МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет»

водного транспорта леса и гидравлики

(наименование кафедры)

Симахин Александр Владимирович

(фамилия, имя, отчество студента)

Институт

ЛТ

курс

III

группа

1

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине

Водный транспорт леса

На тему

Организация береговой сплотки и погрузки лесоматериалов в суда

(наименование темы)

Руководитель проекта

ст. преподаватель

Л. Н. Зунин

(должность)

(подпись)

(и.,о., фамилия)

Проект допущен к защите

(подпись руководителя)

(дата)

Решением комиссии от «

»

2011 г.

признать, что проект

выполнен и защищён с оценкой

Члены комиссии

(должность)

(подпись)

(и.,о., фамилия)

Архангельск

2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 Гидрологические расчеты

1.1 Расчет эмпирической кривой, горизонтальных уровней на 6-ой,9-ый,12-ый,15-ый дни после ледохода

1.2 Расчет гидравлических характеристик реки

2 Обоснование габаритов плотов

2.1 Формирование плотов

2.1.1 Определение параметров пучков

2.1.2 Расчет обвязок для пучков

2.2 Характеристики секций и их расчет

2.3 Формирование секций

2.4 Формировочный такелаж

3 Технология берегового склада

3.1 Описание технологического процесса

4 Определение объема земляных работ

5 Расчет крепления плотов

5.1 Выбор типа береговых опор и якорей

6 Расчет количества буксирного флота

7 Защита плотбища от ледохода

8 Погрузка лесоматериалов в суда

9 Охрана труда и окружающей среды при береговой сплотке

Список использованных источников

Приложение А

ВВЕДЕНИЕ

Одним из главных резервов повышения эффективности водного транспорта леса, создания экологически чистых технологий является увеличение объемов и повышение технологического уровня береговой сплотки круглых лесоматериалов.

Важнейшим мероприятием по совершенствованию технологии лесосплава является внедрение новых, более экономичных типов плотов, повышение комплексной выработки и улучшение качества сплотки.

Береговая сплотка позволяет избежать потерь леса в сплаве; исключить из транспортного процесса многие виды основных, подготовительных и вспомогательных производств, связанных с проведением молевого сплава; сортировкой и сплоткой леса на воде; сбором разнесенной и подъемом затонувшей древесины. Она создает возможность комплексной механизации и автоматизации производственных процессов; обеспечивает эффективное использование машин и сооружений в течение всего года. Сплотку лесоматериалов организуют на береговых складах, примыкающих к судоходным или временно судоходным водным путям.

Береговой склад – это нижний (затопляемый или незатопляемый) лесной склад в пункте примыкания лесовозной дороги к водному пути.

Работы по береговой сплотке выполняют в едином производственном потоке лесозаготовительных и лесосплавных работ берегового склада.

Целью курсового проекта является детальное изучение технологии береговой сплотки лесоматериалов, и формирование плотов с последующей доставкой их по водным путям потребителям.

1 ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Целью гидрологических расчетов является определение гарантированного водосъемного уровня, продолжительности вывода плотов и отметки заложения дна плотбища.

Под гарантированным съемным уровнем понимают минимальный уровень весеннего половодья, который обеспечивается с вероятностью

95% в течение заданного периода вывода плотов с плотбища.

Гарантированный съемный уровень определяют в результате статистической обработки многолетних водомерных наблюдений по опорному водомерному посту. Результаты расчетов в таблице 1,2,3 и 4.

1.1 Расчет эмпирической кривой, гарантированных уровней на 6-й, 9-й, 12-й и 15-й дни после ледохода

Используя данные из задания, строим график связи уровней опорного водомерного поста H_оп и водомерного поста на плотбище H.

По графику связи уровней при известных уровнях для опорного поста H_оп определяют соответственные уровни для водомерного поста на плотбище H.

Соответственные уровни располагают в убывающем порядке, в графе H_i .

