background image

Politechnika Wrocławska

Studia dzienne inżynierskie

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

Rok akademicki 2008/2009

Instytut Inżynierii Lądowej

Rok studiów II, semestr 4

Zakład Statyki i Bezpieczeństwa Budowli

BUDOWLE WODNE – PODSTAWY

PROJEKT

student:

Paweł Bartyla  nr: 162468

grupa poniedziałek P godz: 17 

05

sprawdził:

dr inż. Stanisław Kostecki

background image

1.

 Obliczenie i narysowanie krzywej wydatku Q = f(h)

na podstawie profilu poprzecznego i podłużnego rzeki.

1. Dane:

kilometraż:  2 + 850

profil poprzeczny rzeki (załącznik nr 1)

- kształt przekroju

                  - wysokości poziomu wody średniej  i miarodajnej
                  - 
podział na poziomy obliczeniowe
                  - podział na przedziały obliczeniowe przekroju poprzecznego ( I - IV)

2. Odczytanie za pomocą programu komputerowego z profilu poprzecznego rzeki (tab. str. ?)

- pól poszczególnych segmentów pomiarowych
- długości promieni zwilżonych poszczególnych segmentów pomiarowych

3. Obliczenie promienia hydraulicznego (tab. str. ?)

4. Obliczenie spadku linii energii I:

wyznaczyłem spadek linii energii dla poziomu wody miarodajnej i wody średniej 
(wyznaczając długości za pomocą opcji „wymiar liniowy”) i podstawiając do wzoru:

H

L

przykładowe obliczenie dla w. ś.:  I

1

=

0,1180

100

=

0,00118

[

m
m

]

=[

1]

gdzie: 

H

- różnica wysokości poziomu wody między przekrojem poprzednim a 

poprzedzającym przekrój o kilometrażu 2 +850

      

L

- odległość pozioma pomiędzy wyżej wymienionymi przekrojami

Następnie wprowadzając tak wyliczone dwa pkt. do programu komputerowego, metodą 
współrzędnych wykresu prostej, wyznaczyłem spadki I

i

 dla kolejnych rzędnych wysokości.

5. Ustalenie danych dotyczących podłoża koryta rzeki i wyliczenie współczynnika n dla II 

segmentu 

pomiarowego,  na podstawie załącznika z zdjęciem satelitarnym:

(tab str. 4)

nieregularność przekroju 

– mały

n

= 0,005

zmienność przekroju poprzecznego na długości 

- stopniowo

n

2

 = 0,005

względny wpływ przeszkód

- brak

n

3

 = 0,000

roślinność

- niska

n

4

 = 0,010

stopień meandrowania

- mały

n

5

 = 1

współczynnik szorstkości mat. kor.    dla II

- g. żwir 

n

o

 = 0,028

przykładowe obliczenie:

n=n

o

n

1

n

2

n

3

n

4

n

5

n

I

=

0,028

0,0050,0050,0000,01

1=0,048[1]

dla segmentów III,  IV & I

- łąki &pastwiska

n = 0,03

9

background image

6. Obliczenie prędkości średniej dla każdego poziomu pomiarowego z każdego z IV segmentów 

pomiarowych (tab. str. ?) :

przykładowe obliczenie:

v

śr

=

1
n

R

N

2
3

I

1
2

v

śr

−5

=

1

0,03

0,25

2
3

0,001 27

1
2

0,46

[

m

s

]

7. Obliczenie przepływu dla każdego poziomu pomiarowego z każdego z IV segmentów 

pomiarowych (tab. str. 4) :

przykładowe obliczenie:

Q=v

śr

A

Q

−5

=

0,47⋅0,85≈0,39

[

m

s

m

2

]

=

[

m

3

s

]

8. Zsumowanie wydatków każdego z segmentów pomiarowych dla każdego z poziomów 

pomiarowych (tab. str. ?) oraz sporządzenie krzywej wydatku przekroju Q = f (h) (str. ?)

nr.

