МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА (МГУП)

Кафедра гидравлики

Курсовая работа.

«Гидравлический расчет каналов и гидротехнических сооружений».

Вариант …………….……3.3

Факультет……………..….СФ

Группа…………….……...321

Студент………Мезенцева Н.А.

Преподаватель…..Алышев В.М.

Москва 2009 г.

На реке N проектируется узел гидротехнических сооружений (рис. 1) для регулирования стока реки и обеспечения отбора воды на ирригацию и водоснабжение. В состав гидроузла входят: плотина из грунтовых материалов, образующая водохранилище; береговой водосброс с подводящим и отводящим каналами; магистральный канал (МК) с береговым регулятором. На магистральном канале проектируется перепад.

Рис. 1.

1-водохранилище; 2-плотина из грунтовых материалов; 3-река;

4-водосброс; 5-подводящий канал; 6-отводящий канал; 7-регулятор;

8-магистральный канал; 9-сопрягающее сооружение.

Исходные данные. Таблица 1.

наименования	значения
Магистральный канал Расход Qнорм, м^3/с Уклон дна i Коэффициент шероховатости n Заложение откосов m Срасч, Па	15 0.0005 0.020 1.0 0.15·10^5
Подводящий и отводящий каналы Расход Qсбр, м^3/с Уклон дна iотв Ширина канала по дну bотв, м Длина подводящего канала L, м Коэффициент шероховатости n Заложение откосов m Срасч, Па	525 0.00020 19 800 0.020 1.0 0.125·10^5
Водосброс Отметка ФПУ, м Отметка НПУ, м Отметка дна в ВБ Д1, м Отметка дна в НБ Д2, м Расход при НПУ Qсбр, м^3/c	120 119.4 102 100 525
Перепад Высота ступени Р, м	4

1. Расчет магистрального канала.

Для подачи воды на орошение проектируется канал трапецеидального сечения. Уклон дна i, грунт- обычные глины.

Определить размеры поперечного сечения канала из условий неразмываемости канала при Q_норм и Q_форс =1.15 Q_норм . Округлить полученную ширину по дну в МК до стандартного значения и уточнить нормальную глубину. Построить зависимость Q=f(h). Определить при Q_форс критическую глубину (по уравнению критического состояния и по формуле). Построить в неискаженном масштабе поперечное сечение канала.

1. Определение размеров поперечного сечения канала.

1. Определяем допускаемую скорость на размыв для связного грунта при расчетном сцеплении С_расч приняв глубину примерно равную 1 м.

Из таблицы 16.3 определяем V_доп при С_расч = 0,15×10⁵ Па.

Получаем V_доп =1,23 м/с.

2. Определяем гидравлически допустимый радиус R_доп

По Шези допустимая скорость равна:

, отсюда

м

3. Определяем гидравлически наивыгоднейший радиус R_гн .

R_гн = = = 1,525 м

m_о=2 – m = 1,828

4. Сравниваем R_гн и R_доп.

Имеем R_доп < R_гн

1,15 < 1,25 ,

Следовательно,

v < v_доп ,

R < R_доп.

Принимаем R = 1,1 м

= 0,879

5. В таблице 7, Приложение VII по = 0,879 и m = 1,0 определяем и .

Получаем и = 5,883.

6. Находим h_o и b.

h_он = ∙ = 1,134∙1,252 = 1,420 м

b =

7. Округляем b до ближайшего стандартного значения.

b = b_ст = 7 м

8. Находим отношение b_ст к R_гн

В таблице 7 Приложение VII при и m = 1,0 определяем отношение h_он к R_гн.

= 1,173

h_он

h_он = = 1,496 м

2. Проверим канал на размыв.

   1. Определим расход Q_форс.

Q_форс = k_форс∙Q_н = 1,15∙15 = 17,25 м³/с

2. Вычислим гидравлически наивыгоднейший радиус.

R_гн = = м

3. Определим отношение b_ст к R_гн.

4. По таблице 7 приложение VII по m =1,0 находим отношение h_оф к R_гн

5. Находим глубину h_оф

h_оф =

6. Определяем площадь живого сечения w_ф.

w_ф = (b_ст + m∙h_оф)∙h_оф =(7+1,0∙1,592)∙1,592 = 13,678 м²

7. Определяем максимальную скорость v_mах

v_max = v_ф = 1,261 м/с

8. Сравниваем максимальную скорость с дополнительно допускаемой на размыв.

По таблице 16.3. по С_расч = 0,15∙10⁵ Па и h = h_оф = 1,59 м определяем v_доп = 1,28 м/с

Сравниваем скорости:

v_доп > v_max

Следовательно канал не размывается.

3. Строим график зависимости расхода Q от глубины h.

w = (b+mh)∙h, χ = b+2h ,

R = , C = .

