Ustalenie wymiarów jazu

Światło jazu winno mieć szerokość od 0,5 do 1 naturalnej szerokości rzeki określanej dalej jako Brz.

Przyjęto szerokość jazu B=0,7Brz=60,48m.

Przyjęto ,że jaz bedzie składał się z n=3 przęseł rozdzielonych filarami mającymi a=1 [m] szerokości każdy. Szerokość pojedynczego przęsła w jego świetle będzie wiec równa:

rysunek poglądowy (odległości podane w metrach):

Sprawdzenie przepływu jednostkowego.

Rzekę zakwalifikowano jako rzekę nizinna.

Obliczenie pierwszego przybliżenia wniesienia linii energii nad progiem Ho.

H - grubość warstwy wody przelewającej się przez próg jazu przy przepływie miarodajnym i wszystkich czynnych przęsłach

v_o - prędkość dopływowa wody w całym przekroju poprzecznym zbiornika przed stopniem

Ustalenie grubości warstwy wody przelewającej się przez próg jazu

gdzie:

m - współczynnik wydatku

_k - współczynnik kształtu progu

_z - współczynnik zatopienia przelewu

- współczynnik kontrakcji bocznej i czołowej (dławienia)

Dla pierwszego przybliżenia współczynnik wydatku progu przyjęto m=0,380 (ze wstawka prosta). Pozostałe

współczynniki czyli
_k ,
_z ,
przyjęto równe jedności.

Ustalenie prędkość dopływowej wody

gdzie:

NPP- normalny poziom piętrzenia wody powyżej poziomu doliny[m]

SD- szerokość doliny w lustrze wody przy zaporze [m]

Jak widać wysokość energii wynikająca z prędkości wody jest pomijalnie mała i nie będzie brana pod uwagę w dalszych obliczeniach. Zakłada się więc, że:

H_o=H

Wyznaczenie wysokosci wzniesienia korony jazu ponad poziom dna doliny P_g

P_g=NPP-Ho=10,9-1,57=9,33[m]

Sprawdzenie warunków pracy jazu

Sprawdzenie warunków pracy jazu polega na sprawdzeniu czy pracuje on jako zatopiony czy niezatopiony. Jeżeli wysokość t_m opisująca napełnienie koryta przy przepływie miarodajnym spełnia nierówność t_m>P_g to jaz pracuje jako zatopiony. Jeżeli spełnia nierówność t_m<P_g to jaz pracuje jako niezatopiony. W rozpatrywanym przypadku t_m=3,6m, a wiec jaz pracuje jako niezatopiony.

Ponowne ustalenie grubości warstwy wody przelewającej się przez próg jazu

Drugie ustalenie polega na ponownym wyznaczeniu wartości H_o. Tym razem jednak zostaną wyznaczone współczynniki m,
_k ,
_z ,
. Dla rozróżnienia obliczoną wartość będziemy dalej nazywać H₁ (współczynniki wyznaczono na podstawie odpowiednich tablic zawartych w skrypcie pt: „Budowle i zbiorniki wodne” autorstwa Wiesława Depczyńskiego i Andrzeja Szamowskiego)

- wyznaczenie współczynnika m

współczynnik ten wyznaczono przy pomocy tablicy 3.6

Założono że długości wstawki L=1,5*H_o=1,5*1,57=2,35[m], czyli

L\H=1,5

a wiec współczynnik m=0,387

- wyznaczenie współczynnika
_k

współczynnik ten wyznaczono przy pomocy tablicy 3.7

założono stosunek AB:Pg=0,54, przy założeniu, że |AB| = 5m

założono kąty alfa₁=55º oraz alfa₂=45º dla których
_k =0,9805

- wyznaczenie współczynnika
_z

współczynnik zatopienia przlewu przyjeto
_z =1 ponieważ jaz pracuje jako niezatopiony.

