ФГПУ ВПО ОмГАУ

Кафедра гидротехнических мелиораций

Факультет водохозяйственного строительства 
 
 
 
 
 
 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине “Гидротехнические сооружения комплексного и отраслевого назначения” 

ВОДОХРАНИЛИЩНЫЙ ГИДРОУЗЕЛ

С ГРУНТОВОЙ  ПЛОТИНОЙ 
 
 
 

Выполнил: Александрова Н. В.

               51 группа,

заочное отделение

                   Проверил: Петров  Е.Ф.

                 
 
 

Омск 2009 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 

Продолжение содержания

 
 
 
 
 
 

Паспорт водохранилищного гидроузла на реке ТУРА 

 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

     Целью данной расчетно-графической работы является проектирование водохранилищного гидроузла с грунтовой плотиной.

     Общий комплекс гидротехнических сооружений, объединенных по расположению и условиям их совместной работы, называется гидроузлом. В зависимости от назначения различают виды гидроузлов: водозаборные, воднотранспортные, энергетические, ирригационные и другие. Гидроузлы бывают комплексные. Речные гидроузлы называются напорными (или плотинными), если они создают подпор на реке и безнапорными, если подпор отсутствует.

     Если  имеется совокупность гидротехнических сооружений и гидроузлов, объединенных территориально и служащих общим водохозяйственным целям, то эта совокупность называется гидротехнической системой.

       Неотъемлемой частью водохранилищного  гидроузла является плотина. Простота конструкции, широкое использование местных строительных материалов, возможность постройки почти на любых основаниях обусловили широкое распространение земляных плотин во всех странах. Земляные плотины подразделяются по множеству признаков. Так по способу возведения они бывают: насыпные, намывные, полунамывные. По конструкции поперечного профиля земляные плотины делятся: из одного грунта, с вертикальным ядром или диафрагмой, с экраном, из разнородных грунтов.

     Для возведения земляных плотин применяют  различные грунты, имеющиеся на территории постройки плотины. Лучшими грунтами для однородной плотины считаются суглинки и супеси. Вполне пригодными является песчаные и песчано-гравелистые грунты, но в этом случае необходимо применять противофильтрационные устройства: экраны, ядра и понуры. Для противофильтрационных элементов плотины применяются связные, пластичные малопроницаемые грунты: глины, суглинки, а также торф при степени разложения не менее 50%.

     При достаточном количестве в районе строительства относительно водонепроницаемых грунтов строят плотину из однородного грунта. Их преимущества – простота и быстрота возведения, возможность применения комплексной механизации, что значительно снижает стоимость работ по сравнению с другими типами плотин.

     При недостаточном количестве малопроницаемых грунтов плотину насыпают из имеющихся на месте песчаных грунтов, супесей или других проницаемых материалов. Для предупреждения фильтрации воды через тело плотины применяют противофильтрационные устройства.

     Основные  элементы профиля плотины приведены на рисунке 1.

 
 
 

 
 
 

      Примечание:  ÑНПУ – нормальный подпертый уровень;

                        ÑГП – отметка гребня плотины;

                        1 – верховой откос;

                        2 – подошва плотины;

                        3 – берма;

                        4 – низовой откос;

                        5 – тело плотины. 

      Рисунок 1 – Элементы профиля земляной плотины. 

1 РАЙОН  СТРОИТЕЛЬСТВА, НАЗНАЧЕНИЕ ГИДРОУЗЛА

И КЛАСС  ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ 

     Район строительства находится на территории Уральского Федерального округа, в Свердловской области, на реке Каменка.

      Гидроузел на реке Каменка предназначается для сезонного регулирования для орошения сельскохозяйственных угодий.

      Для  определения класса основных гидротехнических сооружений воспользуемся двумя методиками.

      По  первой методике класс определяется в зависимости от последствий аварии, высоты плотины, материала и вида грунта основания. Для этого воспользуемся таблицей 1.1 [4]. Недостающими данными является максимальная высота: 

     H¢_max = ÑГП¢ - ÑДна, м          (1)  

      Отметку гребня плотины берем предварительную:

     ÑГП¢ = ÑНПУ + 2,5 м = 158,20 + 2,5 = 160,70 м.

      Отметка дна равна 147,62 м. Подставляем данные в формулу 1 и получаем:

     H¢_max = 160,70 – 147,62 = 13,08 м.

      Так как максимальная высота плотины  равна 13,08 м, а это меньше 25 метров, то принимаем класс основных гидротехнический сооружений – IV.

      Согласно  второй методики, класс сооружений определяется в зависимости от последствий нарушения  эксплуатации гидроузла. Для этого воспользуемся формулой: 

                        F_ор =(q_ВП /q)×1000, га     (2) 

      где  q_ВП – максимальный расход водопотребления, м³/с;

            q – расчетный гидромодуль, л/с×га.