Таблица 2.

h,м	w, м²	ҳ, м	R, м	С, м /с	Q, м³/с	примечание
0,2	1,44	7,57	0,190225	37,22	0,522975515	Q = 15 м³/с
0,4	2,96	8,13	0,364084	42,14	1,686184304	m= 1,0
0,6	4,56	8,7	0,524138	44,97	3,324561242	n= 0,02
0,8	6,24	9,26	0,673866	46,92	5,378258753	b=7,0 м
1	8	9,83	0,813835	48,38	7,81367373	i=0,0005
1,2	9,84	10,39	0,947064	49,61	10,61458765	c=1/n+17,72lgR
1,4	11,76	10,96	1,072993	50,52	13,76729553
1,496	12,71	11,23	1,13179	50,953	15,40480019
1,5	12,75	11,24	1,134342	50,97	15,47502185
1,592	13,68	11,5	1,189565	51,336	17,12218436
1,6	13,76	11,53	1,193408	51,34	17,26688675
1,8	15,84	12,09	1,310174	52,08	21,11284826
2	18	12,66	1,421801	52,7	25,29938176
2,2	20,24	13,22	1,531014	53,27	29,83251332
2,4	22,56	13,79	1,635968	53,81	34,70768006
2,6	24,96	14,35	1,739373	54,26	39,93416528
2,8	27,44	14,92	1,839142	54,69	45,50744761
3	30	15,49	1,936733	55,1	51,43461456

Рис.2. График f=Q(h).

4. Определить критическую глубину при Q_форс (по уравнению критического состояния и по формуле).

   1. Вычислим критическую глубину по уравнению критического состояния.

Уравнение критического состояния:

Для трапецеидального русла критическая глубина рассчитывается аналитическим способом, предложенным И.И. Агроскиным.

w= (b+mh)∙h ;

B= b+2mh;

χ = b+2h ;

R = =

β= .

где b- ширина канала по дну; В-ширина канала по верху живого сечения; h- глубина наполнения; m=ctgθ, θ- коэффициент откоса.

→ h_кр.т = h_кр

Где h_кр = - критическая глубина в прямоугольном русле с тем же расходом Q и шириной по дну, что и у рассматриваемой трапеции.

z_т = .

Имеем h_кр =

z_т = = 0,126

h_кр.т = 0,88 = 0,843 м

2. Вычислим критическую глубину по формуле.

h_кр.т. =

h_кр =

z_п =

h_кр =

z_т = = 0,126

h_кр.т. =

Имеем критическую глубину, вычисленную по уравнению критического состояния h_кр.т. = 0,843 м и вычисленную по формуле h_кр.т. = 0,841 м .

Можем сделать вывод, что критическая глубина данного русла равна

h_кр.т. = 0,84 м

5. Выясняем вид кривой свободной поверхности, если при Q_форс глубина у перепада увеличится до h_кон= 1,4h_оmax.

1.5.1Имеем нормальную глубину h_о=1,496 м и h_кр =0,84 м

h_o > h_кр – спокойное состояние => П_к<1

h = h_гр2> h_o >h_кр

h_гр2=1,4 h_omax=1,4∙1,592 =2,23 м

2,23 м > 1,469 м>0,84 м

Следовательно в данном случае наблюдается кривая подпора Iа, имеющая вогнутую форму.

h→h_o => k→k_o =>

Следовательно, кривая Iа в своей верхней части асимптотически приближается к линии нормальных глубин.

1.5.2. Разбиваем всю кривую на N-1 участков Nсечениями.

Возьмем число сечений N=6

h_гр1<h_i<h_гр2

h₁ =h_гр1 = (1,02÷1,03)h₀ =1,03∙1,496 = 1,54 м

h_гр2=2,23 м

∆ = =

h₁ =1,540 м

h₂ =1,678 м

h₃ =1,816 м

h₄ =1,954 м

h₅ =2,092 м

h₆ =2,230 м

1.5.3. Дальнейшие расчеты выполним в таблице.

Q	b	m	n	α	g	i	hкр	ho
17,25	7	1	0,02	1,1	9,81	0,0005	0,84	1,496
сечение	1	2	3	4	5	6
h0	1,54	1,678	1,816	1,954	2,092	2,23
	13,1516	14,56168	16,00986	17,49612	19,02046	20,5829
	11,355778	11,7461	12,13642	12,52675	12,91707	13,30739
R	1,1581417	1,239704	1,319158	1,396701	1,472506	1,546727
B	10,08	10,356	10,632	10,908	11,184	11,46
C	51,129857	51,65359	52,13166	52,57123	52,97797	53,35641
Q	16,181509	18,72648	21,43494	24,30673	27,34198	30,54112
П'к	0,1301028	0,131884	0,133481	0,134926	0,136244	0,137454
П'кср		0,130994	0,132683	0,134204	0,135585	0,136849
z=(Q'/Q)^0.5	0,9685342	1,041918	1,114722	1,187049	1,258985	1,330601
z2-z1		0,073384	0,072804	0,072327	0,071936	0,071617
Ф(z)	1,4187435	1,374445	1,148339	1,050092	0,991249	0,951397
∆Ф(z)		-0,0443	-0,22611	-0,09825	-0,05884	-0,03985
h2-h1		0,138	0,138	0,138	0,138	0,138
a		1,880527	1,895495	1,908	1,918384	1,926928
L1-2		420,784	1019,436	600,5935	471,1591	408,5636
summa	0	420,784	1440,22	2040,813	2511,972	2920,536
ZD	5	4,789608	4,27989	3,979593	3,744014	3,539732
ZB	6,54	6,467608	6,09589	5,933593	5,836014	5,769732
summa	0	420,784	1440,22	2040,813	2511,972	2920,536
ZD	5	4,789608	4,27989	3,979593	3,744014	3,539732
ZB	6,54	6,467608	6,09589	5,933593	5,836014	5,769732
K-K	5,84	5,629608	5,11989	4,819593	4,584014	4,379732
N-N	6,496	6,285608	5,77589	5,475593	5,240014	5,035732

Рис.3. Кривая подпора I

Рис 2