- wyznaczenie współczynnika

Ponieważ przyjęto szerokość jazu B=0,7Brz do wyznaczenia współczynnika posłużono się wzorem

gdzie:

- współczynnik dławienia przyczółków (na podstawie tablicy 3.11)

pozostałe jak wyżej

by wyznaczyć współczynnik dławienia przyczółków przyjęto kształt przyczółków taki ,że r=1,708 m

następnie przyjęto wartość c = 0 [m] - czyli odległość mieczy czołem przyczółka a częścią pionowa przelewu określaną wcześniej jako AB. Znając stosunek:

c/H_o=0

wyznaczono współczynnik:
=0,25

Znając wszystkie współczynniki obliczono wartość H₁:

Sprawdzenie

Sprawdzenie polega na odjęciu wysokości H₁ od wartości H_o i sprawdzeniu czy bezwzględna

wartość takiego działania jest mniejsza bądź równa 0,05 [m]. Jeżeli tak to uznajemy że H jest

ustalone. W omawianym przypadku:

H₁-Ho=1,57-1,57=0,00[m]<0,05[m]

Warunek ten został spełniony.

Ustalenie grubości warstwy wody przelewającej się przez próg jazu w trakcie awarii

W celu sprawdzenia jaka będzie wysokość warstwy wody nad korona jazu w trakcie awarii zakładamy że jedno z przęseł będzie nieczynne.

W rozpatrywanym przypadku czynne będą dwa przęsła. Wysokość wody nad przelewem wyznaczymy ze wzoru:

następnie analogicznie jak dla normalnej pracy jazu wyznaczono współczynniki m,
_k ,
_z ,
. Wyniosły one:

m = 0,391

_k = 0,9805

_z = 1 (jaz nadal pracuje jako niezatopiony)

= 0,995

Obliczono wartosc H_1(n-1)

H_1(n-1)=1,90

oraz wykonano sprawdzenie:

H_1(n-1)-H_o(n-1)=1,90-1,90=0,00[m]<0,05[m]

Warunek został spełniony.

Ustalenie grubości warstwy wody przelewającej się przez próg jazu dla przepływu kontrolnego

W celu sprawdzenia jaka będzie wysokość warstwy wody nad korona jazu w trakcie przepływu kontrolnego Qk=168 [m³/s] , wykonujemy ponownie analogiczne obliczenia jak dla przepływu normalnego.

nastepnie wyznaczono współczynniki m,
_k ,
_z ,
. Wyniosły one:

m = 0,390

_k = 0,9805

_z = 1 (jaz nadal pracuje jako niezatopiony)

= 0,994

Obliczono wartosc H1k

oraz wykonano sprawdzenie:

H_1k-H_ok=1,77-1,77=0,00[m]<0,05[m]

Warunek został spełniony.

ROZPRASZANIE ENERGII

W celu rozproszenia energii zaprojektowano nieckę do rozpraszania energii o głębokości d=0.5 m. Za niecką zaprojektowano wybój w strefie pasywnej ponuru. W celu sprawdzenia oraz wyznaczenia pozostałych wymiarów niecki przeprowadzono następujące obliczenia:

Wzniesienie linii energii E0 w górnym stanowisku w stosunku do poziomu podłoża:

E₀ = d+P_g+H_1(n-1) = 0,5+9,33+1,90=11,73[m]

Wszystkie oznaczenia jak wyżej

Wysokość wody przed odskokiem hydraulicznym h1

= Q_m/(b*n); [m³/s]

α - współczynnik energii kinetycznej równy 1,05-1,20

Wyznaczoną wartość h₁, sprawdzono przy pomocy poniższego wzoru:

Wynik zawiera się w wymaganym przedziale a więc wysokość h₁ została wyliczona poprawnie.

Wyznaczono wartość h_kr

Wszystkie oznaczenia jak wyżej

Wyznaczono wartości przeliczników n' oraz n'' wiążące głębokości sprzężone w odskoku hydraulicznym

Na podstawie wartości n' wyznaczono wartość n” = 2,983

Orientacyjna wartość wysokości h₂ wyznaczono ze wzoru:

h₂=n”h_kr=2,983*1,05=3,14

następnie przy pomocy poniższego wzoru iteracyjnie wyznaczono dokładną wartość wysokości h₂:

Gdzie

β - współczynnik pędu równy 1,05-1,10

pozostałe oznaczenia jak wyżej

Lewa część równania:

Następnie dobierano wysokości h₂ tak by prawa część równania oznaczona dalej jako P=L. Warunek ten został spełniony z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku dla h₂ = 6,22

Na koniec wykonano sprawdzenie czy wysokość wody za jazem będzie większa niż wysokość h₂, czyli czy odskok hydrauliczny będzie zatopiony. By tak było musi być spełnione równanie

1,1

3,52
0,5+2,2

Warunek nie został spełniony wyliczam ponownie wartość d.

d=1,1h₂-t=1,4

Wyliczam ponownie E₀:

E₀ = d+P_g+H_1(n-1) = 1,4+9,33+1,90=12,63[m]

Wyznaczoną wartość h₁, sprawdzono przy pomocy poniższego wzoru:

Wynik zawiera się w wymaganym przedziale a więc wysokość h₁ została wyliczona poprawnie.