Принимаем расчетный гидромодуль равный 0,5 л/с×га. Максимальный расход водопотребления из задания равен 1,2 м³/с. Тогда:

            F_ор =(1,2 /0,5)×1000 = 2400 га.

По этому  значению выбираем класс сооружений по таблице. Принимаем расчетный класс основных гидротехнических сооружений – IV кл.

      Коэффициент надежности К_Н сооружения равен 1,1. 
 
 

2 СТВОР  ГИДРОУЗЛА, СОСТАВ И РАЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА

КОМПОНОВКИ  СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛА 

     2.1 Створ гидроузла 

      При выборе створа гидроузла необходимо учитывать ряд требований:

- расположение  плотины по возможности должно  быть в самом узком месте речной долины. Ось плотины должна быть перпендикулярна горизонталям местности и направлению течения реки;

- при проектировании плотины необходимо провести исследование грунтов, прилегающих к району строительства, которые могут понадобиться для возведения плотины;

- необходимо учесть размеры территории, которая понадобится для размещения постоянных и временных сооружений гидроузла;

- по возможности  необходимо учесть прокладку дорожной сети, линии электропередачи и связи;

- необходимо учитывать интересы пользователей данного гидротехнического сооружения и располагать его в близи от водопотребителей;

- при проектировании  необходимо учитывать территорию затопления после начала работы плотины;

- средняя  глубина в водохранилище должна  быть не менее 2,5 м для соблюдения экологических и санитарных требований.

      Согласно  вышеперечисленным требованиям  был запроектирован створ гидроузла  (см. Лист 1). По створу гидроузла построен продольный  профиль  (см.  рис.2) 

      2.2 Состав гидроузла и назначение его сооружений 

      В состав гидроузла входят следующие  сооружения:

- водонапорное сооружение (плотина). Данное сооружение необходимо для создания подпора воды и образования чащи водохранилища;

- водосбросное сооружение. Служит для пропуска избыточного количества воды в нижний бьеф во время весенних половодий либо дождевых паводков;

- водовыпускное сооружение. Необходимо для пропуска в нижний бьеф бытовых расходов воды (санитарные попуски), для пропуска строительных расходов, для полного или частичного опорожнения водохранилища;

- водозаборное  сооружение. Оно требуется для  забора воды из водохранилища для целей орошения.  

      2.3 Тип водосбросного сооружения 

      Проектирование  водосбросного сооружения ведется по типовым проектам. Нужное типовое сооружение подбираем по расходу с учетом возможности применения выбранного типа к конкретным местным условиям. Итак, по расчетному максимальному расходу водосброса 40,0 м³/с, выбирает тип водосбросного сооружения – водосброс автоматический  трубчатый  с  шахтным оголовком. Данный водосброс идеально подходит под данные топографические условия района строительства. 
 

      2.4 Компоновка сооружений гидроузла 

     Гидроузел предназначен для целей орошения, а, следовательно, при компоновке необходимо учитывать ряд требований:

     - чтобы гидроузел находился как  можно ближе к потребителя,  т.е. к полям орошения;

     - чтобы территория затопления  от создания водохранилища была минимальна и др. требования.

     Ось плотины располагается перпендикулярно направлению горизонталей местности и направлению движения воды в реке.

     Водосброс расположен на правом пологом  берегу  реки, в  русловой  части  на  отметке  211,00  (в  месте  пересечения  с  осью  плотины),  на подготовленном естественном грунте основания.

     Водовыпускное  сооружение  также  имеет  русловую  компоновку  и  совмещён  с  водосбросным  сооружением. 

3 ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА 

      3.1 Тип и конструкция плотины 

      3.1.1 Тип плотины

      По  назначению плотины бывают 3 видов:

      - водоподъемные;

      - водохранилищные;

      - комбинированные.

      По  способу перекрытия плотины делятся  на 2 основные группы:

      - глухие плотины, пропуск воды  в которых через створ осуществляется водопроницаемыми сооружениями в теле плотины, имеющие весьма малую ширину по сравнению с длиной плотины;

      - водосбросные (водопропускные) плотины, по длине которых устраивают достаточно широкие водопропускные отверстия.

      По  строительному материалу: земляные, каменно-набросные, деревянные, бетонные, каменные.

      По  виду пропуска воды через водохранилище: водосливные, водосбросные, глухие.

      Согласно  классификации плотин – это глухая грунтовая гравитационная однородная насыпная плотина.