Rzędna wysokości 

poziomu wody    y

Wydatek   Q

[m]

[

m

3

s

]

0

39,12

13,85

1

39,65

31,76

2

40,18

57,90

3

40,72

93,12

4

41,25

137,60

5

41,78

213,13

6

42,31

327,60

7

42,84

479,27

8

43,37

664,29

9

43,91

901,17

10

44,45

1187,58

9

background image

DANE ODCZYTANE

poziom

I

II

III

IV

U

I

A

I

R

N

I

=

A

I

U

I

U

II

A

II

R

N

II

=

A

II

U

II

U

III

A

III

R

N

III

=

A

III

U

III

U

III

A

III

R

N

III

=

A

III

U

III

[m]

[m

2

]

[m]

[m]

[m

2

]

[m]

[m]

[m

2

]

[m]

[m]

[m

2

]

[m]

0

-

-

-

29,95

23,17

0,77

-

-

-

-

-

-

ś.w. 1

-

-

-

34,70

40,22

1,16

-

-

-

-

-

-

2

-

-

-

37,38

59,11

1,58

-

-

-

-

-

-

3

-

-

-

38,47

78,93

2,05

4,88

0,97

0,20

-

-

-

4

-

-

-

39,17

98,96

2,53

31,52

7,64

0,24

-

-

-

5

3,45

0,85

0,25

39,17

119,10

3,04

57,59

34,30

0,60

-

-

-

6

6,69

3,59

0,54

39,17

139,24

3,55

60,06

66,05

1,10

5,49

1,03

0,19

7

8,86

7,73

0,87

39,17

159,70

4,08

60,06

97,68

1,63

14,98

6,20

0,41

8

11,02

12,96

1,18

39,17

179,52

4,58

60,06

129,65

2,16

35,41

18,64

0,53

9

13,00

19,21

1,48

39,17

199,66

5,1

60,06

161,90

2,70

61,37

44,57

0,73

m.w. 10

15,37

26,65

1,73

39,17

219,74

5,61

60,06

193,02

3,21

77,23

79,38

1,03

5

background image

DANE OBLICZONE

poziom

I

II

III

IV

I

I  II  III  IV

n

v

śr

Q

n

v

śr

Q

n

v

śr

Q

n

v

śr

Q

[

m

s

]

[

m

3

s

]

[

m

s

]

[

m

3

s

]

[

m

s

]

[

m

3

s

]

[

m

s

]

[

m

3

s

]

0

0,03

-

-

0,048

0,60

13,85

0,03

-

-

0,03

-

-

0,001 16

ś.w. 1

-

-

0,79

31,79

-

-

-

-

0,001 18

2

-

-

0,98

57,90

-

-

-

-

0,001 20 

3

-

-

1,17

92,74

0,40

0,38

-

-

0,001 22

4

-

-

1,36

134,12

0,45

3,47

-

-

0,001 23

5

0,46

0,39

1,55

184,12

0,83

28,61

-

-

0,001 25

6

0,78

2,82

1,73

240,79

1,27

83,59

0,39

0,40

0,001 27

7

1,09

8,45

1,91

304,97

1,66

161,73

0,66

4,12

0,001 29

8

1,34

17,35

2,07

372,06

2,01

260,26

0,78

14,61

0,001 30

9

1,57

30,18

2,24

447,61

2,35

379,77

0,98

43,61

0,001 32

m.w. 10

1,76

46,93

2,41

529,08

2,66

512,91

1,24

98,65

0,001 34

5

background image

5

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

Zależność  wydatku Q od wysoości poziomu wody

Q [m^3/s]

H

  

[m

 n

.p

.m

]

background image

39,0 m

A

sp

2.

 Obliczenie światła jazzu

1. Dane

- poziom pomiarowy, czyli rzędna wody miarodajnej jak dla poziomu 8. na załączniku
  H

wm

 = 43,37 [m]

- wysokość piętrzenia
  z = 0,15 [m]
- rzędna poziomu progu jazzu (przyjęto według zalecenia prowadzącego)
   p

g

 = 39,0 [m]

- szerokość koryta dopływowego,
   B

rz

 = 150,18 [m]

- pole przekroju wody spiętrzonej

  

   A

sp

 = 360,47 [m

2

]

 

wydatek przy przepływie miarodajnym  ( jak dla poziomu 8 - według zalecenia prowadzącego)
   
Q

m

 = 664,29 [m

3

/s]

przyśpieszenie ziemskie
   g = 9,81 [m/s

2

]

2. Obliczenie wysokości wody miarodajnej ponad progiem jazzu:

h

z

=

H

wm

p

g

h

z

=

43,37−39.0=4,37[m]

3. Obliczenie grubości warstwy wody przelewającej się przez próg jazu

=h

z

z

=4,370,15=4,52 [m]

4. Obliczenie wzniesienia linii energii H

o

 nad progiem jazzu

a) obliczenie prędkości warstwy wody przelewającej się ponad progiem jazzu:

v

o

=

Q

w.m.