Модульный коэффициент вычисляем по формуле;

(1.1)

где H_i- i-е значение уровня убывающего ряда;

H_ср- среднее арифметическое значение ряда уровней.

(1.2)

где n – количество членов в ряду n = 20;

Например модульный коэффициент для первого значения из ряда H_i,

Обеспеченность, %, вычисляем по формуле:

(1.3)

где m- порядковый номер уровня в убывающем ряду

n- число лет наблюдений n = 20;

Например: обеспеченность для первого значения убывающего ряда H_i,

будет равна:

График связи уровней опорного водомерного поста H_оп и водомерного поста на плотбище H., приводим на рисунке 1.

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчет эмпирической кривой, гарантированных уровней на 6-й день после ледохода.

Годы	Уровни Hоп,см	Уровни H,см	m	В убывающем порядке Hi,см	Ki	(Ki-1)	(Ki-1)^2	P,%
1983	330	325	1	380	1,19	0,19	0,0361	4,76
1984	385	355	2	370	1,16	0,16	0,0256	9,52
1985	415	370	3	365	1,14	0,14	0,0196	14,29
1986	440	380	4	365	1,14	0,14	0,0196	19,05
1987	340	330	5	360	1,13	0,13	0,0169	23,81
1988	300	300	6	355	1,11	0,11	0,0121	28,57
1989	350	335	7	354	1,11	0,11	0,0121	33,33
1990	395	365	8	345	1,08	0,08	0,0064	38,10
1991	380	354	9	340	1,06	0,06	0,0036	42,86
1992	315	310	10	335	1,05	0,05	0,0025	47,62
1993	360	340	11	330	1,03	0,03	0,0009	52,38
1994	300	300	12	325	1,02	0,02	0,0004	57,14
1995	210	240	13	310	0,98	-0,02	0,0004	61,90
1996	225	250	14	305	0,95	-0,05	0,0025	66,67
1997	375	345	15	300	0,94	-0,06	0,0036	71,43
1998	195	230	16	270	0,85	-0,15	0,0225	76,19
1999	240	260	17	260	0,81	-0,19	0,0361	80,95
2000	400	360	18	250	0,78	-0,22	0,0484	85,71
2001	305	305	19	240	0,75	-0,25	0,0625	90,48
2002	265	270	20	230	0,72	-0,28	0,0784	95,24
итого				6389	20	0,00	0,4102

Определяем коэффициент вариации по формуле:

(1.4)

Коэффициент асимметрии принимаем C_s = 2C_v; (1.5)

С_s=2∙0,15=0,30

Правильность расчетов в таблице проверяем по формулам:

-условие выполняется

-условие выполняется;

Таблица 2 - Расчет эмпирической кривой обеспеченности уровней,

гарантированных на 9-й день после ледохода.

Годы	Уровни Hоп,см	Уровни H,см	m	В убывающем порядке Hi,см	Ki	(Ki-1)	(Ki-1)^2	P,%
1983	300	300	1	365	1,23	0,23	0,0529	4,76
1984	345	325	2	355	1,19	0,19	0,0361	9,52
1985	385	355	3	354	1,19	0,19	0,0361	14,29
1986	395	365	4	340	1,14	0,14	0,0196	19,05
1987	300	300	5	325	1,09	0,09	0,0081	23,81
1988	260	270	6	325	1,09	0,09	0,0081	28,57
1989	325	315	7	320	1,07	0,07	0,0049	33,33
1990	365	340	8	320	1,07	0,07	0,0049	38,10
1991	330	325	9	315	1,06	0,06	0,0036	42,86
1992	300	300	10	300	1,01	0,01	0,0001	47,62
1993	345	320	11	300	1,01	0,01	0,0001	52,38
1994	265	270	12	300	1,01	0,01	0,0001	57,14
1995	185	220	13	300	1,01	0,01	0,0001	61,9
1996	205	235	14	270	0,91	-0,09	0,0081	66,67
1997	345	320	15	270	0,91	-0,09	0,0081	71,43
1998	215	240	16	265	0,89	-0,11	0,0121	76,19
1999	215	240	17	240	0,81	-0,19	0,0361	80,95
2000	380	354	18	240	0,81	-0,19	0,0361	85,71
2001	300	300	19	235	0,79	-0,21	0,0441	90,48
2002	245	265	20	220	0,74	-0,36	0,0676	95,24
итого					20,03	0,00	0,3869

