СОДЕРЖАНИЕ
1. Расчёт магистральногоканала.
Проверка канала на условие неразмываемости и незаиляемости.
Проверка канала на заиление.
Определение глубин наполнения канала.
2. Расчёт распределительного исбросного канала.
Определение глубины наполнения трапецеидального сбросного канала позаданной ширине по дну.
Расчёт распределительного канала методом И.И Агроскина.
Расчёт сбросного канала.
3. Расчёт кривой свободнойповерхности в магистральном канале.
Определение критической глубины в распределительном канале.
Установление формы кривой свободной поверхности.
Расчёт кривой подпора в магистральном канале методом И.И. Агроскина.
4. Гидравлический расчёт шлюза-регулятора.
4.1 Определение ширины шлюза – регулятора вголове магистрального канала.
5. Расчёт водосливной плотины.
Определение гребня водосливной плотины.
Построение профиля водосливной плотины.
6. Гидравлический расчётгасителей.
Определение формы сопряжения в нижнем бьефе водосливной плотины методомИ.И. Агроскина.
Гидравлический расчёт водобойной стенки (Расчёт длины колодца).
7. Список используемойлитературы.
Вариант 3(5).
На реке Nпроектируется узелгидротехнических сооружений.
Всостав узла входят:
А) Водосливная плотина.
Б) Водозаборный регулятор с частью магистрального канала.
Магистральный канал подаёт воду наорошение и обводнение подкомандной ему территории. На магистральном каналеустраивается распределительный узел. На сбросном канале, идущем от этого узла,устраивается перепад (схема I).
Схема I
1. Расчёт магистральногоканала.
В состав расчёта входит:
1. Определение размеров каналаиз условия его неразмываемости (при Qmax= 1,5Qн) и незаиляемости (при Qmin= 0,75Qн).
2. Определение нормальных глубиндля заданных расходов и построение кривой
Q =f(h).
Данные для расчёта:
- Расход Qн= 9,8 м3/сек. Qmax= 14,7. Qmin= 7,35.
- Уклон дна канала i=0,00029.
- Грунты – плотные глины.
- Условие содержания: среднее.
- Мутность потока r= 1,35 кг/м3.
- Состав наносов по фракциям в %:
I. d= 0.25 – 0.1 мм = 3.
II. d= 0,10 – 0,05 мм = 15.
III. d= 0,05 – 0,01 мм = 44.
IV. d= - Глубина воды у подпорного сооружения 3,0 h0.
1.1 Проверка канала на условие неразмываемости инезаиляемости.
1. Принимаем коэффициент заложенияоткоса канала «m» в зависимости от грунта и слагающего русла каналапо таблице IX[1] m= 1.
2. Принимаем коэффициентшероховатости “n” в зависимости от условия содержания канала потаблице II[1] n= 0,025.
3. Принимаем допускаемоезначение скорости на размыв в зависимости от грунта, слагающего русло канала потаблице XVI[1] Vдоп= 1,40 м/с.
4. Принимаем максимальнуюскорость потока в канале Vmax= Vдоп= 1,40м/с.
5. Вычисляем функцию
6. По вычисленному значениюфункции n),определяем допускаемый гидравлический радиус (Rдоп).
Rдоп= 2,92 м. Таблица X[1].
7. Вычисляем функцию
Qmax– максимальный расходканала м3/с.
4m0– определяется по таблице X[1] 4m0= 7,312.
8. По вычисленному значениюфункции шероховатости ( n), определяем гидравлическинаивыгоднейший радиус сечения по таблице X[1]. Rгн= 1,54 м.
9. Сравниваем Rдоп с Rгни принимаем расчётныйгидравлический радиус сечения (R). Так как Rдоп>Rгнто R1,54, принимаем R=1,38.
10. Определяем отношение
11. По вычисленномуотношению определяем отношение XI[1].
12. Вычисляем ширину канала подну и глубину потока в канале
Принимаем стандартную ширину равную 8,5 м.
13. Определяется глубина потокав канале при пропуске нормального расхода Qнпри принятой ширине каналав м. Для этого вычисляется функция
Далее определяется гидравлическийнаивыгоднейший радиус по таблице X[1]
Rгн= 1,31 м. По вычисленному отношению определяется отношениеXI[1]. Нормальная глубина
14. Определяется глубина потокав канале при пропуске минимального расхода:
При Rгн= 1,17, таблица XI[1].
Далееопределяем отношение По этому отношениюопределяем таблица XI[1].
1.2 Проверка канала на заиление.
1. Вычисляется минимальнаясредняя скорость течения в канале:
2. Вычисляется минимальныйгидравлический радиус живого сечения канала:
3. Определяется гидравлическаякрупность наносов для заданного значения диаметров частиц данной фракции,таблица XVII[1].