A

sp

v

o

=

664,29
360,47

=

1,84

[

m

s

]

b) obliczenie linii energii

H

o

=

⋅

v

o

2

2⋅g

H

o

=

4,52

1,84

2

2⋅9,81

=

4,69 [m]

przyjmuję 

=

1,0

9

background image

alfa

1

p

g

H

L

H

o

alfa

2

a

h

z

d

FILAR

r

PRZYCZÓŁEK

5. Ustalenia i założenia 

a) kształt progu:

1

=

35

°

2

=

45

°

-  szerokość pojedynczego filaru:

d = 2,0 [m]

-  przyjęto współczynnik 

k

=

1,0

-  wysokość względna progu jazzu:

p

g

=

0,8 [m]

-  liczba przęseł

n=4

-  

przyjmuję L=1,5

z tab. 4-8 str. 322 Fantii

h

z

H

o

=

4,37
4,69

=

0,93≥0,75

następnie:

h

z

H

=

4,37
4,52

=

0,97

więc:

9

p

=

0,5

F

=

0,69

background image

6. Wyznaczenie współczynnika zatopienia δ

z

  z tablicy Fantii str. 322

h

z

H

o

=

4,37
4,69

=

0,93

a zatem ,interpolując

z

=

0,48

7. Wyznaczenie współczynnika według tablicy 4-13 Fantii str. 324

H

o

p

g

=

4,69

0,8

=

5,86

a zatem ,interpolując :

m=0,432

8. Wyznaczenie współczynnika kontrakcji poziomej  

zakładam wstępnie:
szerokość pojedynczego przęsła B' = 13 [m]

1)

B

rz

WM 

nB 'n−1⋅d

152,034⋅13 4−1⋅2

150,1858

warunek  jest spełniony

2)

h

z

H

o

0,85÷0,9

4,37
4,69

=

0,93

      warunek nie jest spełniony

zatem korzystam z następującego wzoru:

=

1−0,2⋅

F

H

o

B '

=

1−0,2⋅0,69⋅

4,69

13

=

0,950

9.  Wyznaczenie rzeczywistej szerokości pojedynczego przęsła jazzu:

B=

Q

w.m

m

n−1

2g⋅H

o

3
2

⋅

k

⋅

z

⋅

B=

664,29

0,432⋅

4−1

2⋅9,81⋅4,69

3
2

1⋅0,48⋅0,950

B=24,985[m]

według zalecenia prowadzącego, maksymalna szerokość pojedynczego przęsła
nie powinna przekraczać 20 [m]
a więc przyjmuję ilość przęseł n =5

na nowo przeliczam szerokość pojedynczego przęsła:

B=

664,29

0,432⋅

5−1

2⋅9,81⋅4,69

3
2

1⋅0,48⋅0,950

B=18,739[m]

a więc przyjmuję szerokość B = 18,8 [m]

9

background image

10. Sprawdzam na nowo warunki:

 δ

k

  = 1

 δ

z

  = 0,48

 m  = 0,432

1)

B

rz

WM 

nBn−1⋅d

150,185⋅18,805−1⋅2

150,18102,00

warunek  jest spełniony

2)

h

z

H

o

0,85÷0,9

4,37
4,69

=

0,93

            warunek nie jest spełniony

a zatem:

=

1−0,2⋅

F

H

o

B

=

1−0,2⋅0,69⋅

4,69
18,8

=

0,966

m

n−1

B

2g⋅H

o

3
2

⋅

k

⋅

z

⋅≥

Q

w.m

0,432⋅5−1⋅18,80⋅

2⋅9,81⋅4,69

3
2

1⋅0,48⋅0,966≥664,29

677,68664,29

    

           

           warunek spełniony

11. Wyznaczenie o ile przepływ dla jazzu jest większy od przepływu wody miarodajnej:

QQ

w.m

Q

w.m

100 %

677,68−664,29

664,29

100 %≈2,02 %

12. Sprawdzenie jazu ze względu na przepuszczanie kry lodowej

nB∣.

min

0,4÷0,7

B

rz

WM 

5⋅18,80≥

0,4÷0,7

150,18

94,00150,18⋅0,6

warunek  jest spełniony

komentarz: gdyby tutaj w powyższym warunku miało by być równe 4 czyli tyle na ile pracujących przęseł, jazz został zaprojektowany, to 
również warunek będzie spełniony dla

 

150,18⋅0,4

13. Sprawdzenie jazzu ze względu na stabilność dna:

q

pojedyńczego przęsła

=

Q

nB

30

[

m

3

s

]

q=

677,68

4⋅18,80

=

9,01

[

m

3

s

]

    warunek jest spełniony
(dla wstawiłem  n=4 mimo iż n przyjąłem 5, ponieważ jazz jest  projektowany 
na pracę 4 a nie 5 przęseł)

9

background image

alfa

1

p

g

H

o

alfa

2

a

h

d

A

NPP

3.

