Studia dzienne inżynierskie Rok akademicki 2012/2013

Zakład Budownictwa Wodnego i Geodezji Rok studiów II, semestr 4

ĆWICZENIE PROJEKTOWE

Z BUDOWNICTWA WODNEGO

Wykonał: Ziemowit Słomian

Prowadzący: Prof. dr hab. inż.

Stanisław Kostecki

Wyznaczenie krzywej wydatku.

Profil poprzeczny i podłużny rzeki km 1+000,000. Do obliczeń profil podzielono na 3 stref, a następnie na poziomy, co 0,635m, dla których obliczamy wydatek.

Z przekroju koryta w programie AutoCad zostały odczytane:

- wysokość wody średniej oraz miarodajnej

- pola przekrojów dla danych poziomów

- długość obwodu zwilżonego

Wydatek obliczono za pomocą poniższych wzorów w programie Excel:

gdzie:

- promień hydrauliczny,

- pole powierzchni przekroju,

_Oz- obwód zwilżony

- prędkość wody,

n - współczynnik szorstkości Maninga

- spadek poziomu zwierciadła wody w rzece

= 1,31‰

_{Przyjęte współczynniki n:}

_{A: n- po lewej stronie od koryta głównego= 0,04}

_{B: n- koryto główne = 0,03}

_{C:n – po prawej stronie od koryta głównego =0,05}

- wydatek przekroju

		A; n=0,04
	Wysokość [m n.p.m.]	Powierzchnia[m^2]	Obwód zwilżany[m]	Promień hydrauliczny [m]	v [m/s]	Q[m^3/s]
1	39,78				0,00	0,00
2	40,42				0,00	0,00
3	41,05				0,00	0,00
4	41,66	0,05	0,63	0,08	0,17	0,01
5	42,32	1,14	2,93	0,39	0,48	0,55
6	42,96	3,65	5,47	0,67	0,69	2,52
7	43,59	7,78	8,21	0,95	0,87	6,80
8	44,23	13,57	9,99	1,36	1,11	15,07
9	44,87	19,87	10,99	1,81	1,34	26,67
10	45,50	26,65	11,99	2,22	1,54	41,08
		B; n=0,03
	Wysokość [m n.p.m.]	Powierzchnia[m^2]	Obwód zwilżany[m]	Promień hydrauliczny [m]	v [m/s]	Q[m^3/s]
1	39,78	6,01	13,08	0,46	0,72	4,32
2	40,42	16,17	19,31	0,84	1,07	17,33
3	41,05	30,43	26,29	1,16	1,33	40,47
4	41,66	49,33	32,39	1,52	1,60	78,78
5	42,32	69,65	32,39	2,15	2,01	140,00
6	42,96	89,98	32,39	2,78	2,38	214,51
7	43,59	110,30	32,39	3,41	2,73	301,20
8	44,23	130,62	32,39	4,03	3,06	399,27
9	44,87	150,95	32,39	4,66	3,37	508,08
10	45,50	171,27	32,39	5,29	3,66	627,14

		C; n=0,05
	Wysokość [m n.p.m.]	Powierzchnia[m^2]	Obwód zwilżany[m]	Promień hydrauliczny [m]	v [m/s]	Q[m^3/s]
1	39,78				0,00	0,00
2	40,42				0,00	0,00
3	41,05				0,00	0,00
4	41,66	0,41	3,74	0,11	0,16	0,07
5	42,32	7,19	17,27	0,42	0,40	2,90
6	42,96	22,40	26,95	0,83	0,64	14,33
7	43,59	40,45	30,21	1,34	0,88	35,56
8	44,23	60,83	33,21	1,83	1,08	65,93
9	44,87	83,22	36,20	2,30	1,26	104,93
10	45,50	107,10	39,69	2,70	1,40	150,27

	Wysokość [m n.p.m.]	SUMA wydatków A,B i C		Wysokość względna[m]	Wydatek rzeki		Wysokość względna[m]	powierzchnia
	39,146	0,00		0	0,00		0	0,00
	39,781	4,32		0,635	4,32		0,635	6,01
	40,417	17,33		1,271	17,33		1,271	16,17
	41,052	40,47		1,906	40,47		1,906	30,43
WŚ	41,658	78,86		2,512	78,86		2,512	49,49
	42,323	143,45		3,177	143,45		3,177	71,21
	42,958	231,36		3,812	231,36		3,812	94,45
	43,593	343,56		4,447	343,56		4,447	119,42
	44,229	480,27		5,083	480,27		5,083	146,03
WM	44,865	639,69		5,719	639,69		5,719	173,11
	45,500	820,24		6,354	820,24		6,354	200,62

Obliczyć światło jazu ruchomego.