      Для  отсыпки  тела  плотины  используется  грунт  №5 – супесь  с коэффициентом фильтрации К_ф = 0,3  м/сут.,  так как этот грунт обладает малой  водопроницаемостью  и  не  подвержен  морозному  пучению. 

      3.1.2 Сопряжение тела плотины с  основанием и берегами  

      По  данному подпункту рассматривается  подготовка основания плотины:

     - перенос построек расположенных в близи места строительства плотины;

     - осуществляется выравнивание местности прилегающей к строительству плотины (выкорчевка пней, срез деревьев и кустарников);

     - снятие растительного слоя (30 см);

     - проводится планировка поверхности. 

      3.1.3 Противофильтрационные устройства

     Противофильтрационные устройства разделяются на 2 основные группы по месту нахождения в плотине:

            - противофильтрационные  устройства в теле плотины;

            - противофильтрационные  устройства в основании плотины.

      В грунтовой плотине для уменьшения фильтрационных потерь и снижения кривой депрессии в низовой части откоса в теле плотины устраивают  противофильтрационные устройства. Основные противофильтрационные устройства: ядра; экраны; диафрагмы. Для создания применяют: суглинки, глины, глинобетон, асфальтобетон.

      Противофильтрационные устройства в основании плотины  могут быть глухими и висячими.

       Тело плотины выполнено из глинистого, слабо водопроводящего грунта, поэтому противофильтрационных устройств не требуется. 

      3.1.4 Гребень плотины 

     Гребень плотины (рисунок 3) используется для проезда автомобильного транспорта.

       
 
 
 

     Примечание: А – ширина проезжей части;

                          Б – ширина обочины;

                          В – ширина гребня плотины.   

      Рисунок 3 – Элементы профиля гребня плотины 

      Для IV категории автомобильной дороги предусмотрены следующие размеры: А = 6,0 м, Б = 2,0 м, В = 10,0 м.

      Отметка гребня плотины рассчитывается следующим  образом: 

                              ÑГП = ÑУВБ + d , м    (3) 

Расчет ведется  для двух случаев:

      - для основного: ÑГП₁ = ÑНПУ + d₁

      - для особого: ÑГП₂ = ÑФПУ + d₂

Для принятого  типа водосбросного сооружения:  Н = 0,27 м.

 Тогда  ÑФПУ = ÑНПУ + Н = 158,20 + 0,27 = 158,47 м.

            Для  расчёта  гребня  плотины принимаем отметку ФПУ равной 158,47 м.

     Возвышение  гребня над расчетным уровнем  воды верхнего бьефа d определяется по формуле: 

                              d = h_н + Dh + a , м    (4) 

      где  h_н - высота наката ветровой волны на откос, м;

            Dh – высота ветрового нагона воды, м;

            а – запас высоты плотины. Принимаем не  менее 0,5 м.

Высоту ветрового  нагона воды Dh определяют по формуле: 

                        Dh = , м    (5) 

      где К_в – коэффициент зависящий от скорости ветра. Так как

                 скорости ветра не превышают 20 м/с, то К_в = 2,1×10^-6;

            W – расчетная скорость ветра, м/с;

            D – длина разгона ветровой волны, м;

            Н – условная расчетная глубина воды в водохранилище.

            Dh – проект учебный, поэтому последовательного приближения

           не делаем. Следовательно, Dh = 0.

            a - угол между продольной осью водоема и направлением

     господствующих ветров. a = 0, следовательно Cosa = 1

Учитывая выше изложенное, конечная формула имеет вид: 

                              Dh =  

Расчет ведется  для двух случаев:

      - для основного: W₁ = W_4% = 18,2 м/с;

     Н₁ = ÑНПУ - ÑДна = 158,20– 147,62 = 10,58 м.

     D₁ = 3,2 км = 3200 м.   

Dh₁ = = = 0,012 м.

      - для особого:  W₂ = W_50% = 12,2 м/с;

     Н₂ = ÑФПУ - ÑДна = 158,47 – 147,62 = 10,85 м.

     D₂ = 3,5 км =3500 м.   

Dh₂ = = = 0,01 м. 

     Высоту  наката волны на откос плотины определяем по формуле: 

                        h_н = h_1%×K_D×K_НП×К_С×К_b×К_НГ×К_НJ , м   (6) 

      где h_1% - высота волны 1% вероятности превышения, м;

            K_D и K_НП – коэффициенты зависящие от типа и относительной

     шероховатости верхового откоса, крепления откоса.

     Принимаются равными K_D = 1 и K_НП = 0,9 ;

            К_С – коэффициент, зависящий от скорости ветра и заложения

     откоса. Принимается равным К_С = 1,3 ;

К_b - коэффициент зависящий от угла подхода фронта воды к плотине. Принимаем равным К_b = 1, т.к. b = 0 ;