Водный транспорт леса
Целью работы является закрепление теоретических знаний по дисциплине “Водный транспорт леса”, развитие умения самостоятельно применять теорию при решении задач. Со- держание курсовой работы предусматривает комплексное решение для отдельной временно- судоходной реки всех основных вопросов организации первоначального лесосплава. Техно- логический процесс лесосплава в курсовой работе оканчивается в устье реки.
1.Гидрологическая и лесотранспортная характеристика
лесосплавного пути на трассе проектирования
1.1.Гидрологические расчёты в створе реки водомерного поста
Лесотранспортную способность временно-судоходных рек рассчитывают для маловод- ных лет 90%-ной обеспеченности. Объём лесохранилища и длину пыжа рассчитывают для средней обеспеченности 50% и маловодных 90%. Силы, действвующие на опоры запани, рассчитывают при максимальных расходах воды 10%-ной обеспеченности в створе запани.
В курсовой работе площадь водосбора реки F определяется :
F=F п3 +F бу4 +F п2 +F бу3 +F п1 +F бу2 +F бу1 ,
где F п3 ,F п2 ,F п1 -площадь водосбора притоков ,км 2 ;
F бу4 ,F бу3 ,F бу2, F бу1 -площадь водосбора бесприточных участков,км 2 .
F =170+520+230+555+300+565+660=2800 км 2
Гидрологические характеристики в створе
для среднегодовых расходов воды, С v ср
для среднемаксимальных расходов, С v max
для среднегодовых расходов воды, С s год
для среднемаксимальных расходов, С s max
5. Расчётный процент обеспеченности гидрологических
для среднегодового расхода, Ф ср /3/
для среднемаксимального расхода, Ф max
для среднемаксимального расхода
Средний годовой расход воды Q ср , определяют делением суммы всех расходов за период наблюдения на колличество лет:
Аналогично определяется средний максимальный расход Q мax :
где å Q г,å Q max -сумма наблюдений среднегодовых и максимальных расходов воды в створе
Коэффициент вариации С v , средних и максимальных расходов воды за период наблюдений определяют по зависимости /3,стр.26/:
где k i -модульный коэффициент годового стока, вычисляемый для каждого члена ряда по
n -число членов исследуемого ряда .
В курсовой работе коэффициенты вариации средних годовых расходов определяется:
где 0.0324;0.72-приняты по итогам расчётов (табл.1.2).
Коэффициенты асимметрии C s принимаются /2,стр.8/:
В курсовой работе они определяются:
-для средних годовых расходов
-для максимальных расходов
C s,max =2 С v,max =2*0.206=0.412
Среднегодовые расходы воды 50,90 и 10%-ной обеспеченности определяют в следую-
где K p% -модульный коэффициент, определяется по формуле /2,стр.8/:
где Ф р% — параметр Фостера-Рыбкина для соответствующих значений С s и P%.
Расчёт исходных данных для определения коэффициентов вариации
средних и максимальных годовых расходов воды в створе водомерного поста.
Для средних годовых расходов
Для средних максимальных расходов
å Q гi =547.4 å =18 å =0 å =0.0324 å Q max =6045 å =18 å =0 å =0.72
Модульные коэффициенты различной обеспеченности К Р% , в курсовой работе
P 50% , К 50% = С v50 *Ф 50 +1=0.044*(-0.013)+1=0.998
Тогда, среднегодовые расходы воды в створе водомерного поста при различной обеспеченности принимают значения:
P 10% , Q 10% = K 10% *Q ma x = 1.272*335.8=427.14
P 50% , Q 50% = K 50% *Q ср =0.998*30.4=30.3
P 90% , Q 90% = K 90% *Q ср =0.944*30.4=28.7
Расчётные данные заносятся в таблицу 1.1
Максимальный расход воды 10%-ной обеспеченности в створе запани определяется по
где F зап -площадь водосбора реки в створе запани, м 2
принимается с графика, (рис.1.1) F зап =2360 км 2 ;
F -общая площадь в створе водомерного поста, F =2800 км 2
1.2. Гидрологические расчёты реки в лимитирующих створах и определение
возможной продолжительности лесосплава
Река разбита на два участка, на каждом из них лимитирующий створ. Для организации первоначального лесосплава необходимо определить в этих створах и створе запани продол-
жительность лесосплава, средние значения поверхностных скоростей течения, ширину рус-ла, глубин и расходов. С этой целью, по данным пункта 2.4 задания нужно вычертить попе-
речный профиль для каждого расчётного створа реки. В каждом створе (на поперечном про-
филе реки) задаться 4-5 расчётными отметками уровней воды и по формуле Шези, вычис- лить для различных значений глубин величин расхода средней скорости течения и ширины русла.