Qm=	480,269
Rzędna dna:	39,146
Rzędna wody średniej:	41,658
Rzędna wody miarodajnej:	44,229

Wysokość progu:  wysokości średniej wody

Pg=

1,25 m

Wyznaczenie wysokość hz:  wysokość wody miarodajnej pomniejszona o wysokość progu

hz = 44,229 – 39,146 – 1,256 = 3,827 m

Założona wysokość piętrzenia wody: z = 0,9 m

Wysokość wody spiętrzonej:

H = hz + z

H = 3,827 + 0,9 = 4,727 m

Rzędna wysokości wody miarowej spiętrzonej:  WMsp = WM + z

WMsp = 44,229+ 0,9 = 45,129m

Odczytane z przekroju pole powierzchni dla poziomu wody spiętrzonej:

Amwsp = 274,44 m2

Ilość przęseł w projektowanym jazie: n = 1

Prędkość przepływu wody: 

v = 480,269/274,44 = 1,75 m/s

Wysokość linii energii:

H0 = 4,727 + (1,75)^2/(2*9,81) = 4,74 m

Szerokość wody miarodajnej:

Brz = 31,94 m

Szerokość przęsła jazu: 

Współczynnik dla kontrakcji:

Sprawdzenie warunku 1.:

Warunek 1. jest spełniony

Sprawdzenie warunku 2.:

Warunek 2. jest spełniony

Wyznaczenie kształtu jazu z krzywej Creagera

X’=X*H_o Y’=Y*H_o

X	Y	X’	Y’
0	0,126	0,00	0,07
0,3	0	0,16	0,00
0,5	0,027	0,26	0,01
0,8	0,146	0,41	0,08
1	0,256	0,52	0,13
1,3	0,475	0,67	0,25
1,5	0,661	0,78	0,34
1,8	0,987	0,93	0,51
2	1,235	1,03	0,64
2,3	1,653	1,19	0,86
2,5	1,96	1,29	1,01
2,8	2,462	1,45	1,27
3	2,824	1,55	1,46
3,3	3,405	1,71	1,76
3,5	3,818	1,81	1,98
3,8	4,471	1,97	2,31
4	4,93	2,07	2,55
4,5	6,22	2,33	3,22

Na podstawie kształtu wyznaczonego przez krzywą Creagera, mogę określić kąty α₁ =23^o i α­­­₂ =63^o­ , a na tej podstawie współczynnik kształtu =0,895. Współczynnik zatopienia, zgodnie z tabelą dla h_z/h_o=0,80: =0,760 Współczynnik kontrakcji przyjmuję jak na początku ξ=1, w związku z czym:

0,97

Przy tak przyjętych współczynnikach:

Obliczanie wysokości wody dolnej:

1. h=0,05m

2. A(p_g+h)=16,77

3. Zakładam, że v_o=0 to znaczy, że h₀=h

4. m=0,494; ; ;

5. Q⁽¹⁾=0,494*35,24 * =0,771

6. v_o=Q⁽¹⁾/A=0,046

7. h_o=h+v_o²/(2*9,81)=0,05

8. m=0,494;

9. Q⁽²⁾=0,494*35,24 * =0,774

10. Spr.

11. Obliczenie h_d z krzywej wydatku dla rzeki, dla wydatku Q⁽²⁾.

h_d=0,298

12. Spr. h_d-p_q =0,298-1,256=h_z => przyjmuję nowe h=0,06

Resztę obliczeń wykonałem przy pomocy programu EXCEL:

h	A(Pg+h)	vo	ho	ho/Pg	m	ho/b	wsp zatopienia	wsp kształtu	wsp kontrakcji	Q(1)	vo	ho	m	wsp kontrakcji	Q(2)	Q(2)-Q(1)/Q(2)		hd	spr hd-pq=Hz
0,05	16,77	0,000	0,050	0,040	0,494	0,001	1	0,895	1,000	0,771	0,046	0,050	0,494	0,994	0,774	0,003	<	0,298	-0,958
0,06	16,98	0,046	0,060	0,048	0,494	0,002	1	0,895	1,000	1,017	0,060	0,060	0,494	0,994	1,019	0,002	<	0,311	-0,945
0,07	17,18	0,059	0,070	0,056	0,494	0,002	1	0,895	1,000	1,283	0,075	0,070	0,494	0,994	1,286	0,002	<	0,325	-0,931
0,08	17,39	0,074	0,080	0,064	0,494	0,002	1	0,895	1,000	1,569	0,090	0,080	0,494	0,994	1,573	0,003	<	0,341	-0,915
0,09	17,59	0,089	0,090	0,072	0,494	0,003	1	0,895	1,000	1,875	0,107	0,091	0,494	0,994	1,881	0,003	<	0,358	-0,898
0,1	17,80	0,106	0,101	0,080	0,494	0,003	1	0,895	1,000	2,200	0,124	0,101	0,494	0,994	2,207	0,003	<	0,375	-0,881
0,15	18,85	0,117	0,151	0,120	0,494	0,004	1	0,895	0,999	4,035	0,214	0,152	0,494	0,994	4,101	0,016	<	0,475	-0,781
0,2	19,94	0,206	0,202	0,161	0,494	0,006	1	0,895	0,999	6,268	0,314	0,205	0,494	0,994	6,402	0,021	<	0,594	-0,662
0,25	21,05	0,304	0,255	0,203	0,494	0,007	1	0,895	0,999	8,862	0,421	0,259	0,494	0,994	9,089	0,025	<	0,727	-0,529
0,3	22,20	0,409	0,309	0,246	0,494	0,009	1	0,895	0,999	11,813	0,532	0,314	0,494	0,994	12,153	0,028	<	0,873	-0,383
0,35	23,37	0,520	0,364	0,290	0,494	0,010	1	0,895	0,999	15,120	0,647	0,371	0,494	0,994	15,593	0,030	>	1,029	-0,227
0,4	24,57	0,635	0,421	0,335	0,494	0,012	1	0,895	0,998	18,788	0,765	0,430	0,494	0,994	19,413	0,032	>	1,194	-0,062
0,45	25,79	0,753	0,479	0,381	0,494	0,014	1	0,895	0,998	22,825	0,885	0,490	0,494	0,994	23,619	0,034	>	1,365	0,109

