3572

2

УДК 630*237

Михин В.И. Гидротехнические мелиорации. Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 35.03.01 – Лесное дело/ В.И.Михин, Е.А.Михина, Т.А.Малинина, Т.П.Деденко. – Воронеж, 2018. – 32 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО

Рецензент: проф. кафедры землеустройства и ландшафтного проектирование

ФГБОУ ВО «ВГАУ» имени императора Петра I доктор с.-х. наук . В.Д. Постолов

Ответственный редактор, заведующий кафедрой лесных культур, селекции и лесомелиорации ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» д.-р. с.-х. наук В.И. Михин

Методические указания могут быть использованы при обучении слушателей по соответствующим программам дополнительного профессионального образования.

© Михин В.И., Михина Е.А., Т.А.Малинина, Т.П.Деденко, 2018 © ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический

университет имени Г. Ф. Морозова»

3

Оглавление

Введение………………………………………………………………………4

1.Гидравлика………………………………………………………………6

1.1. Гидростатика………………………………………………………….6 1.1.1.Физические свойства жидкости……………………………………..6

Контрольные вопросы для самопроверки……………………………..10 1.2. Гидродинамика…………………………………………………………11 1.2.1. Поток и его элементы………………………………………………..11

1.2.2.Уравнение Д.Бернулли, истечение через отверстия и насадки……..12

1.2.3.Равномерное движение жидкости в открытых руслах………………18

1.2.4. Водосливы………………………………………………………………20

Контрольные вопросы для самопроверки…………………………….23 2. Гидрология и гидрометрия……………………………………………..24 2.1. Определение объёма, коэффициента и модуля расхода………………25 2.2. Построение графиков частоты и обеспеченности…………………..27

2.3. Определение скоростей и расходов гидрометрической вертушкой…30

Контрольные вопросы для самопроверки……………………………..32

Библиографический список…………………………………………….33

4

ВВЕДЕНИЕ

Мелиорации оказывают влияние на составные элементы ландшафта и прежде всего на почву, водные ресурсы, флору и фауну, условия жизни и здоровье людей, санитарно-эпидемиологическую обстановку территорий.

Наибольшая эффективность мелиораций достигается при комплексном их применении, а именно: когда орошение сочетается с дренированием земель, а осушение - с периодическим орошением; когда гидромелиорации сочетаются с правильной организацией труда, с высоким уровнем агротехники, внесением необходимых доз удобрений и т.д.;

закрепление крутых склонов и оврагов - с устройством многоотводных каналов и валов, лотков и перепадов с лесными посадками и залужением;

устройство прудов и водохранилищ - с орошением земель и рыборазведением; осушением земель - с известкованием почв и комплексом культуртехнических работ; освоение и промывка засоленных земель - с

мелиоративной вспашкой, гипсованием, подбором культур - освоителей.

Кроме того, для правильного освоения орошаемых, осушенных и эродированных земель большое значение имеют правильный выбор вида и сорта культур и чередование их в севооборотах обычного и специального назначения, а также экономики и организации сельскохозяйственного производства.

При помощи гидротехнических мелиораций водному хозяйству лесных предприятий придается комплексный характер, то есть водные ресурсы используются для регулирования влажности почв на лесных и сельскохозяйственных землях, обводнения, противопожарных мероприятий,

водного транспорта, улучшение санитарно-гигиенических и эстетических свойств лесных площадей. Отсюда понятно, как велико значение дисциплины «Гидротехнические мелиорации».

Для успешной производственной деятельности студенты должны самостоятельно научиться правильно использовать водные ресурсы в

участвовать в разработке проектов мелиорации; устраивать простейшие мелиоративные системы.

Самостоятельному изучению курса должно предшествовать также самостоятельному изучению тесно связанных с ним дисциплин: геодезии,

лесной метеорологии, почвоведения, лесоводства, лесной таксации и лесоустройства, лесных культур. Кроме того, для успешного освоения

специальных частей курса необходимо детально изучить вопросы

гидравлики, гидрологии, гидрометрии, а также осушения, оводнения и орошения.

6

1. ГИДРАВЛИКА

Гидравликой называется наука изучающая законы равновесия и движения жидкостей и разрабатывающая способы применения этих законов к решению различных практических задач.

Гидравлика делится на две составные части: гидростатику и гидродинамику. Гидродинамикой называется та часть гидравлики, в

которой изучаются законы движения жидкостей. Гидростатикой называется та часть гидравлики, в которой изучаются законы равновесия и покоя жидкостей. На законах гидравлики основаны расчёты каналов,

гидротехнических сооружений, водопроводов, водосбросов, ступенчатых перепадов и т.д.

1.1. Гидростатика

1.1.1.Физические свойства жидкостей Жидкость как всякое материальное тело обладает физическими

свойствами. При изучении этого раздела следует особо остановиться на свойствах, лежащих в основе узловых закономерностей и процессов гидравлики: объёмный вес, объёмная масса, плотность, сжимаемость,

вязкость.

Примеры решения задач

Пример 1.

Объём воды равен W = 0,9 м3 объёмный вес γ = 997 кг/м3 = 0,997

т/м3. Необходимо определить вес воды, G = ?

Решение: G = W * γ = 0,9 * 0,997 = 0,8973 т

(Ответ: G = 0,8973 т)

γ = 76,5 * 9,81 = 750 кг/м3

(Ответ: γ = 0,75 т/м3)

Пример 3.

