Расчет пропускной способности русел

Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный федеральный университет.

Инженерная школа

Кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений.

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

 

«Проблема защиты городов от затопления» на тему

 

«Расчет пропускной способности русел».

 

 

 

 

           Выполнил: студент группы С-3357

          Хропач Д.Л.

       Проверил: к.т.н., доцент

         Максименко В.И.

 

 

 

 

Владивосток

2012

Оглавление

Задание 3

  1. Определение пропускной способности канала сложного поперечного сечения. 3
  2. Определение пропускной способности лотка дороги двумя способами: расчет цельного русла;  расчет составного русла 9
  3. Определение предельной глубины заполнения лотка дороги 18
  4. Исследование канала реки «Вторая Речка» 20

Список используемой литературы: 26

 

Задание

  1. По заданной форме поперечного сечения русла реки и известным геометрическим  характеристикам этого русла определить расход в реке при различных высотах поймы( Расчет выполнить двумя способами: расчет составного русла ∑, расчет цельного русла . Построить график зависимости от  .
  2. Определить пропускную способность лотка дороги двумя способами: расчет цельного русла и расчет составного русла.
  3. При заданном материале (дно из бетона откос из гравия и щебня),  а также при известной допустимой скорости V ≤и форме поперечного сечения лотка дороги определить предельную глубину заполнения лотка дороги.
  4. Исследовать канал реки «Вторая речка» (г. Владивосток) и по методике Кована определить коэффициент шероховатости дна и стенок.
  1. Определение пропускной способности канала сложного поперечного сечения.

Дано:

Продольный уклон:i =0,0075

Ширина русла:м

Ширина левой части  поймы:

Ширина правой части поймы:

Коэффициент шероховатости  русла:)

Коэффициент шероховатости  поймы:030 (Поима состоит из пригрузки гравия)

Заложение откосов в русле:,7

Заложение откосов в пойме:

Высота русла:

Высота поймы:

Высота поймы:

Высота поймы:

Высота поймы:

Найти: пропускную способность русла двумя способами:

    1. Расчет цельного русла и нахождение расхода ;
    2. Расчет составного русла и нахождение

Построить по найденным данным график зависимости  .

Решение:

Расчетные формулы:

Расход Q,    определяется по формуле:

Q= V*ω ,                                                                                                                                   (1)                                                        

где V – скорость в заданном сечении

ω – площадь поперечного  сечения;

 

Площадь поперечного сечения  ω, определяется по формуле:

,                                                                                          (2)

Смоченный периметр χ, м определяется по формуле:

,                                                                (3)

,                                                                                            (4)

,                                                                                          (5)

Гидравлический радиус R, м определяется по формуле:

,                                                                                                                                           (7)

Средняя скоростьV, определяется по формуле Шези:

,                                                                                                                             (8)

где i– гидравлический уклон;

С,-гидравлический коэффициент Шези. Определяется по формуле Маненга:

, где n – шероховатость русла.                                                                                (9)

Шероховатость , определяем по формуле Павловского:

                                                                                                           (10)

= = = 0,030;

== 0,014;

 

,

,

= ++,

Определение пропускной способности  канала при глубине  поймы 

 1 8


 mп 1,8м m2


 2 3 mр 2,7м 6                              7


4                     5

 


  18м  9м   36м 


 

Рис. 1 Схема поперечного  сечения русла

Расчет  цельного русла и нахождение расхода 

По формуле (4) определяем :

:

 

По формуле (5) определяем

 

 

 

 

 

По формуле (3) определяем :

м

 

 

 

По формуле (2) определяем ω:

:

34,83

:

36,69

+):

=(9+2*1,7*2,9)1,8 = 32,72

:

36*1,8+*1,5* = 67,23

34,83+36,693+32.724+67,23=174,47

По формуле (7) определяем R:

 2,139

По формуле (10)определяем:

0,031

По формуле(9) определяем c:

36,39

По формуле(8)определяем V:

4,61

По формуле (1)определяем Q:

4,610*174,477758,24

Результат: при расчете цельного русла при глубине поймы , расход

 

Расчет  составного русла и нахождение

Расход составного русла   определяется по формуле:

 

де ,  ,  - расходы составных частей сечения (Рис. 1),

 

Расчет  пропускной способности первого  фрагмента:

 

Пользуясь данными из расчета  цельного русла:

= 34,83.

