии необходимо разобрать приходную и расходную части
уравнения водного баланса отдельных участков земли. Необходимо
усвоить, что такое водосборная площадь и бассейн водотоков, что такое
модуль стока и коэффициент стока.
Гидрометрия дает материал для определения основных расчетных
характеристик потока. Полученные с помощью гидрометрии – науки
изучающей измерения водных объектов – уровни, глубины, расходы и
другие
характеристики
являются
основными
при
проектировании
всевозможных водных объектов.
Из курса гидрометрии важно уяснить устройство водомерных постов,
их назначение, способы построения графиков колебания, повторяемости и
продолжительности стояния горизонтов воды. Способы определения
расходов воды и скорости течения потока с помощью двух основных
методов
измерения
–
поплавков
и
гидрометрической
вертушки
Жестковского. Кроме того изучить способы определения твердого стока,
химического состава воды и т. д.
2.1. Определение объема, коэффициента и
модуля стока
Количественно сток характеризуется объемом, модулем стока,
коэффициентом и слоем стока. Объем стока W выражается в м 3 за
определенное время (сутки, месяц, период года). Расчет объема стока
определяется по формуле W = Q t,
где: Q – средний расход воды, м 3 / с;
t – время расчетного периода, с.
Слой стока hст в мм производят по формуле:
hст = W / 10000 F,
где: F – величина водосборной площади в га, сток с которой равен W.
Коэффициент стока
– отношение стока к осадкам за один и тот же
период. Модулем стока g называется объем стока с единицы водосборной
площади в единицу времени. Определяется по формуле g
=
Q / F
и
выражается в м 3 / с или л/с с 1 га.
Пример 1.
Определить весенний сток с площади водосбора F = 720 га, при
мощности снежного покрова перед весенним снеготаянием Н сн = 0,65 м,
плотность снега
= 0.25, коэффициент весеннего стока
= 0,7. Плотность
снега – это отношение веса снега к его объему.
Объем снега равен 1000 F Нсн, м 3, а объем воды в снеге равен 1000 F
Нсн , из этого количества часть воды, равная коэффициенту стока
,
стекает. Таким образом, объем весеннего стока W переводят в вес по
формуле:
Wвес = 1000 F Нсн
= 1000 * 720 * 0,65 * 0,25 * 0,7 = 819000 м3.
(Ответ: Wвес = 819000 м3)
Пример 2.
Определить коэффициент стока вод весеннего половодья
, если
слой стока hст = 80 мм, мощность снежного покрова Нсн = 50 см, плотность
снега = 0,25.
Слой воды в снеге равен: 50 * 0,25 = 12,5 см = 125 мм.
= 80 / 125 = 0,64
(Ответ:
= 0,64)
Пример 3.
Определить коэффициент стока, если средний годовой модуль стока
равен
g = 0,1 л/с с 1 га, годовое количество осадков Нос= 600 мм. Объем
стока W с 1 га в год:
Слой стока:
W вес = (0,1 * 60 * 60 * 24 * 365) 1000 = 3153,6 м 3/га
hст = 3153,6 / 10000 – 0,31536 м = 315 мм
Коэффициент стока:
= 315 / 600 = 0,525 = 0,53
(Ответ:
= 0,53)
Пример 4.
Определить модуль стока g = л/с с 1 га, если расход воды Q = 0,65 м3
/ с, а площадь водосбора F = 1200 га.
g = Q / F = 0,65 / 1200 = 0,00054м 3/га = 0,54 л * с /га
(Ответ: g = 0,54 л * с /га)
2.2. Построение графиков частоты и обеспеченности
При проектировании гидротехнических сооружений, проведении
лесокультурных работ на затапливаемых землях и т.д. необходимо знать
повторяемость стояния горизонтов воды за определенный период ( за год,
вегетационный период, сплавной период и пр.). Для этих целей и строят
графики повторяемости (частоты) в продолжительности (обеспеченности).