Определяем коэффициент вариации по формуле:

Коэффициент асимметрии по формуле:

С_s=2∙0,14=0,28

Правильность расчетов проверяем по условиям:

- условие выполняется;

Таблица 3 - Расчет эмпирической кривой, гарантированных уровней

на 12-й день после ледохода.

Годы	Уровни Hоп,см	Уровни H,см	m	В убывающем порядке Hi,см	Ki	(Ki-1)	(Ki-1)^2	P,%
1983	270	275	1	335	1,19	0,19	0,0361	4,76
1984	320	310	2	335	1,19	0,19	0,0361	9,52
1985	340	330	3	330	1,17	0,17	0,0289	9
1986	355	335	4	325	1,15	0,15	0,0225	19,05
1987	270	275	5	315	1,12	0,12	0,0144	23,81
1988	235	260	6	315	1,12	0,12	0,0144	28,57
1989	295	295	7	310	1,10	0,10	0,0100	33,33
1990	330	325	8	305	1,08	0,08	0,0064	38,10
1991	310	305	9	295	1,05	0,05	0,0025	42,86
1992	270	275	10	275	0,97	-0,03	0,0009	47,62
1993	325	315	11	275	0,97	-0,03	0,0009	52,38
1994	235	260	12	275	0,97	-0,03	0,0009	57,14
1995	170	210	13	275	0,97	-0,03	0,0009	61,9
1996	185	220	14	265	0,94	-0,06	0,0036	66,67
1997	325	315	15	260	0,92	-0,08	0,0064	71,43
1998	195	230	16	260	0,92	-0,08	0,0064	76,19
1999	200	235	17	235	0,83	-0,17	0,0289	80,95
2000	355	335	18	230	0,81	-0,19	0,0361	85,71
2001	270	275	19	220	0,78	-0,22	0,0484	90,48
2002	240	265	20	210	0,74	-0,26	0,0676	95,24
итого					19,99	0,02	0,3804

Определяем коэффициент вариации по формуле:

Коэффициент асимметрии по формуле :

С_s=2∙0,14=0,28;

Проверяем правильность расчетов:

- условие выполняется;

- условие выполняется;

Таблица 4 - Расчет эмпирической кривой, гарантированных уровней на 15-й день после ледохода.

Годы	Уровни Hоп,см	Уровни H,см	m	В убывающем порядке Hi,см	Ki	(Ki-1)	(Ki-1)^2	P,%
1983	245	260	1	325	1,19	0,19	0,0361	4,76
1984	290	295	2	325	1,19	0,19	0,0361	9,52
1985	318	312	3	312	1,14	0,14	0,0196	14,29
1986	315	310	4	310	1,14	0,14	0,0196	19,05
1987	235	260	5	305	1,12	0,12	0,0144	23,81
1988	210	230	6	300	1,10	0,10	0,0100	28,57
1989	280	280	7	295	1,08	0,08	0,0064	33,33
1990	310	305	8	295	1,08	0,08	0,0064	38,10
1991	275	275	9	280	1,03	0,03	0,0009	42,86
1992	250	270	10	275	1,01	0,01	0,0001	47,62
1993	295	295	11	270	0,99	-0,01	0,0001	52,38
1994	215	240	12	268	0,98	-0,02	0,0004	57,14
1995	155	205	13	260	0,95	-0,05	0,0025	61,9
1996	165	210	14	260	0,95	-0,05	0,0025	66,67
1997	300	300	15	258	0,95	-0,05	0,0025	71,43
1998	190	228	16	240	0,88	-0,12	0,0144	76,19
1999	180	225	17	230	0,84	-0,16	0,0256	80,95
2000	330	225	18	228	0,84	-0,16	0,0256	85,71
2001	260	268	19	210	0,77	-0,23	0,0529	90,48
2002	232	258	20	205	0,75	-0,25	0,0625	95,24
итого				5451	19,98	-0,01	0,3395