По формуле (7) определяем RI:

1,639

 

 

По формуле (8)

 

По формуле (1) определяем QI:

 

 

 

 

 

Расчет  пропускной способности второго + третьего фрагментов:

Пользуясь данными из расчета  цельного русла:

69,417

 

 

 

 

По формуле (8)определяем VII-III:

 

 

 

 

Расчет  пропускной способности четвертого фрагмента:

Пользуясь данными из расчета  цельного русла:

,

 

 

 

 

:

 

 

 

Расход составного русла  определяем по формуле:

 

 

 

Аналогично решению при , были найдены значения и методами составного и цельного русла, при ; ; и занесены в таблицы

 

 

 

 

Таблица 1 Результаты расчета расходов методом составного русла при заданных высотах поймы.

,м

       
 

34,83

74,52

119,07

168,48

 

69,417

102,141

134,865

167,589

 

67,23

139,32

216,27

298,08

 

21,245

24,48999

27,73499

30,97998

 

19,65046

19,65046

19,65046

19,65046

 

39,245

42,48999

45,73499

48,97998

 

1,639445

3,042876

4,293133

5,43835

 

3,532588

5,197892

6,863196

8,528501

 

1,713085

3,27889

4,728765

6,085751

 

3,44028

5,195796

6,536002

7,651984

 

14,34822

18,56183

22,34019

25,82167

 

3,542543

5,461104

6,970989

8,247811

 

119,825

387,1907

778,2417

1289,206

 

996,0102

1895,924

3012,91

4327,428

 

238,1652

760,841

1507,616

2458,508

 

1354

3043,956

5298,767

8075,142


 

Таблица 2 Результаты расчета расхода методом цельного русла при заданных высотах поймы.

,м

       
 

171,477

315,981

470,205

634,149

 

80,14046

86,63045

93,12044

99,61043

 

0,031188

0,03149

0,031747

0,031969

 

2,139706

3,647459

5,049428

6,366291

 

4,610836

6,516653

8,028955

9,305254

 

790,6524

2059,139

3775,255

5900,918


 

Таблица 3 Результаты сравнения пропускной способности, определенные 2-мя методами.

,м

0,57

1,15

       
 

573,4287

898,9826

1354

3043,956

5298,767

8075,142

 

224,1807

457,0813

790,6524

2059,139

3775,255

5900,918

 

2,55

1,96

1,71

1,47

1,41

1,36

 

0,59

0,11

0,16

0,28

0,375

0,444


 

Рис. 2 График зависимости

 

Bывод:При заданных высотах поймы необходимо было посчитать расход, определенный методом цельного русла - и методом составного русла - для каждой высоты поймы отдельно. Произведя нужные расчеты, получили величину отношения  для каждой высоты поймы соответственно равную – 1,545; 1,356; 1,298; 1,271.Разница в процентах составляет 171%, 147%, 141%, 136%

соответственно. Таким образом методом составного русла более точно считается пропускная способность канала сложного сечения.

  1. Определение пропускной способности лотка дороги двумя способами: расчет цельного русла;  расчет составного русла

Дано:

Поперечный уклон 

Продольный уклон 

Коэффициент шероховатости n = 0,014

Максимально допустимая скорость:

 

 

 

 

Найти:1.Предельную глубину заполнения лотка дороги.

пропускную способность  канала треугольного поперечного сечения  способами цельного и составного русла (из двух, четырех и восьми частей).

