Opis techniczny projektu zapory

I. Część opisowa

1. Podstawa opracowania

Podstawą opracowania projektu jest temat wydany w Instytucie Inżynierii i Gospodarki Wodnej.

2. Dane wyjściowe

Zestaw danych wyjściowych stanowią:

- żądane poziomy piętrzenia budowli:

normalny NPP - 540,0 m n.p.m.

maksymalny MaxPP - 543,0 m n.p.m.

- krzywe uziarnienia gruntu dostępnego jako materiał budowlany na miejscu inwestycji

- podane przepływy charakterystyczne Qk i Qm

3. Lokalizacja

Zaporę zlokalizowano na rzece Ochotnica w miejscowości Ochotnica Dolna.

4. Charakterystyka geologiczna podłoża i warunki morfologiczne:

Dolina rzeki Ochotnicy uformowana została na fliszu karpackim. Podłoże skalne stanowią tu ułożone w naprzemianległe warstwy łupki i piaskowce. W miejscu wybranym na umiejscowienie zapory nie stwierdzono występowania uskoków, bardzo charakterystycznych dla innych obszarów fliszu.

W najniższych partiach doliny (koryto główne oraz obszary zalewane przez wielką wodę) warstwa skalna została dodatkowo pokryta naniesionymi przez wodę materiałami pochodzenia trzecio- i czwartorzędowego. Miąższość warstwy aluwiów osiąga wartość około 3 metrów.

Jest to teren górzysty o wysokości wzniesień nawet do 1000m n.p.m. Zbocza doliny obniżają się z mniej więcej jednakowym spadkiem. Dolina jest w dużym stopniu symetryczna. Dno rzeki, którą przecinać ma zapora obniża się ze spadkiem 0,006. Rzeka płynie w nie zwartym korycie do którego ze zboczy spływają liczne potoki zwiększając przepływ w rzece.

5. Charakterystyka techniczna zapory

a) Klasyfikacja budowli

Na podstawie Rozporządzenia Ministra Ochrony Środowiska Zasobów Naturalnych i Leśnictwa ustalono klasę projektowanej budowli ziemnej. Według tabeli zaliczać się będzie do klasy pierwszej.

b) Wymiary, konstrukcja, materiały zapory

Na podstawie poziomów piętrzenia określono wymiary zapory oraz jej usytuowanie w terenie.

Rzędną korony zapory wyznaczono na podstawie „Rozporządzenia Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 20 grudnia 1996 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane gospodarki wodnej i ich usytuowanie. Dz.U. nr 21 z 5.03.1997”

Rzędną korony zapory wyznaczono na poziomie 563,00 m n.p.m.

Szerokość korony zapory określono jako pochodną jej wysokości (szerokość minimalna - 3 m; dodatkowo dla każdych 10 m wysokości zapory dodajemy 1 m szerokości korony). Przyjęto szerokość korony równą 7 m.

Całkowita długość korony wynosi 532,5 m.

Budowla wykonana zostanie jako zapora sypana. Do jej zbudowania wykorzystany zostanie materiał dostępny w miejscu lokalizacji zapory. Analiza krzywych uziarnienia pozwoliła na określenie rodzaju gruntu, który jest dostępny w miejscu inwestycji. Gruntem, z którego zostanie wykonana zapora jest żwir gruboziarnisty. W związku z przyjęciem takiego rodzaju materiału określono nachylenia skarp zapory, które wynoszą:

dla skarpy odwodnej 1:2,5

dla skarpy odpowietrznej 1:2

Dodatkowo na skarpie odpowietrznej uformowano ławeczki o szerokości 2 m. Elementy te mają za zadanie umożliwiać swobodne poruszanie się ludzi wzdłuż zapory pozwalając na jej konserwację. Umieszczone są one co każde 10 m wysokości zapory Strona odpowietrzna jak i korona zapory zaopatrzona jest dodatkowo w drenaż umożliwiający swobodne odprowadzenie wody opadowej.

Odprowadzenie wód opadowych ułatwić ma też umiejscowienie u podstawy skarpy odpowietrznej rowu o głębokości odwadniającego o głębokości 1 m.

c) Elementy uszczelniające

W miejscu inwestycji istnieje możliwość pozyskania gliny, która posłuży do wykonania uszczelnienia zapory. W związku z tym jako główny element uszczelniający wykonany zostanie rdzeń gliniasty umieszczony w centralnej części przekroju podłużnego korpusu zapory. Wysokość rdzenia przyjęto tak, by rzędna określająca jego koronę przewyższała o 0,5 m rzędną Max PP.. Rdzeń umieszczono na galerii zastrzykowo-kontrolnej, dodatkowo zapuszczając w skałę przesłonę cementacyjną, sięgającą warstwy nieprzepuszczalnej. Rozwiązanie to ma zapobiegać filtracji wody w gruncie pod korpusem zapory.