 Obliczenie wydatku jazzu w zależności

od położenia klapy

1. Dane

H

P

  

3,5 [m]      dane przez prowadzącego

rz.

 ś.w.

39,65 [m]   odczytane z ćwiczenia 1.

2. Założenia

- promień krzywizny jazu  R jak na rys.
- cięciwa klapy (jak na rys, przy spełnieniu warunku kąta nachylenia 80

o

 i wysokości nad 

        wodą - 30 [cm] )

- σ

z

 =1

3. Obliczenia:

rz.

NPP

=

rz.

ś.w.

H

P

rz.

NPP

=

39,653,5=43,15

A

NPP

 

307,9 [m

2

]    odczytane z programu autocad

9

background image

h

d

przykładowe obliczenie dla pierwszego położenia klapy (sytuacja jak na rys.)

α = 34,8º
H = 0,31 [m]
y = 3,84 [m]

1) wyznaczenie współczynnika m

H

R

=

0,31
5,00

=

0,062

m = 0,4818  (wyznaczając współ. m interpolowałem w wierszach jaki i kolumnie)

2) obliczenie  

=

1−0,2⋅

F

H

B

=

1−0,2⋅0,69⋅

0,31
18,8

=

0,998

3) obliczenie Q pozornego

Q=⋅m

2⋅gH

3
2

⋅

n−1⋅B

Q=0,998⋅0,4818⋅

2⋅9,81⋅0,31

3
2

4⋅18,8=27,644

[

m

3

s

]

4) obliczenie prędkości właściwej

v

0

=

Q

A

NPP

v

0

=

27,644

307,9

=

0,090

[

m

s

]

9

background image

5) obliczenie wysokości właściwej linii energii

H

0

=

v

0

2

g

H

0

=

0,31

0,090

2

2⋅9,81

=

0,310 [m]

6) obliczenie właściwego 

=

1−0,2⋅

F

H

0

B

=

1−0,2⋅0,69⋅

0,310

18,8

=

0,998

7) obliczenie właściwego Q

Q=⋅m

2⋅gH

0

3
2

n−1

⋅

z

B

Q=0,998⋅0,4818⋅

2⋅9,81⋅0,310

3
2

1⋅4⋅18,8=27,644

[

m

3

s

]

8) sprawdzam czy powyższe Q nie różni się od Q pozornego o więcej niż 5% (według zalecenia prowadzącego)

27,644−27,644

27,644

100

%≤5%

0,0

%≤5%

 ok!!

9) odczytanie poziomu wody dolnej dla wyliczonego właściwego Q, z wykresu sporządzonego w pierwszym ćw, a 

następnie sprawdzenie czy przepływ przy danym stanie otwarcia klapy nie jest zatopiony)

do odczytania dokładnej wartości , interpolowałem pomiędzy wydatkiem nr.1i nr. 2

ćw.ptk 8

h

d

=

39,53[m]

39,5342,84

42,72 - jest rzędna wysokości czubka klapy w tym samym układzie współrzędnych co rzędna 

wysokości poziomu wody (patrz. rys)

a wiec wypływ nie jest zatopiony

te same obliczenia powtórzyłem dla pięciu innych położeń klapy - wyniki zestawione w tab.

zestawienie tabelaryczne wszystkich obliczeń dla 6 położeń klapy

położeni

e klapy

α

H

y

m

v

0

H

0

Q

różnica 

Q

h

d

rzędna 

czubka 

klapy

[

m]

[

m]

[

m

s

]

[

m]

[

m

3

s

]

%

[

m]

[

m]

1

34,8º

0,31

3,84

0,4818

0,090

0,310

27,644

0,0

39,53

42,84

2

27,0º

0,52

3,63

0,4824

0,195

0,522

60,359

0,6

40,21

42,63

3

23,1º

0,76

3,39

0,4811

0,343

0,766

106,790

1,2

40,88

42,39

4

20,3º

0,94

3,21

0,4801

0,470

0,951

147,272

1,76

41,32

42,21

5

15,4º

1,19

2,96

0,4747

0,661

1,212

209,081

2,8

41,75

41,96

6

13,9º

1,26

2,89

0,4728

0,717

1,286

227,604

3,1

41,84

41,86

9

background image

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,000

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

wydatek przepływu w zależności od położenia klapy jazu

kąt nachylenia czubka klapy α   [ º ]

w

yd

at

ek

 d

la

 4

 p

rz

ęs

 [m

^3

 /s

 ]

5

background image

h

2

h

d

H

y

p

g

d

L

0

L

K

L

L

C

h

4.