Wyznaczono wartość h_kr

Wszystkie oznaczenia jak wyżej

Wyznaczono wartości przeliczników n' oraz n'' wiążące głębokości sprzężone w odskoku hydraulicznym

Na podstawie wartości n' wyznaczono wartość n” = 3,064

Orientacyjna wartość wysokości h₂ wyznaczono ze wzoru:

h₂=n”h_kr=3,064*1,05=3,22

następnie przy pomocy poniższego wzoru iteracyjnie wyznaczono dokładną wartość wysokości h₂:

Gdzie

β - współczynnik pędu równy 1,05-1,10

pozostałe oznaczenia jak wyżej

Lewa część równania:

Następnie dobierano wysokości h₂ tak by prawa część równania oznaczona dalej jako P=L. Warunek ten został spełniony z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku dla h₂ = 6,22

Na koniec wykonano sprawdzenie czy wysokość wody za jazem będzie większa niż wysokość h₂, czyli czy odskok hydrauliczny będzie zatopiony. By tak było musi być spełnione równanie

1,1

3,52≤3,60

Czesc III - Filtracja

Sprawdzenie drogi filtracji metoda Bligh'a

W celu sprawdzenia czy droga filtracji jest wystarczająca sprawdzono czy prawdziwa jest

nierówność:

L₁₂ + L₃₃ + L₃₄ ≥dH*c_b

gdzie:

L12 - długosc odcinka 1-2 [m]

L23 - długosc odcinka 2-3 [m]

L34 - długosc odcinka 3-4 [m]

dH - ró_nica poziomów wody w górnym i dolnym stanowisku (równa spadkowi linii cisnien) [m]

CB - wspóczynnik Bligha zale_ny od rodzaju gruntu

L12=1 [m]

L23=27,16[m]

L34=1 [m]

dH=6,4+1,21-2,2=5,41 [m]

c B=9,0

po podstawieniu:

1+27,16+1≥5,41*9,0

29,16≥48,69

- nierówność nie została spełniona a wiec droga filtracji powinna zostać wydłużona

Sprawdzenie drogi filtracji metoda Lane'a

W celu sprawdzenia czy droga filtracji jest wystarczająca sprawdzono czy prawdziwa jest

nierównosc:

L₁₂ +1/32L₃₃ + L₃₄ ≥dH*c_l

gdzie:

L12 - długość odcinka 1-2 [m]

L23 - długość odcinka 2-3 [m]

L34 - długość odcinka 3-4 [m]

dH - różnica poziomów wody w górnym i dolnym stanowisku (równa spadkowi linii cisnien) [m]

c L - współczynnik Lane'a zależny od rodzaju gruntu

L12=1 [m]

L23=27,16[m]

L34=1 [m]

dH=6,4+1,21-2,2=5,41 [m]

c B=4,0

po podstawieniu:

1+1*27,16+1≥5,41*4,0

11,01≥21,64

- nierówność nie została spełniona a wiec droga filtracji powinna zostac wydłużona

Zaprojektowano ściankę szczelna o długości 7,5 [m]. Droga filtracji wydłuży się więc o odcinki

L2' 2' '=7,5[m] L2' ' 2' ' '=7,5[m]

Ponownie wykonano sprawdzenie drogi filtracji:

Metoda Bligh'a:

L12+L23+L34+L2' 2 ' +'L2 ' ' 2 ' ' '≥dH*c B

1+27,16+1+10+10≥5,41*9,0

49,16≥48,69

- nierówność została spełniona a wiec droga filtracji jest wystarczająca

Metoda Lane'a:

- nierówność została spełniona a wiec droga filtracji jest wystarczająca

Czesc IV - Statecznosc

Sprawdzenie stateczności jazu

STATECZNOSC POZIOMA

W celu wykazania czy jaz w trakcie eksploatacji będzie zachowywał sie w sposób stateczny sprawdzono czy

prawdziwa jest następująca nierówność:

10

14,4

14,4

14,4

60,48

1,23

1,23

---