Амплитуду колебаний уровней воды за данный период разбивают на
интервалы величиной 10 – 50 см. Из таблицы ежедневных уровней
(гидрологический ежегодник) определяют число дней стояния горизонтов в
каждом интервале и составляют таблицу.
Таблица 2.
Интервалы
Повторяемость стояния
Продолжительность
уровней над
горизонтов
стояния горизонтов
нулем поста
дни
%
дни
%
140 - 121
2
1,3
2
1,3
120 - 101
5
3,3
7
4,6
100 - 81
9
5,9
16
10,5
80 - 61
13
8,5
29
19,0
60 - 41
38
24,8
67
43,8
40 - 21
76
40,7
143
83,5
20 - 1
10
6,5
153
100
Итого
183
100
-
-
Эти данные и служат для построения графика частоты. Он
показывает количество дней, в течении которых уровни воды находились в
пределах того или иного интервала. Наиболее часто повторяющийся в
течение вегетационного периода горизонт воды называется бытовым
горизонтом ( ГБВ ).
Продолжительность стояния горизонтов воды (обеспеченность)
последовательным суммированием числа дней для различных интервалов
графика частоты (от верхнего интервала).
Пример.
Построить графики частоты и обеспеченности горизонтов воды в
реке за май – сентябрь по данным таблице 2. На водотоке выбирают
прямолинейный незаросший участок без подпора воды. На выбранном
участке разбивают три створа. Расстояние между крайними створами
должно равняться приблизительно трех = четырех кратной ширине реки.
Поплавки в количестве от 10 и более бросают в реку на 1 – 2 метра выше
верхнего створа и секундомером засекают время прохождения поплавков
через намеченные створы. После этого проводят детальные промеры живых
сечений на каждом створе.
Пример.
Определить расход воды в реке по следующим данным: расстояние
между крайними створами l = 16 м, время прохождения брошенных в воду
10 поплавков – 37, 32, 24, 36, 31, 27, 26, 34, 33, 27 с. Среднее время tcр равно
среднему из двух наименьших значений:
tcр = (26 + 27) / 2 = 26,5 с
Максимальная поверхностная скорость:
V = l / tcр = 16 /26,5 = 0,6 м/с
Промеры живых сечений по створам следующие:
Верхнего створа
1. Расстояние от уреза воды, м
0, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 3,6
2. Глубина воды, м
0,0, 0,24, 0,31, 0,49, 0,47, 0 42, 0,34, 0,28, 0,0
Среднего створа
1. Расстояние от уреза воды, м
0, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 3,6
2. Глубина воды, м
0,0, 0,22, 0,34, 0,41, 0,52, 0,48, 0,33, 0,27, 0,0
Нижнего створа
1. Расстояние от уреза воды, м
0, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,2
2. Глубина воды, м
0,0, 0.28, 0,39, 0,42, 0,50, 0,47, 0,34, 0,29, 0,21, 0,0
Площадь живого сечения ω определяем как сумму элементарных
фигур (трапеций, квадратов, треугольников и т.д.), а смоченный периметр
-
как сумму гипотенуз прямоугольных треугольников. В нашем примере:
ω в = 1,28 м2
в=
ωс = 1,29 м2
с
= 4,03 м
ωн = 1,45 м2
н
= 4,31 м
3,38 м
ωср = (ω в + 2 ωс + ωн) / 4 = (1,28 + 2 * 1,29 + 1,45) / 4 = 1,33 м 2
ср =( в +
2
с+
н)
/ 4 = (3,38 + 2 * 4,03 +4,31) / 4 = 3,94 м
Для вычисления расхода воды необходимо перейти от поверхностной
Скорости к средней скорости течения реки, через переходный коэффициент
К1.