Определяем коэффициент вариации по формуле:

Коэффициент асимметрии по формуле:

С_s=2∙0,13=0,26;

П роверяем правильность расчетов:

- условие выполняется;

- условие выполняется;

По рассчитанным значениям и соответствующим уровням Н_i строим эмпирическую кривую обеспеченности в виде ломанных линий.

Из приложения 5 таблиц 1 и 2 [1] выписываем отклонения ординат Ф_р теоретической кривой обеспеченности для принятого значения C_S и определяем модульные коэффициенты К_р при (Р = 1...99%);

К_р1% = C_v*Q_p+1 (1.6)

Вычисляем уровни разного процента обеспеченности:

Н_р = К_р ∙Н_ср (1.7)

Результаты расчетов сводим в таблицу 5, а затем на основании этой таблицы строим теоретические кривые обеспеченности в виде плавных кривых. Они должны совпадать с эмпирической кривой или проходить вблизи эмпирических точек.

Таблица 5 - Расчет теоретической кривой обеспеченности.

Показатель	Обеспеченность, Р,%
	1	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	99
Через 6 дней после ледохода Сs=0.264, Сv=0.132, Hcp=316,25
Фр	2,62	1,74	1,32	0,82	0,48	0,19	-0,06	-0,31	-0,57	-0,85	-1,22	-1,51	-2,03
Кр	1,40	1,27	1,20	1,13	1,07	1,03	1,00	0,95	0,91	0,87	0,81	0,77	0,69
Нр,см	467,6	424,2	400,8	377,1	357,4	344,0	334,0	317,0	303,9	290,6	270,5	257,2	230,5
Через 9 дней после ледохода Сs=0.332, Сv=0.166, Hcp=297,25
Кр	1,41	1,27	1,21	1,18	1,07	1,03	1,00	0,95	0,91	0,86	0,81	0,76	0,68
Нр,см	445,6	401,3	382,4	372,9	338,1	325,5	316,0	300,2	287,6	271,8	256,0	240,2	214,9
Через 12 дней после ледохода Сs=0.265, Сv=0.133, Hcp=282,3
Кр	1,40	1,27	1,20	1,13	1,07	1,03	1,00	0,95	0,91	0,87	0,81	0,77	0,69
Нр,см	407,4	369,6	349,2	328,8	311,4	299,7	291,0	276,5	264,8	253,2	235,7	224,1	200,8
Через 15 дней после ледохода Сs=0.269, Сv=0.13, Hcp=267,25
Кр	1,37	1,24	1,18	1,11	1,07	1,03	0,99	0,96	0,92	0,88	0,83	0,79	0,72
Нр,см	376,8	341,0	324,5	305,3	294,3	283,3	272,3	264,0	253,0	242,0	228,3	217,3	198,0

Эмпирические и теоретические кривые обеспеченности приведены на рисунке 2.

По теоретической кривой обеспеченности определяют минимальный съемный уровень маловодного года 95% обеспеченности.

Строим график зависимости съемных уровней от продолжительности их стояния, съемные уровни Н_i берем из таблицы 5 по 95%-ой обеспеченности.

Предельная продолжительность вывода плотов – 11 суток (по заданию).

Задавшись предельной продолжительностью вывода плотов t по рисунку 3 устанавливаем расчетное значение гарантированного съемного уровня Hс.у . Отметку заложения дна плотбища (в системе водомерного поста на плотбище ) рассчитываем по формуле:

H_пл = Z0+Hс.у-(Т+ Z), (1.8)

где Z0-отметка нуля графика водомерного поста на плотбище, Z0 = 20 м;

Т- максимальная осадка пучков, Т = 1,1 м;

Z- донный запас, принимаемый для плотов равным 0,3 м. [1].

