Характеристика лесосплавного пути

Характеристика лесосплавного пути. Для расчета гидравлических и гидрологических характеристик лесосплавного пути применяется методика для неизученных рек и отсутствии данных многолетних наблюдений за режимом реки с применением строительных норм 371-97, 356-1.1 Определение режима расхода воды в расчетном маловодном году. 1. Расчет многолетних средних расходов воды. Средний многолетний расход воды в расчетном створе устанавливается по зависимости: F – площадь водосброса, в рассматриваемом створе реки, км2 М0 – средний многолетний модуль стока, л/с с 1 км2 площади бассейна, определяемый при отсутствии многолетних наблюдений за стоком реки по карте изолиний среднего годового стока.

Определение среднего годового стока воды Q­0­, как и все последующие расчеты элементов гидрологического режима, проводятся для всех расчетных створов, т.е. для лимитирующего створа и створов возможного строительства плотины.

Результаты расчетов представляются в табличной форме. (Таблица №1) Таблица №1 Определение среднего многолетнего расхода воды. Наименование створов F, км2 М­0­ л/с к 1 км2 Q­0­, м з/с 1.Лимитирующий 2.Плотины №3.Плотины №2 1600 1300 1500 8,11 8,11 8,11 12,976 10,543 12,2. Расчет средних годовых расходов воды маловодного года 90% обеспеченности. 1. Установим коэффициент вариации годового стока на карте (рис.1.) 2. Вычислим коэффициент асимметрии для годового стока 3. Установим модульный коэффициент Ф – отклонение ординат биноминальной кривой обеспеченности до середины .(По таблице Ростера-Рыбкина) Ф=-1,24 Все расчеты сведем в таблицу №2. Таблица №2 Наименование товаров F, км2 Q­0­, м3/с С­V C­S При обеспеченности Р=90% Ф ФС­V К­90% Q­90%­, М3/с 1.Лимитирующий 2.Створ плотины №3.Створ плотины №2 2200 1600 2100 12,97 10,54 12,17 0,22 0,44 -1,24 -0,272 0,727 9,434 7,665 8,2.4 Средний расход воды заданной обеспеченности вычислим по формуле: 3. Внутригодовое распределение стока для года 90 - % обеспеченности.

Для проектирования лесосплавных объектов необходимо знать среднемесячные и среднедекадные расходы воды для расчетного маловодного года 90 % - ой обеспеченности, которые определяются по формуле: -среднемесячные или средне декадные расходы воды в рассматриваемом створе, - модульные коэффициенты, характеризующие величину среднемесячных (средне декадных) расходов воды; - среднегодовой расход воды заданной обеспеченности, При выборе модульных коэффициентов нужно установить, к какому району относится река, для которой составляется проект.

В данном проекте река Кама, и потому коэффициенты принимаем по среднему Уралу. Результаты вычислений сводим в таблицу №3 Таблица 3 Продолжение таблицы 3 1.4. Построение интегральной кривой стока в расчетных створах.

При проектировании регулирования стока сплавных рек интегральные кривые строят, обычно за один расчетный год заданной обеспеченности, начиная с 1 января.