Zaprojektowanie długości niecki wypadowej

Dane ogólne:

d  = 0,50     [m]
α  = 1,075          
(przyjęte dowolnie)
β  = 1,075          (przyjęte dowolnie)
p

g

 = 0,80    [m]

g  = 9,81   [m/s

2

]

(n - 1)  = 4
B =  18,8 [m]

przykładowe obliczenie jak dla pozycji otwarcia nr 1 klapy w ćwiczeniu 3

dane:

h

d

       =  39,53      [m n.p.m.]

h

d

bezw.

  = 1,20        [m]

H       =  0,31       [m]
y        =  3,84       [m]

v        = 0,090   

[

m

s

]

Q       = 27,644  

[

m

3

s

]

1) obliczenie jednostkowego

q=

Q

n−1⋅B

q=

27,644

4⋅18,8

q=0,368

[

m

2

s

]

9

background image

2) obliczenieE

1

E

1

=

 p

g

y 

v

2

g

E

1

=

0,50,83,840,31

0,090

2

2⋅9,81

E

1

=

5,450 [m]

3) obliczenie pierwszej głębokości sprzężonej h

1

h

1

3

E

1

h

1

2

⋅

q

2

g

=

0

h

1

3

0,450⋅h

1

2

0,00742=0

h

1

=

0,037[m]

wielkość h

1

 wyznaczyłem za pomocą Exel - solver z dokładnością do 0,000 1

4)  obliczenie drugiej głębokości sprzężonej h

2

q

2

g h

1

h

1

2

2

=

q

2

h

2

g

h

2

2

2

1,075⋅0,368

2

9,81⋅0,037

0,037

2

2

=

1,075⋅0,368

2

h

2

9,81

h

2

2

2

h

2

=

0,877[m]

wielkość h

2

 wyznaczyłem za pomocą Exel - solver z dokładnością do 0,000 1

5) wyznaczenie długości L

0

 potrzebnej do wytracenia przez wodę energii kinetycznej

L

0

=

5⋅

h

2

h

1

L

0

=

5⋅0,877−0,037

L

0

=

4,20[m]

6) wyznaczenie η

=

h

d

d

h

2

1,05−1,1

=

1,200,5

0,877

=

1,94

 ?????????

7) wyznaczenie odległości L pokonywanej przez wodę podczas spadania z klapy z prędkością v

a) wyliczenie wysokości spadania:

h= p

g

y0,35⋅H

h=0,50,83,840,35⋅0,31=5,25[ m]

b) wyliczenie czasu spadania wody z wysokości h

t=

2⋅

h
g

t=

2⋅

5,25
9,81

t=1,03[]

c) wyliczenie drogi jaką pokona woda w czasie t 

(z pominięciem oporów powietrza)

L=vt

L=0,090⋅1,03=0,09[m]

9

background image

8) wyznaczenie długości L

K

 zależnej od pozycji otwarcia klapy 

(patrz rys.)

L

K

   wyznaczyłem z programu AUTO CAD

L

k  

= 2,38 [m]

9) obliczenie długości całkowitej niecki

L

C

=

L

0

L

K

L

L

C

=

4,202,380,09=6,67 [m]

Powyższe obliczenia powtórzyłem dla pozostałych 5 pozycji otwarcia klapy - wyniki w tabeli

zestawienie tabelaryczne wyników pozostałych obliczeń

h

d

q

E

1

h

1

h

2

η

L

0

L

L

K

L

C

[

m]

[

m

2

s

]

[

m]

[

m]

[

m]

[

m]

[

m]

[

m]

[

m]

1

1,20

0,368

5,45

0,037

0,877

1,94

4,20

0,09

2,38

6,67

2

1,88

0,803

5,45

0,087

1,280

1,86

5,99

0,20

2,69

8,88

3

2,55

1,420

5,46

0,144

1,680

1,82

7,68

0,34

3,00

11,02

4

2,99

1,958

5,46

0,200

1,953

1,79

8,77

0,47

3,18

12,41

5

3,42

2,780

5,47

0,286

0,286

13,72

0,00

0,65

3,33

3,98

6

3,51

3,027

5,48

0,312

0,312

12,86

0,00

0,70

3,48

4,18

9