Wykres wydatku dla jazu

Wymiarowanie niecki wypadowej:

;

E₁=d+p_q+h_o=0,5+1,256+0,49=2,246

α=1,1

q=

Po rozwiązaniu równania otrzymuję wynik:

h₁=0,109m

Po rozwiązaniu równania otrzymuję wyniki zadowalający:

h₂=0,911m

Końcowo, nieckę wypadową wymiaruję ze wzoru Wójcickiego:

Resztę obliczeń zmieściłem w tabeli

hd	h0	Q	q	E1	h1	h2	η	SPR	lw
0,298	0,050	0,774	0,022	1,806	0,004	0,165	4,824	OK.	0,947
0,311	0,060	1,019	0,029	1,816	0,005	0,190	4,262	OK.	1,132
0,325	0,070	1,286	0,036	1,826	0,006	0,213	3,881	OK.	1,308
0,341	0,080	1,573	0,045	1,836	0,008	0,235	3,578	OK.	1,477
0,358	0,091	1,881	0,053	1,847	0,009	0,257	3,332	OK.	1,642
0,375	0,101	2,207	0,063	1,857	0,011	0,278	3,147	OK.	1,798
0,475	0,152	4,101	0,116	1,908	0,020	0,379	2,573	OK.	2,534
0,594	0,205	6,402	0,182	1,961	0,031	0,474	2,309	OK.	3,203
0,727	0,259	9,089	0,258	2,015	0,043	0,564	2,174	OK.	3,829
0,873	0,314	12,153	0,345	2,070	0,058	0,653	2,103	OK.	4,423
1,029	0,371	15,593	0,443	2,127	0,073	0,739	2,068	OK.	4,993
1,194	0,430	19,413	0,551	2,186	0,090	0,825	2,052	OK.	5,544
1,365	0,490	23,619	0,670	2,246	0,109	0,911	2,049	OK.	6,080

Przyjmuję długość niecki wypadowej l_w=6,1m

Obliczenia ścianek szczelnych

Do obliczenia ścianek szczelnych posłużyłem się metodą Lane’a

Grunt pod jazem to piasek drobny, dla którego C_l=7

Odczytano:

h_d=1,04

h_śn=0,37

- Ścianki szczelne nie są potrzebne, ponieważ odcinki pionowe są dłuższe niż 0,80m.

Sprawdzenie stateczności jazu na przesunięcie

Zakładam t=0,5m

Odcinek	Długość odcinka [m]

Przyjęto t=1,15m

Sprawdzenie stateczności jazu podczas remontu (gdy woda jest odpompowana):

Podczas remontu jaz nie będzie posiadał odpowiedniej stateczności, a zatem trzeba będzie go dociążyć, np. betonowymi płytami.

Stateczność płyty na przesunięcie

Klasa budowli hydrotechnicznej: IV

Współczynnik zniszczenia:

Ciężar objętościowy gruntu:

Ciężar objętościowy betonu:

Współczynnik korekcyjny:

Kąt tarcia wewnętrznego gruntu:

Współczynnik tarcia między fundamentem i gruntem:

Parcie czynne gruntu:

Parcie bierne gruntu:

Parcie wody górnej:

Parcie wody dolnej:

Ciężar wody:

Siła wyporu wody:

Ciężar korpusu i płyty jazu:

Stabilność jazu zachowana.

5. Parametry przekroju ujęcia wody.

Krata zostanie wykonana z płaskowników.

Przyjmuję:

⇛ przyjęto kratę o powierzchni

Z obliczeń otrzymałem kratę o wymiarach 2,25 x 14,5 m.

1