Все расчеты для построения интегральных кривых стока в расчетных створах сводим в таблицу №4 Таблица №4 Расчетные величины Среднемесячные (средне декадные) расходы воды, I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Ср. месячный или средне декадный расходы , ,42 11,42 1,42 1,89 2,83 2,36 47,14 66,04 33,96 20,75 14,14 10,38 5,66 4,72 7,55 9,43 5,66 2,36 1,15 1,15 1,15 1,53 2,3 1,92 38,33 53,66 27,59 16,86 11,5 8,43 4,6 3,83 6,13 7,67 4,6 1,92 Объем стока за расчетный промежуток времени, млн.м3 3,7 3,7 3,7 1,63 2,45 2,04 40,73 57,06 29,34 17,93 12,23 9 14,72 12,27 19,63 24,52 14,72 6,14 3 3 3 1,32 2 1,66 33,12 46,36 23,84 14,57 9,94 7,28 11,96 9,96 15,94 19,94 11,96 5 Объем стока на конец расчетного промежутка времени (нарастающим итогом) V, млн.м3. 3,7 7,4 11,1 12,73 15,18 17,22 57,95 115,01 144,35 162,28 174,51 183,51 198,23 210,5 230,13 254,65 269,34 275,51 3 6 9 10,32 12,32 13,96 47,1 93,46 117,3 131,87 141,81 149,09 161,05 171,01 186,95 206,89 218,85 223,85 Правильность вычислений можно проверить: объем интегрального стока на конец декабря должен быть равен объему годового стока, вычисленному по формуле: с допустимым расхождением 2-3%. По данным последней строки таблицы №4 строим интегральные кривые стока для лимитирующего створа и створа плотины №1 Рис. 2. Интегральная кривая стока для лимитирующего створа и створа плотины №1. По данным первой строки таблицы №4 построим гидрограф реки Кама в расчетном лимитирующем створе. (рис. 3) Рис.3. Гидрограф в расчетном лимитирующем створе 1.5 Расчет максимальных расходов воды в створах проектируемых сооружений.

Этот расчет необходим для расчета отверстий плотин и определения условий пропуска воды в период строительства.

Для лесосплавных плотин IV класса капитальности отверстия которых рассчитываются на пропуск максимальных расходов 5%-ой обеспеченности и проверяются на пропуск максимальных расходов 1%-ой обеспеченности.

Кроме того, во время строительства лесосплавной плотины IV класса капитальности проверяется на пропуск дождевого паводка с расходом воды 20%-ой обеспеченности. 1.5.1Определение расчетных максимальных расходов малых вод (весеннего половодья). Максимальный расход талых вод с обеспеченностью Р%. - расчетный слой суммарного стока половодья обеспеченностью Р%, мм. F – площадь водосбора в расчетном створе, км2 - коэффициент дружности половодья, n – показатель степени, характеризующий уменьшение дружности половодья в зависимости от площади водосбора. ­1­ – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода на реках, зарегулированных озерами; ­2­ – то же в залесенных и заболоченных бассейнах.

Расчетный слой стока половодья заданной обеспеченности. - модульный коэффициент слоя стока половодья расчетной обеспеченности; - средний многолетний слой стока половодья (мм), определяемый по карте изолиний (рис 4); =160 м - коэффициент вариации слоя стока половодья, определяемый по карте изолиний. (рис.5) Коэффициент асимметрии слоя стока половодья К­р5%­=1,77*0,325+1=1,58 К­р1%­=2,68*0,325+1=1,87 h­p5%­=1,58*160=252,8 h­p1%­=1,87*160=299,2 - залесенность бассейна выраженная в процентах от площади водосбора бассейна; - заболоченность бассейна в процентах от площади водосбора. ­2­=10,8(0,05&am p;#61655;65+0,15+1)=0,46 Створ плотины №1: Створ плотины №2: Расчет максимальных расходов и уровней воды для обоих створов плотин производим в таблице №5. Таблица №5 Наименование створов F, км2 (F+1)n ­k0 hp­, мм ­1 ­2 Q­max­, УВВ, м 5% 1% 5% 1% 5% 1% Створ плотины №1 1600 3,38 0,007 252,8 299,2 1 0,46 385,3 456,1 18,1 18,3 Створ плотины №2 2100 3,4 502,8 595,1 18,2 18,4 УВВ весеннего половодья расчетной обеспеченности определили для соответствующих максимальных расходов воды по кривой расходов в створе плотины, приводимой в задании. 1.5.1Определение максимального расхода воды дождевого паводка 20%-ной обеспеченности.