Чтобы не допустить примерзания пучков к грунту отметка плотбища Hпл не должна быть ниже отметки уровня ледостава Hл 5% -ной обеспеченности для плотбищ 1 и 2 категории.

Hпл = 20+2,29-(1,1+0,3) =20,89 м

Отметку ледостава рассчитаем по формуле:

Hл = Z0+Hл,

где Hл-уровень ледостава 5%-ой обеспеченности

Hл = 20+0,6 =20,60 м

Так как Hпл>Hл, условие выполняется: пучки не примерзнут к грунту.

График зависимости съемных уровней от продолжительности их стояния приведен на рисунке 3.

1.2 Расчет гидравлических характеристик реки

Для того чтобы правильно выбрать ширину плота, строят поперечный профиль реки в лимитирующем створе. Отметка нуля графика водпоста на плотбище Z=26,90м. От этой точки откладываем уровни водомерного поста Н, с плюсом, если уровень выше этой отметки и с минусом, если ниже ее, и наносим на график. По данным из таблицы строим поперечный профиль реки в лимитирующем створе.

Разбиваем поперечный профиль на участки, затем по графику определяем площадь поперечного сечения каждого участка профиля реки геометрическим способом и складываем с предыдущим.

Затем определяем гидравлические характеристики русла по сечениям.

Таблица 6 - Расчет гидравлических характеристик при различных уровнях воды.

Z, м	Н, м	В, м	, м^2	hср, м^2	С, м^0,5/с	v, м/с	Q, м^3/с
26,9	0	0	0	0	0	0	0
27,0	1	5,0	3,50	0,7	26,14	0,234	0,819
27,5	2	51,5	141,75	2,75	36,80	0,654	92,70
28,4	3	78,5	195,50	2,49	35,88	0,607	118,67
28,5	4	81	203,20	2,51	35,97	0,611	124,16
31,0	5	117,5	448,20	3,81	39,91	0,835	374,25
31,4	6	121	515,40	4,26	41,06	0,907	467,47
32,8	7	145,5	608,60	4,18	40,86	0,895	544,70

Площадь живого сечения реки для расчетных уровней определяют по формулам:

для первого уровня

₁ = 0,5 B₁ ( Z₁ - Z₀ ), (1.9)

для второго уровня

__ B₁ + B₂ )( Z₂ - Z₁ ), (1.10)

для третьего уровня

_₂ + 0,5 ( B₂ + B₃ )(Z₃ - Z₂) (1.11)

и т. д.

где Z_{0 -} минимальная отметка дна реки;

Z_1,. Z₂ , Z_i - отметки расчетных уровней;

В -ширина реки, соответствующая расчетному уровню.

Средняя глубина реки

h_ср = B (1.12)

Коэффициент Шези

C = (1.13)

Средняя скорость потока

V = C ( h_ср I )^0,5 (1.14)

где n - коэффициент шероховатости русла (п. 2.3. задания)

I - уклон свободной поверхности воды (п. 2.3 задания).

Расход воды

Q = V  (1.15)

По результатам расчетов строят графики зависимостей : Q = f (H);

h = f (H); V = f (H)

По данным таблицы 6, на поперечном профиле строим графики гидравлических характеристик русла Q = f(H); h = f(H); V = f(H).

Поперечный профиль, гидравлические характеристики лимитирующего створа реки и схему к расчету габаритных размеров плотов сводим на рисунке 4.

2 ОБОСНОВАНИЕ ГАБАРИТОВ ПЛОТОВ

Плоты на плотбище формируют в соответствии с правилами, (техническими условиями), разработанными для соответствующих сплавных бассейнов, условиями плотбища и выводов плотов на магистральную реку. Так как плоты зимней сплотки буксируют на высоких уровнях, то стремятся формировать их максимально больших размеров для увеличения экономической эффективности.

