2332

2

УДК 630*385

Гидротехнические сооружения в садово-парковом строительстве [Текст]: методические указания к выполнению лабораторных занятий для студентов по направлению подготовки 250203 – садово-парковое и ландшафтное строительство / П.Ф. Андрющенко, А.Н. Дюков, Е.А. Михина, Т.А. Малинина; М-во образования и науки РФ, ФБГОУ ВПО «ВГЛТА» .- Воронеж. 2013 . - с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФБГОУ ВПО «ВГЛТА»

3

Введение

В жизни и хозяйственной деятельности человека вода имеет исключительно большое значение. Вода используется в самых разнообразных целях: для орошения земель, получения энергии, водоснабжении, судоходства, гидромелиорации ландшафта.

Гидротехнические сооружения в садово-парковом строительстве имеют давнюю историю. Первая каменная плотина, о которой дошли до нас сведения, была построена в Египте за 4000 лет до н.э. Во многих городах древнего мира существовали водопроводы.

Водяные мельницы на Руси описываются в памятниках письменности XII века. Гидротехнические сооружения, созданные в XVIII веке русскими гидротехниками, выдержала испытание веков. Многие плотины, простояв столетия, продолжают действовать и в настоящее время.

Советские гидротехники создали свою гидротехническую школу. Им впервые удалось успешно решить целый ряд сложных проблем: создать оригинальные конструкции бетонных и железобетонных плотин и зданий гидроэлектростанций с высокоэффективным устройством нижнего бъефа, позволяющим пропускать большие удельные расходы.

Подготовленное методическое указание к выполнению лабораторных занятий для студентов изучающих курс гидротехнические сооружения в садово-парковом строительстве будет способствовать углубленному пониманию вопросов связанных с определением основных характеристик стока, определения максимальных расходов стока при наличии материалов наблюдений и их отсутствии, критических и сопряженных глубин водного потока, что положено в основу проектирования и расчета гидротехнических сооружений: быстротока, одноступенчатого и многоступенчатого перепада, сооружения в виде водопропускной трубы с шахтным колодцем или трубчатого водовыпуска, фонтана и ряда других сооружений.

1. Форма и содержание лабораторных занятий

Рекомендуется выполнять после изучения и проработки лекционного материала, рекомендуемой литературы, методических указаний к выполнению практических занятий, курсового проектирования.

В ходе выполнения лабораторных занятий студент должен получить знания и навыки использования методики для определения параметров гидротехнических сооружений для проектирования.

4

2. Методические указания для выполнения лабораторной работы

2.1Тема лабораторной работы

2.2 Цель лабораторной работы

Целью лабораторной работы и изучения дисциплины является теоретическая и практическая подготовка студентов по рациональному использованию водных ресурсов при благоустройстве всех видов территорий в результате проектирования и строительства гидротехнических сооружений.

Для достижения поставленной цели студент должен выполнить следующую работу:

-ознакомиться с общими вопросами организации и производства гидротехнических сооружений в садово-парковом строительстве;

-изучить теоретические вопросы проектирования гидротехнических сооружений: осушение, орошение, фонтаны, перепады, быстротоки, водоемы, каналы, подпорные стены и т.д.;

-усвоить, что формирование гидропластики ландшафта немыслимо без воды и гидротехнических систем больших и малых форм, создающих кроме всего, совй микроклимат, влияющих на фенологические фазы растений, эмоциональное состояние человека.

2.3 Методика выполнения лабораторных работ

2.3.1 Определение основных характеристик стока

Стоком называется движение воды по поверхности земли, а также в толще почв и горных пород в процессе круговорота ее в природе.

1.Расход Q – объем воды протекающей через поперечное сечение водотока

вединицу времени , м3/с.

2.Средний расход Qср. – расход воды водотока за определенный период (сутки, месяц, год и т.д.) , м3/с.

5

где ∑Qi - расход воды, n – расчетный период.

3. Объем стока Wc – объем воды, стекающей с водосбора за определенный интервал времени (сутки, месяц, год и т.д.) , м3.

Wc = Q t ,

где Q – средний расход воды, м3/с; t – время расчетного периода, с (в сутках t = 86400

с).

4. Модуль стока q – количество воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени, л/с с 1 га или м3/с с 1 км2

qQ F

где Q – расход воды в водотоке, л/с ; F – величина водосборной площади, га.

5. Слой стока – hст - количество воды, стекающее с водосбора за определенный интервал времени, равное толщине слоя воды, равномерно распределенной по площади водосбора.

1000 hст Wc F

где Wc - объем стока м3; F – площадь водосбора, м2 .

6. Годовой слой стока (мм/год) по модулю стока можно вычислить по зависимости:

hст = 3154 q,

где q – среднегодовой (или средний за период) модуль стока, л/с с 1 га.

