Politechnika Wrocławska
Instytut Geotechniki i Hydrotechniki
Zakład Budownictwa Wodnego i Geodezji
Projekt z przedmiotu:
BUDOWNICTWO WODNE - PODSTAWY
Prowadzący: dr inż.. Stanisław Kostecki
Student: Wojciech Biedroń
Wrocław 2009
1. Na podstawie profilu poprzecznego i podłużnego rzeki km 1+550 obliczyć i narysować krzywą wydatku przekroju Q=f(h) ze wzoru Manninga
Wyznaczenie współczynników szorstkości dla koryta głównego i terenów zalewowych:
|
n0 |
n1 |
n2 |
n3 |
n4 |
n5 |
n |
|
dla koryta głównego |
0,025 |
0,010 |
0,000 |
0,015 |
0,005 |
1,150 |
0,060 |
|
dla terenów zalewowych |
0,040 |
|
|
|
|
|
0,040 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Isw |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0004436 |
|
|
|
|
|
|
|
Wyznaczenie wydatku wody w rzece dla 10 różnych poziomów wody:
Dane odczytane z przekroju koryta rzecznego:
- rzędna wysokości wody
- pole przekroju dla danych poziomów
- długość obwodu zwilżonego
Wzory:
Oznaczenia:
- Rh - promień hydrauliczny
- A - pole powierzchni przekroju
- u - długość obwodu zwilżonego
- n - współczynnik szorstkości koryta
- I - spadek poziomu zwierciadła wody w rzece
- Q - wydatek przekroju
Wydatek przekroju jest sumą wydatków wyznaczonych dla koryta głównego i terenów zalewowych.
L.p. |
rzedna wysokości wody |
pole przekroju poprzecznego |
dlugość obwodu zwilzonego |
promień hydrauliczny |
prędkość przepływu wody w przekroju |
wydatek (dla koryta głównego) |
|
m n.p.m. |
m2 |
m |
m |
m/s |
m3/s |
1. |
38,658 |
0,000 |
1,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
2. |
39,500 |
10,484 |
18,988 |
0,552 |
0,238 |
2,498 |
3. |
40,000 |
20,849 |
23,119 |
0,902 |
0,330 |
6,889 |
4. |
40,500 |
33,019 |
27,085 |
1,219 |
0,404 |
13,338 |
5. |
41,000 |
47,609 |
31,158 |
1,528 |
0,470 |
22,357 |
6. |
41,135 |
51,702 |
32,364 |
1,598 |
0,484 |
25,010 |
7. |
42,000 |
78,848 |
32,364 |
2,436 |
0,641 |
50,535 |
8. |
43,500 |
126,845 |
32,364 |
3,919 |
0,880 |
111,616 |
9. |
45,000 |
174,254 |
32,364 |
5,384 |
1,087 |
189,485 |
10. |
46,452 |
220,353 |
32,364 |
6,809 |
1,272 |
280,201 |
pole przekroju poprzecznego |
dlugość obwodu zwilzonego |
promień hydrauliczny |
prędkość przepływu wody w przekroju |
wydatek (dla terenów zalewowych z lewej strony) |
m2 |
m |
m |
m/s |
m3/s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,057 |
4,840 |
0,425 |
0,298 |
0,612 |
14,354 |
12,884 |
1,114 |
0,566 |
8,123 |
47,895 |
33,958 |
1,410 |
0,662 |
31,717 |
116,776 |
57,037 |
2,047 |
0,849 |
99,141 |
pole przekroju poprzecznego |
dlugość obwodu zwilzonego |
promień hydrauliczny |
prędkość przepływu wody w przekroju |
wydatek (dla terenów zalewowych z prawej strony) |
m2 |
m |
m |
m/s |
m3/s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,122 |
4,656 |
0,456 |
0,312 |
0,662 |
42,064 |
32,753 |
1,284 |
0,622 |
26,169 |
93,307 |
36,433 |
2,561 |
0,986 |
91,966 |
147,950 |
39,919 |
3,706 |
1,261 |
186,570 |
Dane do sporządzenia wykresu:
Wydatek wody w rzece |
rzedna wysokości wody |
m3/s |
m |
0,000 |
38,658 |
2,498 |
39,500 |
6,889 |
40,000 |
13,338 |
40,500 |
22,357 |
41,000 |
25,010 |
41,135 |
51,809 |
42,000 |
145,907 |
43,500 |
313,169 |
45,000 |
565,911 |
46,452 |
Krzywa wydatku przekroju Q = f (H):
2. Obliczenie światła jazu ruchomego
Dane:
Qm= |
134,56 |
Współrzędna dna: |
38,658 |
Współrzędna wody średniej: |
41,135 |
Współrzędna wielkiej wody miarowej: |
43,000 |
Wysokość progu:
wysokości średniej wody
0,5*(41,135-38,658)=0,5*2,477=1,240 |
Pg= |
1,240 m |
Wyznaczenie wysokość hz: wysokość wody miarodajnej pomniejszona o wysokość progu
hz = 43,000 - 38,658 - 1,240 = 3,102 m
Założona wysokość piętrzenia wody z:
z = 0,2 m
Wysokość wody spiętrzonej:
H = hz + z
H = 3,302 + 0,2 = 3,302 m
Rzędna wysokości wody miarowej spiętrzonej: WMsp = WM + z
WMsp = 43,000 + 0,2 = 43,200 m
Odczytane z przekroju pole powierzchni dla poziomu wody spiętrzonej:
Asp = 144.84 m2
Ilość przęseł w projektowanym jazie:
n = 4
Prędkość przepływu wody:
v = 134,56/144,84 = 0,929 m/s
Wysokość linii energii:
H0 = 3,302 + (0,929)^2/(2*9,81) = 3,35m
Szerokość wody miarodajnej:
Brz = 73,95 m
Szerokość przęsła jazu: od 0,4 do 0,7 *(Brz/n) dla wartości 0,5
B = 0,5*(73,95/4) = 9m
Szerokość filara:
d = 2m
Przyjęto współczynniki:
Współczynnik wydatku: m = 0,460
(długość wstawki L=2 m L/H = 0,6 Ho/pg = 2,702;
Stąd: dla wartości 2,702 m = 0,460)
Współczynnik kształtu progu:
Wartość odczytana z tabeli dla:
Współczynnik zatopienia:
(hz/Ho) = 0,925
Stąd: dla wartości 0,936
= 0,499)
Współczynnik dla kształtu filara:
Sprawdzenie warunku 1.:
n * B + (n - 1)*d =< Brz
4 * 9 + (4 - 1)* 2 = 42 m
42m < 76,95m
Warunek 1. jest spełniony
Sprawdzenie warunku 2.:
= 0,925
0,925 >
Warunek 2. nie jest spełniony
Warunek 2. nie został spełniony współczynnik kontrakcji bocznej wyznaczamy ze wzoru:
Wyznaczenie przepływu przez jaz:
Q = 140,99 m3/s
140,99 > 134,56
Q > Qm
Q=105% Qm
-warunek spełniony
Krzywa wydatku jazu ruchomego.