Определить полное, избыточное и маномитрическое давление в точке А, находящейся на глубине h = 2 м под свободной поверхностью. Жидкость – пресная вода. На свободную поверхность действует атмосферное давление Ра.

Решение:

1.Полное гидростатическое давление определяем по формуле:

Р= Ро + γ h,

где: Ро = Ра = 1,03 * 105 Па; γ = 0,001 кг/см3; h = 200 см,

т.е.

Р= 1,03 + 0,001 + 200 = 1,23 * 105 Па

2.Избыточное гидростатическое давление по формуле:

Риз = Р – Ра Риз = 1,23 * 105 – 1,03 * 105 = 0,2 * 102 Па

3. Манометрическое давление по формуле: Рм = Р – Ра

Рm = 1,23 * 105 – 1,03 * 105 = 0,2 * 102 Па

(Ответ: Р=1,23 * 105 Па; Риз = Рм = 0,2 * 102 Па)

8

Пример 4.

Определите все виды гидростатического давления в баке с нефтью на глубине h = 3 м, если на свободной поверхности нефти давление с учётом

атмосферного, Ро = Рm + Ра = 2,03 * 105 Па. Вес единицы объёма нефти γ = 0,9 т/м3.

Решение:

1. Полное гидростатическое давление:

Р = Ро + γh = 2,03 * 105 + 0,9 * 3 = 4,7 * 105 Па

2. Избыточное гидростатическое давление:

Риз = γ h = 0,9 * 3 = 2,7 т/м3

3.Манометрическое давление внутри жидкости на глубине 3 м:

Рm = Р – Ра = 22,7 – 10,0 = 12,7 т/м2 = 1,27 кг/см2 = 1,3 * 105 Па

4.Манометрическое давление над свободной поверхностью:

Рm = Ро – Ра = 20 – 10 = 10 т/м3 = 1 кг/см2 = 1,03 * 105 Па

Пример 5.

В закрытом сосуде с водой давление на свободную поверхность (с

учетом атмосферного) равно Ро = 1,25 * 105 Па. На какую высоту поднимется вода в пьезометре, сообщающемся с сосудом на глубине h = 3

м под свободной поверхностью.

Решение:

Пьезометрическую высоту определим:

Ро + γ h = Ра + γ hр; hр = (Ро + γ h - Ра) /γ;

hр = (1,25 * 105 Па + 0,001 * 300 - 1,03 * 105 = 550 см = 5,5 м. (Ответ: hр = 5,5 м)

Пример 6.

В сосуде А часть воздуха выкачана и давление в нём Рраз = 0,6 *

9

105 Па. Сосуд А соединен трубкой с водой в сосуд В, свободная поверхность которой находится под давлением атмосферы. Определить высоту hб.

Решение: Высота водного столба в трубке определяется из уравнения:

hб = (Ра - Рраз) / γ,

где: Ра = 1 * 105 Па; Рраз = 0,6 * 105 Па; γ = 0,004 кг/см2

Подставим эти величины в уравнение и получим:

hб = (1 * 105 Па - 0,6 * 105 Па) / 0,001 = 400 см = 4 м. (Ответ: hб = 4 м.)

Пример 7.

Имеем два сообщающихся сосуда. В первый сосуд налита ртуть h1 =

0,1 м, а во втором сосуде – вода. Определить высоту столба воды hв во втором сосуде.

Решение:

Для ртути γ р = 13,6 т/м3, а д ля воды γв = 1 т/ м3.

Следовательно: 0,1 / hв = 1,0 / 13,6; hв = (13,6 * 0,1) / 1,0 = 1,36 м. (Ответ: hв = 1,36 м.)

Пример 8.

Определить горизонтальную силу Рх, стремящуюся сдвинуть каменную плотину, если длина плотины (ширина стены) в = 5 м и глубина перед плотиной h = 4 м.

Решение:

Сила давления воды на стенку плотины будет:

Р = γ hс * w, т.к. hс = h/m; w = в γ; γ = h/sin α

10

Р = γ h2в/2 sin a,

где: α– угол наклона откоса плотины к горизонту.

Горизонтальная проекция силы давления будет:

Рх = Р * cos (90 –α)

Подставляя вместо Р его значение и заменяя cos (90 – α)= sinα , получим:

Р = (γh2 в sinα )/2 = (1* 42 * 5)/2 = 40 т = 412 *107 Па

(Ответ: Р = 412 *107 Па)

Контрольные вопросы для самопроверки

1.Что называется гидравликой и на какие основные части она делится?

2.В чём состоит производственное значение гидравлики?

3.Какова роль учёных в развитии гидравлики?

4.Что называют объёмным весом жидкости, от чего он зависит и какие его расчётные значения для пресной воды?

5, Что такое плотность жидкости, её формулы?

6.Чем характеризуется сжимаемость жидкости?

7.Что такое вязкость жидкости и её кинематический коэффициент?

8.Какие основные понятия давления: абсолютное,

манометрическое, пьезометрическое?

9.Какие свойства гидростатического давления?

10.Написать основное уравнение гидростатики, объяснить входящие в него величины и практическое применение?

11.Что такое пьезометрическая высота?

12.Как определяются силы гидростатического давления на плоскую стенку?