Jako dodatkowe zabezpieczenie przed przenikaniem wody przez korpus zapory zastosowano ekran asfaltobetonowy, pokrywający skarpę odwodną, oraz filtr odwrotny usytuowany w dolnej części skarpy odpowietrznej.

d) Urządzenia upustowe zapory

Dla projektowanej zapory przyjęto rozwiązanie urządzeń upustowych w postaci: przelewu stokowego czołowego oraz spustu dennego.

Oba urządzenia zwymiarowano dla przepływu miarodajnego Qm=Q_{0,1 %}=167[m³/s].

Zgodnie z obowiązującymi przepisami przyjęto, że przelew poprowadzić ma przepływ równy 80 % Qm, a spust pozostałą część przepływu miarodajnego. Sposób zwymiarowania urządzeń upustowych zawiera część obliczeniowa opisu.

Przelew umiejscowiony zostanie na lewym stoku doliny. Będzie to konstrukcja betonowa. Światło całego przelewu wynosić będzie 14 m. Za przelewem znajdować się będzie bystrze o szerokości równej szerokości przelewu, którego rolą będzie sprowadzenie wody z przelewu do niecki wypadowej w stanowisku dolnym i dalej do koryta odpływowego. Bystrze wykonane zostanie jako koryto betonowe umiejscowione w odpowiednio wyprofilowanym w skale rowie.

Spust denny umiejscowiono tak, by wlot znajdował się na poziomie dna koryta głównego. Spust zostanie wykonany jako kanał żelbetowy o przekroju prostokątnym. Pod dnem kanału wylana zostanie warstwa chudego betonu, zaś sam kanał na swojej długości podzielony zostanie przerwami dylatacyjnymi. Zakończenie spustu stanowi niecka wylotowa, w której dzięki wywołaniu zjawiska odskoku hydraulicznego zostanie wygaszony nadmiar energii kinetycznej.

Na całej długości kanału panował będzie ruch bezciśnieniowy dzięki umieszczeniu zamknięć spustu na wlocie. Rozwiązanie takie wymaga wybudowania wieży zespolonej z wlotem, która zawierać będzie komplet zamknięć oraz suwnicę i siłowniki do obsługi zamknięć. Na zamknięcia składają się dwie zasuwy, oraz zamknięcie remontowe (uruchamiane przez opuszczenie szandorów) usytuowane na początku wlotu. Wlot wyposażony jest dodatkowo w kratę zabezpieczającą przed zmniejszaniem drożności kanału spustowego.

Usytuowanie wieży wymaga wybudowania pomostu komunikacyjnego łączącego wieżę z koroną zapory. Sterowanie zamknięciami spustu odbywać się będzie z pomieszczenia usytuowanego na szczycie wieży zamknięć, ponadto połączenie to niezbędne będzie do prowadzenia konserwacji i remontów urządzeń mechanicznych.

II. Część obliczeniowa

a) Obliczenie przelewu

Dane: Szukane:

Q_m=167 [m³/s] L [m] - długość przelewu

Q_p=0,8· Q_m=133,6 [m³/s]

H_o=2,9 [m]

p=2 [m]

z=3,4 [m]

h_d=1,5 [m]

p/H_o=0,69 → C=2,1 C - współczynnik wydatku przelewu [-]

q=C·H_o^1,5 q - wydatek jednostkowy przelewu [m³/s·m]

q=9,87 [m³/s·m]

L_o=Q_p/q [m] L_o - obliczeniowa długość przelewu

L_o=13,52 [m]

Przyjęto przelew o długości l=14 [m]

b) Obliczenie warunków przepływu w bystrzu

Dane:

B=14 [m] B - szerokość bystrza

h=1,5 [m] h - napełnienie początkowe

I=13 [‰] I - spadek bystrza

q=Q_p/B q - wydatek jednostkowy na wlocie [m³/s·m]

q=9,54 [m³/s·m]

v=q/h v - prędkość na wlocie [m/s]

v=6,36 [m/s]

h_k=((α·q²)/g)^0,33 h_k - głębokość krytyczna [m]