Do obliczeń przyjęto:
- promień krzywizny R = 6m
- σz = 1
Obliczanie przepływu metodą iteracji:
α = 34º
H = 0,2m
y = 4,14m
Wyznaczenie współczynnika m:
Wyznaczenie współczynnika ε:
Obliczenie przepływu pozornego:
Obliczenie prędkości właściwej:
Obliczenie wysokości właściwej linii energii:
Obliczenie prawdziwego współczynnika ε:
Obliczenie prawdziwego przepływu Q:
Sprawdzenie warunku na różnicę przepływu pozornego a prawdziwego:
Wyznaczenie wysokości wody dolnej dla obliczonego przepływu Q:
hd = 40m
wypływ nie zatopiony
Zestawienie wartości obliczeń dla różnych wysokości klapy:
położenie |
α |
H |
y |
m |
v0 |
H0 |
Q |
ΔQ/Q |
hd |
rzędna czubka |
klapy |
[º] |
[m] |
[m] |
[-] |
[m/s] |
[m] |
[m3/s] |
[%] |
[m] |
klapy |
1 |
34 |
0,2 |
4,14 |
0,4642 |
0,03 |
0,2 |
7,552 |
0 |
40 |
43,98 |
2 |
33 |
0,4 |
3,94 |
0,4643 |
0,08 |
0,4 |
21,345 |
0,5 |
41 |
43,87 |
3 |
32 |
0,6 |
3,74 |
0,4646 |
0,16 |
0,6 |
39,213 |
0,4 |
41,6 |
43,84 |
4 |
30 |
0,8 |
3,54 |
0,4639 |
0,25 |
0,8 |
60,372 |
0,6 |
42,4 |
43,79 |
5 |
29 |
1 |
3,34 |
0,4637 |
0,35 |
1 |
84,373 |
0,9 |
42,5 |
43,64 |
6 |
26 |
1,2 |
3,14 |
0,4643 |
0,46 |
1,2 |
110,91 |
1,1 |
42,9 |
43,54 |
Wykres natężenia przepływu dla jazu
4. Wymiarowanie niecki wypadowej.
Przyjęte wartości:
d = 0,5m
α = 1,1
β = 1,05
pg = 1,24m
Obliczenia dla pierwszej pozycji otwarcia klapy:
q jednostkowe:
wartość E1:
pierwsza głębokość sprzężona:
druga głębokość sprzężona:
zatopienie odskoku:
długość niecki:
wysokość spadania wody:
czas spadania wody z wysokości Hk:
obliczenie długości całkowitej niecki:
Zestawienie wartości obliczeń dla różnych wysokości klapy:
(długość X została odczytana z rysunku za pomocą programu AUTOCAD)
położenie |
hd |
q |
E1 |
h1 |
h2 |
η |
L0 |
Ls |
x |
klapy |
[m] |
[m2/s] |
[m] |
[m] |
[m] |
[-] |
[m] |
[m] |
[m] |
1 |
3,10 |
0,212 |
6,08 |
0,047 |
1,015 |
2,409 |
7,58 |
1,098 |
2,64 |
2 |
3,60 |
0,486 |
6,0804 |
0,086 |
1,369 |
2,266 |
9,05 |
1,091 |
2,72 |
3 |
3,60 |
0,894 |
6,0813 |
0,134 |
1,58 |
2,168 |
9,44 |
1,089 |
2,81 |
4 |
4,10 |
1,380 |
6,0832 |
0,189 |
1,763 |
2,108 |
10,13 |
1,086 |
2,93 |
5 |
4,30 |
1,935 |
6,0862 |
0,199 |
1,968 |
1,905 |
12,14 |
1,077 |
3,06 |
6 |
4,60 |
2,554 |
6,0908 |
0,254 |
2,25 |
1,775 |
13,76 |
1,071 |
3,20 |
L |
[m] |
11,32 |
12,86 |
13,34 |
14,15 |
16,28 |
18,03 |
14