Решение: 

Условно принимаем, что глубина  лотка меньше 0,4м, тогда принимаем k=0,85

[СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения,]

 

= * k = 3,5*0,85 = 2,975м

При принимаем

,                                                                                                                                        (11)

Площадь поперечного сечения  вычисляется как площадь прямоугольного треугольника:               

,                                                                                                                                                                                     (12)

Смоченный периметр χ для лотка дороги:  

χ = H+ B                                                                                                                                         (13)

 

Расчет пропускной способности  методом цельного русла.

                                                b=10м



 


 

Н=0,2м



Рис. 3 Схема поперечного профиля лотка дороги

Расчет цельного русла:

При H1 = 0 V1=0, Q1=0.

При H2= 0,2м, получим:

По формуле (11) определяем b:

 

По формуле (12) определяем ω:

 

По формуле (13) определяем :

 χ = 0,2 + 10 = 10,2 м

По формуле (7) определяем R:

 

По формуле (9) определяем С:

 

По формуле (8) определяем V:

 

По формуле (1) определяем Q: 

Получили, что скорость воды в русле  не превышает максимальную.

 

Расчет пропускной способности  методом деления русла на

,                                                                                                                                                                             (14)



2


1



                                   1                H=0,1м          2

H=0,2м



 

Рис 4 Схема поперечного профиля лотка дороги

 

Расчет пропускной способности  I фрагмента:

По формуле площади трапеции определяем :

= (H+)*  ;                                                                                                                                    (15)

 

По формуле (13) определяем :

 

По формуле (7) определяем :

 

По формуле (9) определяем :

 

По формуле (8) определяем :

 

По формуле (1) определяем :

 

 

Расчет пропускной способности 2 фрагмента:

По формуле (12) определяем ω2 :

 

По формуле , получим:

 

По формуле (7) определяем :

 

По формуле (9) определяем :

 

По формуле (8) определяем :

 

По формуле (1) определяем :

 

По формуле (14) определяем:

 

 

Расчет пропускной способности  методом деления русла на

                                                                                        (16)

 

                                                                 



4 1


3 1


1 1


2 1



                                                1                              2                             3                 0,05м          4

          H=0,2 м           0,15м             0,1м

                                             

                                                      

Рис 5 Схема  поперечного профиля лотка дороги

Расчет выполняется аналогично расчету составного русла из 2 частей.

 

Расчет пропускной способности  методом деления русла на

                                            (17)

                                                                                            


1 1

11 1

3 1

3 1

3 1

3 1

11 1

3 1

3 1

1 1

11 1


                            

        H=0,2

                                                              

                         

  Рис. 6 Схема  поперечного профиля лотка дороги

Расчет выполняется аналогично расчету составного русла из 2 частей, схемы поперечного профиля соответственно.

Расчеты заносим в таблицы 

Таблица 4 Определение расхода для цельного русла.

H, м

b, м

   

R, м

     

0,2

10

1

10,20

0,09

48,50

2,14

2,14


 

Таблица 5 Определение расхода для составного русла из двух частей.

Фрагменты

b, м

   

R, м

     

1

5

0,75

5,20

0,14

51,72

2,77

2,08

2

5

0,25

5,00

0,05

43,35

1,37

0,34


По формуле (15) находим

2,42

Таблица 6 Определение расхода для составного русла из четырех частей.

Фрагменты

b, м

   

R, м

     

0,2

2,5

0,437

2,7

0,162

52,740

3,002

1,313

0,15

2,5

0,312

2,5

0,125

50,507

2,525

0,789

0,1

2,5

0,187

2,5

0,075

46,385

1,796

0,336

0,5

2,5

0,062

2,5

0,025

38,624

0,863

0,053


По формуле (16) находим

 2,49

Таблица 7 Определение расхода для составного русла из восьми частей.