Соотношение длины к ширине плота должны быть кратны заданным размерам секций, и не выходить за пределы 1:6…1:8;. Для условий вывода плота с плотбища допускается принимать ширину лесосплавного хода в лимитирующем створе не менее чем на 20% превышающей ширину плота. Сплавная глубина при этом определяется как:

h_спл=T+_∆Z; (2.1)

где T- осадка плота, T = 1,2 м;

_∆Z- донный запас, _∆Z = 0,3 м;

h_спл = 1,2+0,3 = 1,5 м;

Максимальные габариты плотов устанавливаем графически, по поперечному профилю реки, исходя из ширины лесосплавного хода и необходимой сплавной глубины, смотрите рисунок 4. Проведя построения, получаем ширину лесосплавного хода равной b_спл=69 м., тогда возможная ширина плота будет равна b_пл=46,23м, принимаем B=40 м. Длину плота принимаем равную 320м, L_п=320м.

2.1 Формирование плотов

Для определения приблизительного количества и объема сортиментных плотов надо сначала проанализировать сортиментный состав лесоматериалов. Из 80 тыс.м³ грузооборота берегового склада, 40 тыс.м³ составляет береговая сплотка из этого количества: в хлыстах сплачивается 10 тыс.м³ , а в сортиментах 30 тыс.м³.

2.1.1 Определение параметров пучков

Высота пучка, м,

, (2.2)

где ρ_в – относительная плотность воды, ρ_в = 1000 кг/ м³;

Т ^_ осадка пучка, Т=1,2 м (из задания)

ρ_др – относительная плотность древесины, ρ_др = 1000 кг/ м³;

ξ – коэффициент, учитывающий непропорциональность осадки пучка,

ξ = 0,94.

Ширина пучка, м,

, (2.3)

где с – коэффициент формы пучка, для сортиментных пучков при сплаве в речных условиях, с = 2.

м.

Объем пучка, м³,

, (2.4)

где L – длина пучка, м;

η – коэффициент полнодревесности

Таблица 7 - Коэффициенты полнодревесности сортиментных пучков.

d, см	10	12	18	20	22	24
η	0,50	0,52	0,58	0,60	0,62	0,64

Например: определим объем пучка длиной 6,1 м, при среднем диаметре бревен d=24см, коэффициент η=0,64;

2.1.2 Расчет и подбор обвязок для пучков

Пучки из бревен и хлыстов изображены на рисунках 5 и 6 соответственно

1 – бревна; 2 – обвязка пучков; L – длина пучка; В – ширина пучка; Н – высота пучка; Т – осадка пучка.

Рисунок 5 – Пучок из бревен

1 – пакет из хлыстов; 2 – пакетные обвязки; 3 – пучковая обвязка

Рисунок 6 - Пучок из хлыстов

На пучки из хвойных пород накладывается по две обвязки, на пучки из лиственных пород по три обвязки.

2.2 Характеристики секций и их расчет

Устанавливаем число пучков по ширине и длине секции, общее число пучков в секции, ее объем, число секций.

Таблица 8 – Характеристики секций

Сортимент	Объем, тыс.м^3	Число пучков в секции			Объем секции,м^3	число секций
		по длине	по ширине	всего
Пиловочник еловый	9	13	6	78	1223,82	7,35
Пиловочник еловый	9	19	6	114	1202,7	7,48
Пиловочник сосновый	4,5	13	6	78	1185,6	3,79
Пиловочник сосновый	4,5	19	6	114	1162,8	3,87
Балансы хвойные 2-го и 3-го сорта	9	13	6	78	985,92	9,13
Балансы лиственные 2-го сорта	4,5	19	6	114	964,44	4,67
Балансы лиственные 3-го сорта	4,5	19	6	114	1151,4	3,91
Хлысты	10	4	5	20	763,6	26,19
Итого: сорт хлысты	30,0 10,0					45,7 24