α=1,1

h_k=2,16[m]

v_k=q/h_k v_k - prędkość krytyczna [m/s]

v_k=4,39[m/s]

Q=b·h·(1/n)·R_h^2/3·I^0,5 Q - przepływ w bystrzu [m³/s]

b - szerokość bystrza [m]

h - napełnienie [m]

R_h - promień hydrauliczny [m]

n - współczynnik szorstkości [-]

dla n=0,018 h_I=0,4 [m] - pierwsza głębokość sprzężona do obliczenia niecki

dla n=0,008 h_II=0,66 [m]

obliczenie wysokości ścian bystrotoku

v=q/h_II

v=23,8 [m/s]

h_z=0,6+0,037·v·h_II^0,33 h_z - konstrukcyjny zapas wysokości [m]

h_z=0,8 [m]

h= h_II+h_z h - całkowita wysokość bystrza [m]

h=1,46 [m]

c) Obliczenie wymiarów niecki wypadowej za bystrzem

Dane:

h₁= 0,4 [m] h₁ - pierwsza głębokość sprzężona

h_kr=2,16[m] h_kr - głębokość sprzężona

Warunek wystąpienia ruchu podkrytycznego

h₁<h_kr

0,4<2,16 warunek spełniony

h₂=0,5·h₁·[(1+(8·q²/g·h₁³))^0,5-1] h₂ - druga głębokość sprzężona

h₂=6,94[m]

założono głębokość niecki d=7[m]

Warunek zatopienia odskoku

1,05·h₂<t+d t=0,9[m] - napełnienie w korycie odpływowym

7,6,94<7,1 warunek spełniony

L=5·(h₂-h₁) L - długość niecki [m]

L=31 [m]

d) Obliczenie wymiarów spustu

Q - wydatek spustu bezciśnieniowego

φ - współczynnik strat przy wypływie pod zasuwą

ε - współczynnik dławienia strumienia pod zasuwą

a_z - prześwit między dolną krawędzią zasuwy a dnem spustu

p_z - szerokość spustu w przekroju zasuwy

H - wzniesienie zwierciadła wody w stanowisku górnym nad dnem w przekroju zasuwy

Σξ - suma współczynników strat w spuście przed zasuwą

Q=0,2·Q_m=62 [m³/s]

v_o²/(g·H)=0 → φ=0,7

a_z/H=0,037 → ε=0,616

p_z=2,0 [m]

H=37 [m]

Σξ=1,90 (suma strat na wlocie i zwężeniu w przekroju zasuwy)

Dla powyższych danych niezbędna wysokość prześwitu pod zasuwą a_z=1,4 [m]

e) Ustalenie wymiarów kanału spustu

Q=b·h·(1/n)·R_h^2/3·I^0,5

Q - wydatek kanału przy ruchu bezciśnieniowym [m³/s]

b - szerokość kanału [m]

h - napełnienie kanału [m]

n - współczynnik szorstkości [-]

R_h - promień hydrauliczny [m]

I - spadek podłużny kanału

Q=33,4 [m³/s]

b= 3,6 [m]

n= 0,014 dla zwymiarowania kanału n=0,008 dla zwymiarowania niecki

R_h=0,78 [m]

I=0,006

Dla powyższych danych niezbędna wysokość kanału spustu a=3,2[m]

(obliczone napełnienie h=2 [m] + zapas wysokości 1,2 [m])

f) Zwymiarowanie niecki wypadowej za spustem

Określenie pierwszej wysokości sprzężonej

h₁-E·h₁²=-(α·q²)/2g E=11,18[m]- wzniesienie linii energii WG nad dnem niecki

h₁ - pierwsza wysokość sprzężona

α=1,1 - współczynnik nierównomierności prędkości

Równanie spełnione dla h₁=0,45[m]

h_k=((α·q²)/g)^0,33 h_k - głębokość krytyczna [m]

h_k=1,46[m]

Warunek wystąpienia ruchu podkrytycznego

h₁<h_kr

0,45<1,46 warunek spełniony

h₂=0,5·h₁·[(1+(8·q²/g·h₁³))^0,5-1] h₂ - druga głębokość sprzężona

h₂=3,35[m]

założono głębokość niecki d=3[m]

Warunek zatopienia odskoku

1,05·h₂<t+d t=0,6 [m] - napełnienie w korycie odpływowym

3,52<3,6 warunek spełniony

L=5·(h₂-h₁) L - długość niecki [m]

L=14,5 [m]

9

---