Фрагменты

b, м

   

R, м

     

1

2

3

4

5

6

7

8

1

1,25000

0,23438

1,45000

0,16164

52,71844

2,99743

0,70252

2

1,25000

0,20313

1,25000

0,16250

52,76519

3,00808

0,61102

3

1,25000

0,17188

1,25000

0,13750

51,31635

2,69105

0,46252

4

1,25000

0,14063

1,25000

0,11250

49,62845

2,35408

0,33104

5

1,25000

0,10938

1,25000

0,08750

47,59266

1,99094

0,21776

6

1,25000

0,07813

1,25000

0,06250

44,99718

1,59089

0,12429

7

1,25000

0,04688

1,25000

0,03750

41,32478

1,13173

0,05305

8

1,25000

0,01563

1,25000

0,01250

34,41045

0,54408

0,00850


По формуле (17) находим 

2,51

Таблица 8 Определение расхода для составного русла из шестнадцати частей.

 

Фрагменты

b, м

   

R, м

     

1

0,62500

0,12109

0,82500

0,14678

51,87800

2,81081

0,34037

2

0,62500

0,11328

0,62500

0,18125

53,73430

3,23523

0,36649

3

0,62500

0,10547

0,62500

0,16875

53,09813

3,08472

0,32534

4

0,62500

0,09766

0,62500

0,15625

52,42140

2,93045

0,28618

5

0,62500

0,08984

0,62500

0,14375

51,69794

2,77199

0,24905

6

0,62500

0,08203

0,62500

0,13125

50,92001

2,60887

0,21401

7

0,62500

0,07422

0,62500

0,11875

50,07768

2,44048

0,18113

8

0,62500

0,06641

0,62500

0,10625

49,15791

2,26607

0,15048

9

0,62500

0,05859

0,62500

0,09375

48,14308

2,08466

0,12215

10

0,62500

0,05078

0,62500

0,08125

47,00844

1,89497

0,09623

11

0,62500

0,04297

0,62500

0,06875

45,71767

1,69526

0,07284

12

0,62500

0,03516

0,62500

0,05625

44,21392

1,48298

0,05214

13

0,62500

0,02734

0,62500

0,04375

42,40024

1,25422

0,03429

14

0,62500

0,01953

0,62500

0,03125

40,08793

1,00220

0,01957

15

0,62500

0,01172

0,62500

0,01875

36,81619

0,71294

0,00835

16

0,62500

0,00391

0,62500

0,00625

30,65622

0,34275

0,00134


Аналогично формуле 17 находим  расход для составного русла

2,51м3/с

Таблица 9 Определение расхода для составного русла из тридцати двух частей.

Фрагменты

b, м

   

R, м

     