Максимальные расходы воды дождевого паводка заданной обеспеченности можно определить по упрощенной формуле профессора Д.Л.Соколовского: F – площадь водосбора в створе плотины, км2 S’­­ – коэффициент, учитывающий влияние озерности и заболоченности бассейна, определяется из выражения: - соответственно площадь озер и болот в процентах от всей площади бассейна; В – коэффициент, учитывающий географическое положение реки и зависящий от заданной обеспеченности определяемого расхода.

В = 3,0 Створ плотины №1: Створ плотины №2: Установив величину максимального расхода воды дождевого паводка 20% - ной обеспеченности по кривой расходов, находим соответствующую отметку уровня высоких вод дождевого паводка расчетной обеспеченности. Все расчеты сводим в таблицу №6. Таблица №6 Наименование створов F, км2 В S’ , УВВ обеспеченным Створ плотины №1 1600 40 3,0 0,76 91,2 16,7 Створ плотины №2 2100 45,83 104,5 16,9 1.5.2Построение кривой расхода в лимитирующем створе.

В пределах отметок поперечного профиля назначается три уровня на отметках Z­1­, Z­2­, Z­3­ за начальный «нулевой» уровень Z­0­ принимается уровень нижней точки дна, для которого все гидравлические элементы сечения равны нулю. Для уровня вычисляются: а) площадь живого сечения  м2, располагающаяся от дна до данного уровня. б) ширина русла по зеркалу воды на данном уровне, В м в) средняя глубина, эквивалентная при широком русле гидравлическому радиусу R; г) скоростной множитель д) средняя скорость потока, м/с е) расход воды , Все результаты расчетов сводим в таблицу 7. Таблица №7 Z, м , м2 В, м, м С, V, Q, 10,9 0 0 0 0 0 0 12 30,5 30,5 1 50 1,12 34,16 13 65,7 33,5 1,96 56 1,75 114,97 14 104,5 37 2,82 59,5 2,23 233,04 По данным таблицы №7 справа от поперечного профиля строим графики зависимостей и (рис. 6). Рис.6. II Выбор и обоснование схемы регулирования стока реки 2.1. Определение сроков лесосплава на естественных уровнях и расчет необходимого его продления.

Расчет проводится для наиболее неблагоприятного по условиям лесосплава (лимитирующего) створа, положение которого указано в задании.

Эта задача решается в следующей последовательности: 2.1.1Определяется минимальная сплавная глубина.

Т – максимальная осадка сплавляемых единиц; Т=0,56 Z – данный запас, принимается 0.10 – 0.15 м 0,56+0,14=0,7 м 2.1.2Определяется минимальный сплавной расход воды в лимитирующем створе, при котором обеспечивается минимальная сплавная глубина, а при молевом сплаве, так же и минимальная эксплуатационная скорость 0.15 – 0.2 м/c. Минимальный сплавной расход определяется по поперечному профилю лимитирующего створа и кривым расхода воды и скоростей, построенным для этого створа (рис.6). В качестве расчетной величины принимается наибольшее из двух найденных величин.

Уровень воды, отвечающий расчетной величине минимального сплавного расхода называется минимальным сплавным уровнем.(Мин. СУВ). 2.1.3Дата окончания лесосплава на естественных условиях определяется условием: - среднедекадный или среднемесячный расход воды в лимитирующем створе.

Начало сплава на естественных уровнях –1.V Конец сплава на естественных уровнях – 31.V Начало регулирования сплава –1.VI 2.1.4Сроки продления периода лесосплава за счет регулирования стока.