Таблица 1.
Состав наносов по фракциям.Фракции
I
II
III
IV
Диаметр, мм.
0,25 – 0,1
0,1 – 0,05
0,05 – 0,01
£0,01
Р, %.
1
12
28
59
Гидравлическая крупность.
2,7
0,692
0,173
Wd, см/с.
2,7 — 0,692
0,692 — 0,173
0,173 — 0,007
0,007
4. Определяется осреднённаягидравлическая крупность для каждой фракции.
5. Определяетсясредневзвешенная гидравлическая крупность наносов:
6. Принимается условнаягидравлическая крупность наносов. Сравниваем 7. Вычисляем транспортирующуюспособность потока:
Сравниваем:
1.3 Определение глубинынаполнения канала графическим методом.
Расчёт для построения кривой Q= f(h)ведётся в табличной форме.
Таблица 2.Расчёт координат кривой Q= f (h).
h, м.
w, м2.
X, м2.
м/с.
Q, м3/с.
Расчетные формулы
0,5
4,5
9,9
0,45
22,72
1,74
1
8,5
11,3
0,75
32,72
4,73
1,5
15
12,7
1,18
44,83
11,43
2
21
14,1
1,49
52,50
18,74
— определяется по таблице X[1].
По данным таблицы 2 строится кривая Q = f (h).
По кривой, при заданномрасходе, определяется глубина:
hmax= 1,75 м при Qmax= 14,7 м3/с.
hн= 1,50 м при Qн= 9,8 м3/с.
hmin= 1,25 м при Qmin= 7,35 м3/с.
Вывод: При расчёте максимальной глубины двумяспособами значения максимальной глубины имеют небольшие расхождения, что можетбыть вызвано не точностью округлений при расчёте – расчёт выполнен верно.
2. Расчёт распределительного и сбросногоканалов.
Данныедля расчёта:
Распределительныйканал:
- ширина по дну b= 6,4 м.
- расход Q= 0,5 Qmaxмагистрального канала – Q= 7,35.
- Уклон канала i= 0,00045.
- Грунты – оченьплотные суглинки.
- Коэффициентшероховатости n= 0,0250.
Сбросной канал:
- расход Q= Qmaxмагистрального канала Q= 14,7.
- Уклон дна i=0,00058.
- Грунты –плотные лёссы.
- Коэффициентшероховатости n= 0,0275.
- Отношениеглубины перед перепадом к hкр.
2.1.1 Расчёт распределительного канала методомАгроскина.
1. m= 1, табл. IX[1].
2. n = 0,0250.
3. Вычисляетсяфункция F(Rгн).
4. Определяетсягидравлически наивыгоднейший радиус по функции
Rгн=1,07, табл. X[1].
5. Вычисляемотношение
6. По отношению по таблице XI[1]определяем отношение
7.
2.1.2 Расчёт сбросного канала.
1. m= 1, таблица IX[1].
2. n= 0,0275. 4m0=7,312.
3. Вычисляемфункцию :
4. Определяемгидравлически наивыгоднейший радиус по таблице X[1] по функции Rгн= 1,35.
5. Принимаемрасчётный гидравлический радиус сечения R= Rгн;
6. По отношению XI[1].
3. Расчёт кривой подпора в магистральном каналеметодом Агроскина.
3.1
Исходные данные: (из расчёта магистрального канала).
- Расход Q= 9,8 м3/сек.
- Ширина канала по дну bст= 8,5 м.
- hн= h0=1,42 м.
- коэффициент заложения откоса m= 1.
- Коэффициент шероховатости n= 0,025.
- Уклон дна канала i=0,00029.
- Глубина воды у подпорного сооружения hн= 3,0h0=3 ×1,42 = 4,26 м.
- Коэффициент Кориолиса a = 1,1.
- Ускорение свободного падения g= 9,81 м/с2.
Наиболее простым способом является расчёткритической глубины методом Агроскина.
Критическая глубина для каналапрямоугольного сечения определяется по формуле:
Безразмернаяхарактеристика вычисляется по формуле
Изэтого следует:
3.2
Знак числителя дифференциального уравненияопределяется путём сравнения глубины потока у подпорного сооружения hnс нормальной глубиной h0.
Знак знаменателя дифференциальногоуравнения определяется путём сравнения глубин потока у подпорного сооружения hnс критической глубиной. Так как hn= 4,26 >h0=1,42, то k>k0,
Таккак hn= 4,26 >hкр=0,519, то поток находится в спокойном состоянии Пк
в магистральном каналеобразуется кривая подпора типа A1.