1

2

3

4

5

6

7

8

1

0,31250

0,06152

0,51250

0,12005

50,16834

2,45821

0,15124

2

0,31250

0,05957

0,31250

0,19063

54,18785

3,34585

0,19931

3

0,31250

0,05762

0,31250

0,18438

53,88762

3,27231

0,18854

4

0,31250

0,05566

0,31250

0,17813

53,57877

3,19794

0,17801

5

0,31250

0,05371

0,31250

0,17188

53,26077

3,12269

0,16772

6

0,31250

0,05176

0,31250

0,16563

52,93297

3,04652

0,15768

7

0,31250

0,04980

0,31250

0,15938

52,59470

2,96939

0,14789

8

0,31250

0,04785

0,31250

0,15313

52,24519

2,89124

0,13835

9

0,31250

0,04590

0,31250

0,14688

51,88358

2,81202

0,12907

10

0,31250

0,04395

0,31250

0,14063

51,50891

2,73167

0,12004

11

0,31250

0,04199

0,31250

0,13438

51,12010

2,65012

0,11128

12

0,31250

0,04004

0,31250

0,12813

50,71592

2,56730

0,10279

13

0,31250

0,03809

0,31250

0,12188

50,29495

2,48311

0,09457

14

0,31250

0,03613

0,31250

0,11563

49,85560

2,39748

0,08663

15

0,31250

0,03418

0,31250

0,10938

49,39598

2,31029

0,07896

16

0,31250

0,03223

0,31250

0,10313

48,91394

2,22141

0,07159

17

0,31250

0,03027

0,31250

0,09688

48,40690

2,13073

0,06450

1

2

3

4

5

6

7

8

18

0,31250

0,02832

0,31250

0,09063

47,87182

2,03807

0,05772

19

0,31250

0,02637

0,31250

0,08438

47,30506

1,94325

0,05124

20

0,31250

0,02441

0,31250

0,07813

46,70216

1,84606

0,04507

21

0,31250

0,02246

0,31250

0,07188

46,05763

1,74625

0,03922

22

0,31250

0,02051

0,31250

0,06563

45,36458

1,64349

0,03370

23

0,31250

0,01855

0,31250

0,05938

44,61414

1,53741

0,02853

24

0,31250

0,01660

0,31250

0,05313

43,79472

1,42753

0,02370

25

0,31250

0,01465

0,31250

0,04688

42,89061

1,31325

0,01924

26

0,31250

0,01270

0,31250

0,04063

41,87976

1,19376

0,01516

27

0,31250

0,01074

0,31250

0,03438

40,72981

1,06794

0,01147

28

0,31250

0,00879

0,31250

0,02813

39,39013

0,93422

0,00821

29

0,31250

0,00684

0,31250

0,02188

37,77432

0,79011

0,00540

30

0,31250

0,00488

0,31250

0,01563

35,71429

0,63135

0,00308

31

0,31250

0,00293

0,31250

0,00938

32,79950

0,44913

0,00132

32

0,31250

0,00098

0,31250

0,00313

27,31159

0,21592

0,00021


Аналогично формуле (17) находим расход для составного русла

2,53м3/с

Таблица 10 Определение расхода для составного русла из шестидесяти четырех частей.

Фрагменты

b, м

   

R, м

     