7.Коэффициент стока – K – отношение величины (объема или слоя) стока

кколичеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших сток:

K C

O

Где С – величина стока; О – величина осадков.

8.Норма стока - средняя многолетняя величина стока.

6

Задание

Определить основные единицы стока реки Дон, г. Задонск (водомерный пост) за январь 2001 г.

S пл. - водосбора 150 (F) тыс. км2. Qcр. – составляет 137 м3/с

Определить основные характеристики стока.

`

2.3.2 Определение максимальных расходов стока при наличии материалов наблюдений

Общие принципы расчета максимальных расходов воды

Максимальные расходы воды малых рек и временных водотоках являются очень важным элементом режима. Определение максимальных расходов необходимо для расчета водосбросных отверстий плотин и запруд, отверстий железнодорожных и шоссейных мостов, труб и многих других гидротехнических сооружений. Прохождение максимальных расходов нередко связано с разрушением ГТС, если расчетная величина максимума и его повторяемость не были определены с достаточной достоверностью при составлении проектов этих сооружений. С другой стороны, преувеличенная расчетная величина максимального расхода значительно удорожает стоимость сооружения. Как правило, стоимость водосбросных сооружений от всего гидротехнического сооружения составляет от 50 до 100

%.

Зачастую данных наблюдений за стоком оказывается недостаточно или они полностью отсутствуют. Поэтому максимальные расходы воды в большинстве случаев определяются не по данным гидрометрических наблюдений, а косвенным путем – по метке высоких вод, реке аналогу или по эмпирическим формулам.

При расчетах ГТС также необходимо решить, какой из максимумов в данном водотоке является расчетным, т.е. наиболее высоким – снеговой, дождевой или смешанный. ГТС рассчитываются на пропуски максимальных расходов определенной обеспеченности.

Обеспеченность расхода (или уровня) показывает вероятность появления или превышения данного расхода и вычисляется в процентах (до 100 %). Например, с вероятностью 100 % можно утверждать, что в непересыхающих водотоках будет постоянно наблюдаться движение воды.

Обеспеченность наглядно характеризуется кривой обеспеченности (рис. 1).

7

Рис. 1 График обеспеченности расхода

Расчет максимальных расходов стока при наличии материалов наблюдений

Вследствие большой изменчивости расходов для построения кривой обеспеченности необходимо иметь достаточно продолжительный ряд наблюдений. Вполне достоверный результат можно получить при наличии ряда наблюдений не менее 30-50 лет. Однако в практике гидрологических расчетов, особенно при проектировании осушения земель в удаленных районах, не всегда есть возможность использовать длительные наблюдения.

Всвязи с этим приходится ограничиваться наблюдениями за 12-15 летний периоды.

Воснову обработки положены методы математической статистики. Расходы

разных лет (Qn) располагают по мере убывания их величины. Определяют среднеарифметическую величину расхода Qср.

Зная среднее значение расхода, вычисляют модульный коэффициент К, который определяется как отношение величины Q расхода каждого из членов ряда к среднему значению Qср.

K Qn

Qср

По формулам эмпирической частоты определяют обеспеченность Р% m 0.3 100 ,

P% N 0.4

где m – порядковый номер, N – число наблюдений.

Задание.

Река Потудань, ( (F= 583 км2) средние расходы за период 1964-1978 гг. Опреде-

8

лить обеспеченность максимального расхода Qср. - %.

Пример расчета

2.3.3 Определение максимальных расходов стока при отсутствии материалов наблюдений

При отсутствии материалов наблюдений для построения теоретической кривой обеспеченности вычисления, производят по формуле

Qр% = (Фр%·Сv + 1) Qср,

где Qр% - расход воды данной обеспеченности

Фр% - отклонение ординат кривой от середины (число Форстера) Сv – коэффициент вариации, равный

C

(K 1)2

N

Кривая обеспеченности обычно ассиметрична относительно среднего значения. При небольших коэффициентах вариации для снеговых максимумов коэффициент ассиметрии равен Сs = 2 Сv; для дождевых Сs = 4Сv.

Повторяемости (h) (через число лет) любого обеспеченного расхода опреде-

9

ляется при условии Р до 50 %.

Задание

Река Потудань, F = 589 км2

Определить обеспеченность максимального расхода Qp %.

Пример расчета

Qp %. = (Фр% Сv + 1) Qср.

Где Фр% - число Форстера,

Сv - - коэф. вариации ± 0,3

Qср. – 3.82 м3/с

2.3.4 Определение критической глубины водного потока

При плавно изменяющемся установившемся неравномерном движении полная удельная энергия потока, рассмотренная относительно плоскости, проведенной через наинизшую отметку дна, есть удельная энергия сечения (рис.2 ).