Определим часовую лесопропускную способность в лимитирующем створе: - коэффициент перехода от поверхностной скорости течения к скорости движения бревен в сжатом сечении лесосплавного хода. - средняя поверхностная скорость течения при минимальном сплавном расходе ; - сжатая ширина лесосплавного хода, м в – ширина по зеркалу воды в лимитирующем створе при Мин. СУВ; в=29 м  - коэффициент использования ширины реки в сжатом сечении. - предельный коэффициент заполнения лесосплавного хода в сжатом сечении; g – объем лесоматериалов, плотно размещающихся на 1 м2 акватории: - средний диаметр бревен, м Произведение коэффициентов и ; При Продолжительность молевого лесосплава на регулированном стоке (число часов эффективного дополнительного питания) n: Д – дефицит лесопропускной способности, м3 Число суток, на которое должен быть продлен период лесосплава при возможности двухсменной работы, т.е. при сезонном регулировании стока: суток 14 – число часов лесосплава в сутки при двухсменной работе. 2.2.Выбор варианта схемы регулирования стока 2.2.1 Проверка возможности применения суточного регулирования. Суточное регулирование стока следует применять только для продления сроков молевого лесосплава.

Первым критерием применимости суточного регулирования стока является предельная дальность действия попуска (). Эта величина обуславливается явлением распластывания волны и ограниченной продолжительностью попуска.

При среднем уклоне i = 0.0009 предельная дальность действия попуска будет: Рис.7 Расчет ведем по створу плотины №1: Следовательно, суточное регулирование невозможно. 2.2.2 Проверка возможности сезонного регулирования стока.

Сезонное регулирование стока может использоваться для продления периода молевого лесосплава.

Дата начала дополнительного питания соответствует началу расчетного интервала времени, следующего за окончанием периода лесосплава на естественных уровнях 1.VI. Дата окончания дополнительного питания 7.IV . Средний расход в лимитирующем створе: Средний за период расход воды дополнительного питания: Для того, чтобы обеспечить дополнительное питание в течение периода, необходим полезный объем водохранилища: Для этого объема соответствует отметка  НПУ (нормальный подпорный уровень) равная 17 м, что ниже 19,3 м. Следовательно, сезонное регулирование возможно.

После проверок делаем вывод, что принимается сезонное регулирование стока в створе плотины №1 на 1630 км от устья реки. 2.3. Водохозяйственный расчет по принятому варианту схемы регулирования стока.

Для выбранного варианта производится уточненный водохозяйственный расчет. 3.1. Сезонное регулирование стока. 1)Продолжительность периода дополнительного питания с 1.VI по 7.VI. 2)Весь период дополнительного питания разбивают на части (декады). В нашем случае разбивка не требуются, т.к. дополнительное питание проводится в одну декаду. 3)В табличной форме производим расчет величины полезного объема водохранилища.

Таблица №8 № расчетного периода Сроки расчетного периода Продолжительность расчетного периода, Т Ср. за расчетный период расходы, , 1 1.06-7.06 6 25 24,27 0,73 378432 416275,2 Объем воды, полезно срабатываемый из водохранилища за данный период : Полный объем воды, который должен быть запасен в водохранилище на данный расчетный период : 4)Выясним режим расхода воды из водохранилища в период дополнительного питания.

Зарегулированный расход воды, поступающей из водохранилища: - естественный расход в створе плотины за расчетный период, принимается по таблице 3. Объем зарегулированного стока из водохранилища: Результаты расчетов сводим в таблицу №9. Таблица №9 № расчетного периода Сроки расчетного периода Продолжительность расчетного периода, Тсут Ср. за расчетный период расходы воды, , 1 1.06-7.06 6 19.72 0.73 20.45 10601280 5)Проверяем обеспеченность зарегулированного режима стока в створе плотины естественной приточностью в маловодном году 90%-ной обеспеченности.