V = К1 Vпов;
К1 = С / (С + 14)
где: С – скоростной коэффициент Шези по формуле Базина:
С = 87 / (1 + / R)
где:
- коэффициент шероховатости, для чистых земляных русел = 1,3
R – гидравлический радиус
R = ωср /
ср =
1,33 / 3,94 = 0,34 м;
R = 0,34 = 0,58
С = 87 / (1 + 1,3 / 0,34) = 26,8;
К1 = 26,8 / (26,8 +14) = 0,66
V = 0,66 * 0,60 = 0,396 м/с;
Q = Vω = 0,396 * 1,33 = 0,53 м 3/с
2.4. Определение скоростей и расходов воды гидрометрической
вертушкой Жестковского
Гидрометрическая вертушка позволяет определять скорость течения
более точно, чем поплавками. Наиболее распространена
вертушка
Жестковского. Скорость движения воды определяется по специальным
графикам в зависимости от числа оборотов лопастного винта. Скорость
вращения винта фиксируется звонком через 20 оборотов.
Для того,
чтобы определить скорость движения воды по всей
ширине реки и ее профиля выбирается гидрометрический створ, где
назначается несколько промерных вертикалей. На каждой промерной
вертикали, в зависимости от ее глубины, выбирается несколько точек для
определения скорости. Скорость может быть определена в одной, двух,
трех, пяти точках. Средняя
скорость на вертикали вычисляется по
формулам: V = V0,6 h – одноточечное измерение
V = 0,5 (V0,2 h
+ V0,8 h ) – двухточечное измерение
V = 0,25 (V0,2 h + 2V0,6 h + V0,8 h) – трехточечное измерение
V = 0,1(Vв + 3V0,2 h + 3V0,6 h + 2V0,8 h + Vд) – пятиточечное
Промеряются глубины гидрометрического створа. Для вычисления
расходов воды результаты заносятся в таблицу 3.
Таблица 3.
Вычисление расходов воды по скоростям измеренных вертушкой
Точки
l между
h проме
замеров
точками, м
ров, м
урез
ω, м 2
Vср на вер
Vср между
Расход,
тикали, м/с
точками, м/с
м3 / с
0,0
1
9
1,3
5,8
1,02
0,51
2,95
2
10
1,6
14,5
1,14
1,08
15,66
3
10
1,2
14,0
0,94
1,04
14,56
урез
10
0,0
6,0
0,47
2,82
Расход составляет 35,99 м 3 / с.
Контрольные вопросы для самопроверки
1. В чем заключается сущность основных гидрометрических работ на
водотоках?
2. Каким образом можно выбрать участок реки для производства
гидрометрических работ?
3. Способы измерения расхода водотока?
4. По каким данным строится кривая расходов?
5. Зачем строится кривая обеспеченности?
6. Какие факторы влияют на сток?
7. Устройство и назначение водомерных постов.
8. Основные показатели, характеризующие сток.
Библиографический список
Основная литература
1.
Бабиков, Б.В. Гидротехнические мелиорации [Текст] / Б.В.Баби
- ков – СПБ: ЛТА, 2009. – 293с.
2.
Сабо, Е.Д. Справочник гидролесомелиоратора [Текст] /
Е.Д.Сабо, Ю.Н.Иванов, Д.А.Шатилов. – М., Лесная промышленность, 1981.
– 200 с.
Дополнительная литература
3.
Андрющенко П.Ф. Гидротехнические мелиорации: методические
указания к курсовой работе и контрольные задания для студентов заочного
обучения 250201 – Лесное хозяйство, 250203 – Садово-парковое и
ландшафтное строительство [Текст] / П.Ф.Андрющенко, А.Н.Дюков; Фед.
Агенство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2009. – 80 с.
4. Дюков А.Н. Гидротехнические мелиорации. Проектирование
плотинного пруда на местном стоке: Учебное пособие [Текст] / А.Н.Дюков,
П.Ф. Андрющенко. – Воронеж: ВГЛТА, 2002. – 52 с.
Содержание
Введение………………………………………………………………………
1.
Гидравлика………………………………………………………………
1.1. Гидростатика……………………………………………………………..
1.1.1Физические свойства жидкости…………………………………………
Контрольные вопросы для самопроверки……………………………..
1.2. Гидродинамика…………………………………………………………..