1

2

3

4

5

6

7

8

1

0,15625

0,03101

0,35625

0,08703

47,55032

1,98387

0,06151

2

0,15625

0,03052

0,15625

0,19531

54,40769

3,40048

0,10377

3

0,15625

0,03003

0,15625

0,19219

54,26163

3,36411

0,10102

4

0,15625

0,02954

0,15625

0,18906

54,11357

3,32754

0,09830

5

0,15625

0,02905

0,15625

0,18594

53,96346

3,29078

0,09561

6

0,15625

0,02856

0,15625

0,18281

53,81123

3,25380

0,09294

7

0,15625

0,02808

0,15625

0,17969

53,65682

3,21661

0,09031

8

0,15625

0,02759

0,15625

0,17656

53,50016

3,17921

0,08771

9

0,15625

0,02710

0,15625

0,17344

53,34116

3,14159

0,08514

10

0,15625

0,02661

0,15625

0,17031

53,17976

3,10374

0,08259

11

0,15625

0,02612

0,15625

0,16719

53,01587

3,06565

0,08008

12

0,15625

0,02563

0,15625

0,16406

52,84942

3,02733

0,07760

13

0,15625

0,02515

0,15625

0,16094

52,68029

2,98877

0,07516

14

0,15625

0,02466

0,15625

0,15781

52,50841

2,94995

0,07274

15

0,15625

0,02417

0,15625

0,15469

52,33367

2,91088

0,07036

16

0,15625

0,02368

0,15625

0,15156

52,15596

2,87154

0,06800

17

0,15625

0,02319

0,15625

0,14844

51,97517

2,83193

0,06568

18

0,15625

0,02271

0,15625

0,14531

51,79118

2,79204

0,06339

19

0,15625

0,02222

0,15625

0,14219

51,60386

2,75187

0,06114

20

0,15625

0,02173

0,15625

0,13906

51,41308

2,71140

0,05891

21

0,15625

0,02124

0,15625

0,13594

51,21870

2,67063

0,05672

1

2

3

4

5

6

7

8

22

0,15625

0,02075

0,15625

0,13281

51,02055

2,62954

0,05457

23

0,15625

0,02026

0,15625

0,12969

50,81848

2,58813

0,05244

24

0,15625

0,01978

0,15625

0,12656

50,61231

2,54638

0,05036

25

0,15625

0,01929

0,15625

0,12344

50,40185

2,50429

0,04830

26

0,15625

0,01880

0,15625

0,12031

50,18691

2,46185

0,04628

27

0,15625

0,01831

0,15625

0,11719

49,96726

2,41903

0,04429

28

0,15625

0,01782

0,15625

0,11406

49,74267

2,37583

0,04234

29

0,15625

0,01733

0,15625

0,11094

49,51290

2,33224

0,04043

30

0,15625

0,01685

0,15625

0,10781

49,27767

2,28823

0,03855

31

0,15625

0,01636

0,15625

0,10469

49,03668

2,24380

0,03670

32

0,15625

0,01587

0,15625

0,10156

48,78963

2,19892

0,03489

33

0,15625

0,01538

0,15625

0,09844

48,53616

2,15358

0,03312

34

0,15625

0,01489

0,15625

0,09531

48,27589

2,10776

0,03139

35

0,15625

0,01440

0,15625

0,09219

48,00841

2,06143

0,02969

36

0,15625

0,01392

0,15625

0,08906

47,73326

2,01458

0,02803

37

0,15625

0,01343

0,15625

0,08594

47,44995

1,96717

0,02641

38

0,15625

0,01294

0,15625

0,08281

47,15792

1,91919

0,02483

39

0,15625

0,01245

0,15625

0,07969

46,85655

1,87060

0,02329

40

0,15625

0,01196

0,15625

0,07656

46,54517

1,82137

0,02179

41

0,15625

0,01147

0,15625

0,07344

46,22302

1,77146

0,02033

42

0,15625

0,01099

0,15625

0,07031

45,88922

1,72085

0,01891

43

0,15625

0,01050

0,15625

0,06719

45,54283

1,66947

0,01753

44

0,15625

0,01001

0,15625

0,06406

45,18274

1,61730

0,01619

45

0,15625

0,00952

0,15625

0,06094

44,80771

1,56426

0,01489

46

0,15625

0,00903

0,15625

0,05781

44,41629

1,51032

0,01364

47

0,15625

0,00854

0,15625

0,05469

44,00682

1,45539

0,01244

48

0,15625

0,00806

0,15625

0,05156

43,57736

1,39940

0,01127

49

0,15625

0,00757

0,15625

0,04844

43,12564

1,34227

0,01016

50

0,15625

0,00708

0,15625

0,04531

42,64895

1,28390

0,00909

51

0,15625

0,00659

0,15625

0,04219

42,14402

1,22417

0,00807

52

0,15625

0,00610

0,15625

0,03906

41,60689

1,16295

0,00710

53

0,15625

0,00562

0,15625

0,03594

41,03269

1,10007

0,00618

54

0,15625

0,00513

0,15625

0,03281

40,41524

1,03533

0,00531

55

0,15625

0,00464

0,15625

0,02969

39,74668

0,96851

0,00449

56

0,15625

0,00415

0,15625

0,02656

39,01666

0,89929

0,00373

57

0,15625

0,00366

0,15625

0,02344

38,21119

0,82730

0,00303

58

0,15625

0,00317

0,15625

0,02031

37,31063

0,75202

0,00239

59

0,15625

0,00269

0,15625

0,01719

36,28614

0,67276

0,00181

60

0,15625

0,00220

0,15625

0,01406

35,09261

0,58852

0,00129

61

0,15625

0,00171

0,15625

0,01094

33,65309

0,49774

0,00085

62

0,15625

0,00122

0,15625

0,00781

31,81781

0,39772

0,00049

63

0,15625

0,00073

0,15625

0,00469

29,22103

0,28293

0,00021

64

0,15625

0,00024

0,15625

0,00156

24,33186

0,13602

0,00003

Расчет пропускной способности русел