Чтобы не ухудшить условия лесосплава на естественных уровнях и обеспечить требующийся режим дополнительного питания, для створа плотины должно соблюдаться неравенство: - объем годового стока (= 221854500 м3) - объем зарегулированного стока за период дополнительного питания - объем стока за период сплава на естественных условиях, т.е. с начала лесосплава до начала дополнительного питания. 221854500>(10601280+127410000) 221854500>138011280 то есть условие выполняется. 6)Определим отметку уровня мертвого объема водохранилища (УМО) - отметка уровня воды в нижнем бьефе плотины при зарегулированном расходе в последнем расчетном периоде дополнительного питания, когда водохранилище срабатывается до наинизшего уровня, т.е. до УМО. Z = 0,1-0,3 м – перепад уровней, необходимый для пропуска через плотину зарегулированного расхода. (Z = 0,2 м) Величину берем из таблицы №9, после чего определяем по кривой расхода в створе плотины №1. = 16.1+0.2=16.3 м соответствует мертвому объему =10 ( нашли по кривой расхода водохранилища W=f(Z)). 7)Находим полный объем водохранилища как сумму мертвого и полезного объемов.

Рис.8 Определение основных параметров водохранилища =1+10,6 =11,6 млн. Полному объему водохранилища соответствует установленная по кривой объема. - условие выполняется. 18.2<19.3 III Проект лесосплавной плотины 3.1. Исходные данные. а) 385.33 м3/с 2. а) 18.1 м б) 91.2 м3/с б) 16.7 м в) 20.45 м3/с в) 16.1 м 456.06 м3/с 3. 18.2 м 16.3 м 4. Грунт суглинок 5. Заданные сроки строительства с 1.08 по 31.03 Тип кривой Рис. 9. Кривые расходов воды в створе плотины Q=f(Z) Рис. 10 Участок под плотину-план № 3.2. Выбор створа плотины.

Плотина размещается на участке наибольшего сближения крутых берегов долины с тем, чтобы иметь наименьшую длину дамб сопрягающих плотину с берегами.

Непосредственно ниже створа плотины нужно иметь сравнительно прямолинейный участок реки с тем, чтобы не создавать условий для размыва берега и образования заторов леса в нижнем бьефе плотины.

Водопропускная часть плотины (водосброс) располагается перпендикулярно динамической оси потока и в наиболее пониженной части русла, чтобы обеспечить наилучшие условия для пропуска высоких вод. Створ плотины №1 будут размещен на участке под плотину – план №4 рис.10. 3.3. Выбор типа и конструкции плотины.

Тип флютбета - свайный, т.к. напор на пороге плотины до 4.0 м, а грунт позволяет забивку свай. Тип устоев – ряжевые.

Конструкция постоянных промежуточных опор – контрфорсные, шириной 0,4 – 0,7 м. Конструкция ряжей – из бревен сплошной рубки.

Тип затворов – обыкновенные плоские щиты. Тип моста – служебный. 3.4. Гидравлический расчет ширины отверстия плотины. Водосливное отверстие плотины класса капитальности рассчитывается на пропуск максимального расхода 5%- ной обеспеченности и проверяется на пропуск максимального расхода 1%-ной обеспеченности.

Кроме того, по эксплуатационным условиям отверстие плотины рассчитывается на пропуск зарегулированного расхода при минимальном напоре на пороге сооружения, т.е. при отметке уровня мертвого объема. Поскольку пропуск максимальных расходов происходит при полностью снятых щитах, отверстие лесосплавных плотин в гидравлическом отношении могут рассматриваться как водослив с широким порогом. Расчет ширина отверстия лесосплавной плотины проводится в следующей последовательности. 3.4.1. Установим отметку порога водосливного отверстия по условиям лесосплава через створ плотины. - минимальная сплавная глубина для соответствующего вида лесосплава; -минимальный зарегулированный уровень воды в период лесосплава. 16.1 – 0.7= 15.4 м Если через створ плотины производится только молевой лесосплав, как в данном случае, то принимается для последнего расчетного периода. Вычислив, находим напор на пороге плотины: =18.2 – 15.4=2.8 м 3.4.2. Определим сжатую ширину отверстия из условия пропуска максимального расхода 5%-ной обеспеченности. а) составим расчетную схему пропуска воды через створ плотины.

Так как = 18.2 выше, то принимаем следующую схему.