1.2.1 Поток и его элементы……………………………………………………
1.2.2 Уравнение Д.Бернулли, истечение через отверстия и насадки……..
1.2.3 Равномерное движение жидкости в открытых руслах……………….
1.2.4 Водосливы……………………………………………………………….
Контрольные вопросы для самопроверки…………………………….
2.
Гидрология и гидрометрия………………………………………………
2.1. Определение объема, коэффициента и модуля расхода………………
2.2. Построение графиков частоты и обеспеченности…………………….
2.3. Определение скоростей и расходов воды поплавками……………….
2.4. Определение скоростей и расходов гидрометрической вертушкой…
Контрольные вопросы для самопроверки………………………………
Анатолий Николаевич Дюков
Петр Федорович Андрющенко
Елена Александровна Михина
Татьяна Анатольевна Малинина
Татьяна Петровна Деденко
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕЛИОРАЦИИ
Методические указания
для самостоятельной работы студентов специальностей 250201 – Лесное
хозяйство, 250203 – Садово-парковое и ландшафтное строительство; по
направлению подготовки 250100 – Лесное дело
Редактор
Подписано в печать . Формат 60×90 /16. Объем 2,0 п. л.
Усл. печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 2,1. Тираж 120 экз. Заказ
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
РИО ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»
394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
РЕЦЕНЗИЯ
на методические указания Дюкова А.Н, Андрющенко П.Ф., Михиной
Е.А., Малининой Т.А., Деденко Т.П. для самостоятельной работы по
дисциплине «Гидротехнические мелиорации» студентов специальностей
250201 – Лесное хозяйство, 250203 – Садово-парковое и ландшафтное
строительство; по направлению подготовки 250100 – Лесное дело
Гидротехнические мелиорации служат для улучшения продуктивности
почв на продолжительное время. Они улучшают водный, воздушный, а
частично и питательный режим почв и поэтому являются одним из
эффективных средств повышения плодородия. Кроме того, огни создают
благоприятные условия для лесовосстановления, лесоэксплуатации,
улучшения путей транспорта, расширения лесистости и в целом,
содействуют повышению интенсификации лесного и сельского хозяйств.
При изучении гидротехнических мелиораций не маловажное значение
приобретает знание ряда дисциплин непосредственно соприкасающихся с
данной дисциплиной. Особое значение при изучении данной дисциплины
приобретает знание законов гидравлики, которая познает законы равновесия
и движения жидкостей. Н основании этих законов разрабатываются
способы применения этих законов к решению различных практических
задач. На законах гидравлики основаны расчеты осушительных и
оросительных каналов, гидротехнических сооружений, водопроводов ит.д.
Самостоятельное решение поставленных задач позволит студентам
более полно освоить данную дисциплину, решать практические задачи при
проектировании и строительстве гидротехнических сооружений различного
назначения.
Зав кафедрой мелиорации
и геодезии ВГАУ,
доктор с/х наук, профессор
Черемисинов А.Ю.
Фонд социального страхования
Филиал № 1 г. Воронежа
Регистрационный № 3646004257
код подчиненности 36011
Руководство Ассоциации научно – образовательного центра
Центрально – Черноземного, Северо –Кавказского и Поволжского регионов
доводит до Вашего сведения, что объем выполненных работ за 2011 год
составил 795000рублей. Это соответствует ОКВЭД 73. 10 т.е. 100%. Фонд
оплаты труда составил 210000 рублей. Задолжности по оплате страховых
взносов нет.
Месяцы
январь
май
июнь
ноябрь
декабрь
ФОТ
29000,00
96000,00
15000,00
12000,00
48000,00
Исполнительный
директор «Ассоциации»
Гл. бухгалтер
5%
1350,00
4800,00
750,00
600,00
2400,00
2,9%
1131,00
2784,00
435,00
348,00
1392,00
Дюков А.Н.
Подлобкова Е.С.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
333 Кб
Теги
мелиорация, гидротехнического
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа