Обоснование проектирования Водохозяйственного комплекса р. Исеть – пос. Каменка

qдоп=hmaxvдоп, м2/с

qдоп=5*1,15 = 5,9 м2/с 

Для сооружений III класса (основной расчетный случай) при пропуске максимального расхода обеспеченность 3%.Соответствующий ей расход пропускается через водосброс при отметке НПУ. Максимальный расход обеспеченностью 0,5 % (поверочный расчетный случай) пропускается при отметке ФПУ.

Ширина водосливной части открытого регулируемого водосброса  В  рассчитывается по формуле В=Q′maх3%/qдоп,

гдеQ′maх3% - расход холостого сброса при половодье 3% обеспеченности через пропускные отверстия водосброса при аккумуляции части стока в водохранилище.

При предпаводковой  сработке водохранилища при сезонном регулировании стока для аккумуляции стока половодья используется вся полезная емкость водохранилища за вычетом объемов воды, забираемой для использования промышленностью, для орошения и экологического стока.

Таким образом, объем, используемый для трансформации стока в данном случае

Vтр=Vполезн.

При пропуске максимального половодья низкой обеспеченности, в соответствии со СНиП 33-01-2003, все водопропускные отверстия должны работать при полном открытии затворов, таким образом, расход воды, пропускаемый через донный водоспуск во время половодья будет при напоре Н=ÑНПУ-ÑНБmax=13-5,0=8м, по графику рис.5.2 
Qдон =8 м3/с. Расход воды, забираемый промышленным предприятием постоянный в течении всего года (п.2.1.1)  Qпром=2,6 м3/с. Расход воды, забираемый для орошения в соответствии с оросительными нормами (п.2.1.2), Qорош=3,37 м3/с.

Общий расход

Qисп=Qпром +Qорош +Qдон=1,94+1,71+8,0=11,65 м3/с.

Объем использованной воды за 45 дней

Wисп=45×24×60×60×11,65= 45,2 млн. м3.

 

Холостой расход, сбрасываемый через водосброс, равен

 

Для гидротехнических сооружений III класса расчетная обеспеченность для пропуска основного расхода воды 3%, поверочного расхода – 0,5%. При НПУи ФПУ для ГТС III класса

Qхол.НПУ=Q′maх3%;

Qхол.ФПУ=Q′maх0,5%.

Объем половодья расчетной обеспеченности(п.3.2)

Wполов3%= 700 млн. м3;

Wполов0,5%= 913 млн. м3.

 

 

 

 

Ширина водосливного фронта для обеспечения допустимого удельного расхода по условию неразмываемости грунтов русла

В=Qхол3%/qдоп = 231/5,9= 40 м

 

Принимая стандартную ширину секции водослива bст=5 м,(табл. 2.13Приложения 2), определяется количество секций n= В/bст,  которое округляется в большую сторону.

n=40/5,0=8.

Принимается стандартная ширина секции 5,0 м, количество секций 8.

Проектируется водослив с широким порогом (для которого выполняется условие:

2 <l/hв<10 ,

где длина водосливной части l, напор на водосливе hв, не подтопленный (уровень порога водослива выше уровня воды в нижнем бьефе), с боковым сжатием (ширина водослива меньше ширины потока в верхнем бьефе) с нормальным порогом (вектор скорости перпендикулярен кромке водослива), т = 0,32÷0,35.

Определяется отметка порога

водослива: ÑП=ÑНПУ-hНПУ

 

 

 

 

ÑП=ÑНПУ-hНПУ=13-2,4 = 10,6 м.

Далее определяется отметка ФПУ при Вст=bст×n=5×8= 40 м.

Для этого сначала определяем напор на водосливе при ФПУ hФПУ:

 

 

 

ÑФПУ=ÑНПУ+ÑhФПУ;

ÑhФПУ=h-hHПУ=3,1-2,4 = 0,7 м.

ÑФПУ=ÑНПУ+ÑhФПУ=13+0,7=13,7 м;

С учетом  стандарта, высота пролета принимается равной 4 м. (Стандартная высота затвора подходит, так как напор на водосливе при ФПУ hФПУ =3,1 м).

Пропускная способность пролета при НПУ:

 

Всех пролетов 224 м3/с.

При ФПУ

 

 

Всех пролетов 336 м3/с.

 

 

7. ВОДОЗАБОР ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Для водозабора технической воды промышленного предприятия проектируется типовая конструкция, применяемая при пологих берегах реки или водохранилища, рассчитанная на требуемый расход. Оголовок водозабора выносится в водохранилище, из оголовка вода по самотечным трубам подается к береговому колодцу, совмещенному с насосной станцией первого подъема.

С расчетом перспективы развития предприятия и увеличения выпуска продукции для проектного расхода водозабора применяется коэффициент 1,5.

Требуемый расход водозабора с учетом коэффициента на развитие предприятия:

1,94*1,5 = 2,91 м3/с.

Рис. 7.1. Водозабор промышленного предприятия

1 - оголовок; 2 - самотёчные линии; 3 - береговой колодец; 4 -насосная станция.

 

8. САМОТЕЧНЫЙ ВОДОЗАБОР  ДЛЯ ОРОШЕНИЯ С ПЛОСКИМ ЗАТВОРОМ  С ОТСТОЙНИКОМ

Схема компоновки водозабора, совмещенного с отстойником, представлена на рис.8.1.

Рис.8.1.Схема размещения водозабора, совмещенного с отстойником, в плане.

1 – река, 2 – водосбросная  плотина, 3 – водоприемник, 4 – отстойник, 5 – канал, 6 – камеры отстойника

 

Расчетная схема водозабора с плоским затвором приведена нарис.8.2.

Рис.8.2.Расчетная схема водозабора с плоским затвором

 

В соответствии со СНиП 2.04.02-84* [12] размеры водоприемных отверстий следует определять по средней скорости втекания воды в отверстия (в свету). Допустимые скорости втекания в водоприемные отверстия без учета требований рыбозащиты при средних условиях 0,6 м/с.

Низ водоприемных отверстий должен быть расположен  не менее 0,5 м выше дна водотока или водоема, верх – не менее 0,2 м от нижней кромки льда.

При максимальной толщине льда 0,92 м и минимальном уровне УМО=8,6 м, отметка верха водозабора принимается 7,4 м.

Площадь отверстия находится по формуле  ωотв=Qmax/v.

Qmax- максимальный расход водопотребления, берется из п.2.1.2как максимальный расход для периода наиболее интенсивного использования воды на орошение  4,8 м3/с, 
v=0,6 м/с -скорость прохождения потока через отверстие.

ωотв= 4,8/0,6= 8 м2

Ширина отверстия b задается в пределах 2...3 м; берем 3 м, полная высота затвора h= 8/2=4 м. Так как максимальный расход требуется непродолжительное время, очевидно, что более выгодно устройство двухсекционного водозабора при ширине отверстий 3 м и стандартной высоте 2,5 м.

Отметка порога водозабора 7,4-2,5 = 4,9 м.

Минимальный напор создается при УМО Н=8,6-4,9 = 3,7 м,

Максимальный напор при ФПУ Н= 13,7 – 4,9 = 8,8 м.

Для определения необходимой высоты открытия затвора строится график пропускной способности водозабора.  Максимальный напор округляется до 10 м, минимальный – до 3 м (так, чтобы вошел весь диапазон проектных напоров, с запасом). Максимальный расход для одной секции берется 4,8/2 = 2,4 м.

Вычисления для построения графика проводятся в табл. 8.1. График высоты открытия затвора при разных напорах для диапазона Нmin¸Hmax  строится на рис.8.3.

 

 

hз=ωi/b, м.

Таблица 8.1

Расчет высоты открытия затвора водозабора

Н, м	Q,м3/с	ωотв	hз, м
3	1	0,21	0,07
	2,4	0,52	0,17
10	1	0,12	0,04
	2,4	0,28	0,09

 

 

 

 

Рис.8.3. График зависимости расхода от высоты открытия затвора при разных напорах

 

Расчетная схема  отстойника приведена на рис.8.4.

 

Рис.8.4. Расчетная схема отстойника

 

Объем камеры отстойника в первом приближении принимается Wотст=Qmax/v;

где Qmax - расход максимального водопотребления по одной секции 2,4 м3/с;

v - средняя продольная скорость потока при осаждении взвешенных наносов, принимаемая в пределах 0,2¸0,4 м/с (в расчетах берем 0,2 м/с);

Wотст= 2,4/0,2= 12 м2.

Ширина камеры отстойника Вотст  зависит от ширины водозабора (подводящего канала), для уменьшения скорости в отстойнике принимается больше в n раз (на практике n =2¸3, принимаем п=2).

Вотст=2b, где b –общая ширина секции водозабора, м.

Вотст=2×2,5= 5 м.

Глубина отстойника homcm= Wотст /Вотст= 12/5 = 2,4 м.

Одна из важных характеристик отстойника - его проточностъ,  время, в течение которого вода в камере будет полностью заменена другой и происходит отстаивание наносов.

Время осаждения наиболее мелкого зерна из осаждающихся наносов при гидравлической крупности частицыωчаст.мин=0,05 м/с определяется по формуле

t=hотст/ωчаст.мин=2,4/0,05=48 с.

Длину камеры отстойникаlопределяют по расчетному времени осаждения наносов с заданной наименьшей гидравлической крупностью осаждающихся частицωчаст.мин

l=vt=0,2×48=9,6 м.

Если сделать камеры длиной l, то после небольшого времени осаждения объем ее за счет заиления уменьшается и в канал будут поступать наносы с крупностью больше ωчаст.мин. Поэтому объем камеры обычно делают больше на величину допустимого объема заиления L=kl, где k= 1,2¸1,5. Принимаем в расчетах k=1,5.