3.3 Расчёт кривой подпора в магистральномканале методом И.И. Агроскина.
Гидравлический показатель русла (x) принимаем равным 5,5.
При уклоне i >0 расчётканала ведём по следующему уравнению:
e1-2– расстояние между двумя сечениями потока сглубинами h1и h2, м.
а – переменная величина, зависящаяот глубины потока.
i– уклондна канала = 0,00029.
z–переменная величина зависящая от глубин потока.
— среднее арифметическое значение фиктивного параметракинетичности.
f(z) – переменная функция.
Переменная величина aопределяется по формуле: , где h1и h2–глубина потока в сечениях.
z1и z2– переменные величины в сечениях между которымиопределяется длина кривой свободной поверхности.
где1,532 табл. XXIII(а)[1].
h– глубина потока в рассматриваемом сечении, м.
s — безразмернаяхарактеристика живого сечения.
h0–нормальная глубина = 1,42.
s0 — безразмерная характеристика.
4 Гидравлический расчёт шлюза – регулятора в голове магистрального
канала.
4.1
В состав расчёта входит:
1. Определениерабочей ширины регулятора при максимальном расходе в магистральном канале. Щитыполностью открыты.
Данные для расчёта:
- Расход Qmax= 14,7 м3/с.
- Стандартнаяширина магистрального канала bк= 8,5 м.
- hmax= 1,80 м.
- коэффициентоткоса m= 1.
- Dz= (0,1 – 0,3 м) = 0,1м.
- Формасопряжения подводящего канала с регулятором: раструб.
Порядокрасчёта:
1. Определяетсянапор перед шлюзом регулятором H= hmax+ Dz= 1,80 + 0,1 = 1,9 м.
2. Определяетсяскорость потока перед шлюзом регулятором:
3. Определяетсяполный напор перед регулятором: a= 1,1.
4. Проверяетсяводослив на подтопление, для чего сравнивается отношение
D — глубина подтопления.
P – высота водослива со стороны НБ.
5. Вычисляемвыражение:
Где sп–коэффициент подтопления.
m– коэффициент расхода водослива.
b– ширина водослива.
H0–полный напор.
Дальнейшийрасчёт ведётся в табличной форме.
Таблица4.1
Расчётдля построения графика зависимости f(b).
b, м.
m
таб.8.6[1]
K2
таб.8.7[1]
Подтопление водослива
sп
таб.22.4[1]
Примечание
Подтоплен
Не подтоплен
1
2
3
4
5
6
7
8
6,8
0,369
0,76
+
-
0,81
2,03
5,95
0,365
0,77
+
-
0,79
1,71
5,1
0,362
0,81
+
-
0,80
1,48
4,25
0,358
0,82
+
-
0,81
1,23
Водослив считается подтопленным если
По данным таблицы 4.1 строится графикзависимости и по графику определяется искомая ширина b.
5. Расчёт водосливной плотины.
В состав расчёта входит:
1. Выбор ипостроение профиля водосливной плотины (без щитов).
2. Определениеширины водосливной плотины и определение щитовых отверстий при условии пропускарасхода Q= Qmax.
Исходныеданные:
1. Уравнение для реки в створеплотины: — коэффициент «а» 12,1.
- коэффициент «b» 20.
2. Расход Qmax= 290 м3/с.
3. Отметкагоризонта воды перед плотиной при пропуске паводка ПУВВ – 60,3 м.
4. Ширина реки встворе плотины, В – 24 м.
5. Ширина щитовыхотверстий 5,0.
6. Толщинапромежуточных бычков t, 1,0 – 1,5 м.
7. Тип гасителя внижнем бьефе: водобойная стенка.
Порядокрасчёта:
I. Выбор профиляводосливной плотины.
Водосливнаяплотина рассчитывается по типу водослива практического профиля криволинейногоочертания (за расчетный принимаем профиль I).
Полнаяхарактеристика: водослив практического профиля, криволинейного очертания, сплавным очертанием оголовка, безвакуумный.
II. Определение бытовой глубины в нижнем бьефе плотины (hб).
Дляопределения (hб) при заданном расходе необходимо по заданномууравнению построить графикзависимости Q= f(hб). Расчёт координат этого графика ведётся втабличной форме.
Табл.5.1
Расчёткоординат графика зависимости функции Q = f(hб).
hб, м.
hб2
ahб2
bhб2
1
1
12,1
20
32,1
2
4
48,4
40
88,4
3
9
108,9
60
168,9
4
16
193,6
80
273,6
5
25
302,5
100
402,5
III. Определение ширины водосливной плотины и числаводосливных отверстий при пропуске заданного расхода:
1. Определяем профилирующий н