L=kl=1,5×9,6=14,4 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ

В состав участников проектируемого ВХК р.Исеть – пос. Каменка  входят: химическая промышленность, сельское хозяйство (орошение), охрана природы. Учитывая требования участников ВХК с целью регулирования стока р. Исеть для покрытия дефицитов водопотребления в период межени планируется устройство водохранилища в створе пос. Каменка. Также планируется использовать водохранилище для удержания паводкового стока с целью предотвращения затопления территорий в нижнем бьефе.

Учитывая перспективы экономического развития района, в проекте водохозяйственного использования учтен дополнительный объем водохранилища.

 

Основные характеристики водохранилища

	УМО	НПУ	ФПУ
Отметка, м	8,6	13,0	13,7

Проектируемые гидротехнические сооружения:

- земляная плотина;

- паводковый водосброс;

- донный водослив;

- водозабор промышленного предприятия;

- самотечный водозабор с плоским затвором для орошения с отстойником.

1. Земляная плотина

Тело плотины из супесчаного грунта, основание – супесь.

Отметка гребня плотины 15,50 м. Высота плотины 15,50 м, заложение откосов: верхового 1:3,0, низового 1:2,5.Ширина по гребню плотины 10 м.

2. Паводковый водосброс

Водослив с широким порогом, отметка порога 10,76 м. Водосливной фронт разделен на 8 отверстий шириной 5,0 м, высотой 6м. Пропуская способность всех отверстий при НПУ Q=224м3/с, при ФПУ  Q = 336 м3/с.

3. Донный водослив сечением 1,0х1,25 м, пропускная способность при НПУ и максимальном проектном уровне в нижнем бьефе 6 м Q=9,20 м3/с, при ФПУ  Q =11 м3/с.
4. Водозабор промышленного предприятия типовой конструкции. Оголовок водозабора выносится в водохранилище, из оголовка вода по самотечным трубам подается к береговому колодцу, совмещенному с насосной станцией первого подъема. Максимальный расход водозабора 2,91 м3/с.

5. Самотечный водозабор с плоским затвором для орошения с отстойником.

Водозабор двухсекционный, ширина секции 2 м, высота 2,5 м, отметка порога водозабора 4,9 м.Отстойник с шириной камер 5 м, глубиной 1,5 м, длиной 15 м.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И СПРАВОЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ

1. Арсеньев А.Г. Основы водохозяйственного проектирования. Учебное пособие.–Л.изд.ЛПИ(ЛГМИ), 1985 –108 с.
2. Арсеньев Г.С. Основы управления водными ресурсами водохранилищ. Учебное пособие., – СПб,: Изд.РГГМУ. 2003 – 78 с.
3. Арсеньев Г.С. Основы управления гидрологическими процессами: водные ресурсы. Учебник. –СПб,: изд.РГГМУ. 2005-231 с.
4. Большакова В.В., Иванов А.Н. Сборник задач по гидрометрии, инженерной гидрологии и регулированию стока. Учебное пособие для строительных вузов.М.Высшая школа, 1975 – 184c .
5. Бузин В.А. Опасные гидрологические явления. Учебное пособие. – СПб: изд.РГГМУ,2008.-228 с.
6. Гинко С.С. Основы гидротехники. Гидрометеоиздат. Ленинград, 1958 -363 с.
7. Маркин В.Н., Раткович Л.Д., Соколова С.А. Разработка водохозяйственных мероприятий в бассейне реки. Учебное пособие. – М,:МГУП, 2009.- 100 с.
8. Методические основы водохозяйственных расчетов при проектировании водохозяйственных систем:  Учебное пособие/Л.Т.Раткович, С.А.Соколова/Московский государственный университет природообустройства,2002-119 с.
9. Методические рекомендации по расчету местного размыва у опор мостов, Минтранс,СоюзДорНИИ,  М, 1988.
10. Орлов В.Н., Сикан А.В. Основы инженерной гидрологии. Учебное пособие, – СПб:РГМУ,2003.-187 с.
11. СанПиН 3907-85.Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ.
12. СНиП 2.04.02.02-84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.,
13. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.
14. СНиП 2.06.03-85 Мелиоративные системы и сооружения.
15. СНиП 2.01.15-90 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов.
16. СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов.
17. СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения.
18. СП 33-101-2003 Определение основных расчетных гидрологических характеристик.
19. Справочник. Водное хозяйство. Под ред,  Бородавченко И.И. – М,: Агропромиздат.,1988.
20. Стандарт предприятия. Методика расчета гидрологических характеристик техногенно-нагруженных территорий. СТП ВНИИГ 210.01.НТ-05/СПб:ОАО ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева., 2005 -107 c.
21. Фащевский Б.В. Экологическое обоснование допустимой степени регулирования речного стока. – Мн.: БелНИИНТИ, 1989.
22. Методика  расчета водохозяйственных балансов водных объектов 
    (утв. приказом МПР РФ от 30 ноября 2007 г. N 314).
23. Ладенко, С.Ю. Проектирование водохозяйственных систем.: учебно-методическое пособие к курсовой работе – СПб.:СПГУВК, 2011.