Для каждого створа определяется средняя отметка дна меженного русла Z ср по зависи-
где å Z -сумма всех отметок дна меженного русла в промерных точках (из задания 2.4);
Нижний расчётный уровень воды должен возвышаться над средней отметкой межен- ного русла на 0.5 м , все последующие уровни назначаются через каждые 0.6-0.7 м на лими-
рующих створах и через 1.0-1.2 м в створе запани. Ширина реки В при расчётных уровнях устанавливается в соответствии с масштабом по поперечному профилю.
Площадь живого сечения W для каждого расчётного уровня определяется по следую- щим зависимостям /2,стр.10/.
W 2 =W 1 +0.5(B 1 +B 2 )(Z 2 -Z 1 ), (1.10)
W 3 =W 2 +0.5(B 2 +B 3 )(Z 3 -Z 2 ), (1.11)
W 4 =W 3 +0.5(B 3 +B 4 )(Z 4 -Z 3 ), (1.12
W 5 =W 4 +0.5(B 4 +B 5 )(Z 5 -Z 4 ), (1.13)
Средняя глубина реки для каждого расчётного уровня определяется по отношению /2,стр.11/:
где W,B -площадь живого сечения и ширина, соответствующие расчётному уровню.
Расход воды определяется по выражению /2,стр.11/:
где V -средняя скорость потока, м/с
где С -коэффициент Шези (иногда называют скоростной множитель);
R -гидравлический радиус. Принимается равным средней глубине реки в расчётном
j -уклон свободной поверхности, из задания (табл.2.5).
В свою очередь, коэффициент Шези “ C ” можно определять по формулам Базена, Пав-
ловского, Маннинга. В курсовой работе он определяется по отношению /5,стр.57/:
где n -коэффициент шероховатости, из задания (табл.2.5).
В курсовой работе, площадь живого сечения W определяется:
створ 1, W 1 =57.5*(29.9-29.4)=28.8 м 2 ;
створ 2, W 1 =33.5*(54.5-53.9)=20.1 м 2 ;
створ 3, W 1 =54.0*(39.5-38.5)=54.0 м 2 ;
створ 1, W 2 =28.8+0.5(57.5+62.5)*(30.5-29.9)=64.8 м 2 ;
створ 2, W 2 =20.1+0.5(35.5+35.0)*(55.1-54.5)=40.0 м 2 ;
створ 3, W 2 =54.0+0.5(54.0+60.0)*(40.5-39.5)=111.0 м 2 ;
По аналогичным расчётам, используя формулы (1.11;1.12;1.13), имеем данные:
Используя формулы (1.14;1.15;1.16;1.17), а также значения коэффициента шероховатос-ти n и уклона свободной поверхности j из табл.2.5 задания, определяем для трёх створов и
для всех уровней значения средней глубины h ср , средней скорости потока V коэффициента Шези С и расхода воды Q . Значения ширины реки В при различных уровнях замеряются с профилей створов, с учётом масштаба. В качестве примера, выполним расчёт на отметке
уровня Z= 29.9 м створа 1, на отметке Z =54.4 м створа 2 и на отметке Z=39.5 м створа запани:
Отметка уровня Z =29.9 м створа 1:
-расход воды: Q=W*V= 28.8*0.32=9.2 м 3 /с
Отметка уровня Z =54.5 м створа 2:
-расход воды: Q=W*V= 20.1*0.47=9.4 м 3 /с
Отметка уровня Z=39.5 м створа запани:
-расход воды: Q=W*V= 54.0*0.43=23.1 м 3 /с
Методика расчётов на всех уровнях аналогична. Итоги расчётов сведены в табл. 1.3.
Расчётные гидрологические характеристики лимитирующих створов
при различных отметках уровней.
По данным вычислений приведённых в табл.1.3 на рис.1.2;1.3;1.4 на попереЀных профилях лимитирующих створов строятся графики зависимостей Q=f(z),V=f(z),h ср =f(z)
Для расчёта возможной продолжительности периода лесосплава необходимо определить минимально допустимые глубины для молевого и плотового лесосплава /2,стр.11/:
где d max -максимальный диаметр круглых лесоматериалов, d max =0.55 (из задания 1.9);
-относительный объёмный вес лесоматериалов, =0.85;
-донный запас при молевом сплаве, =0.1 м
где Т -осадка сплоточных единиц, из задания (п.3.1), Т =1.2;
-донный запас при плотовом лесосплаве, = 0.2 м
На поперечном профиле (рис.1.2) от отметки Z ср следует отложить допустимые глубины для молевого (h мол ) и плотового ( h пл ) лесосплава, провести горизонтальные линии до пересе- чения с графиком зависимости Q=f(z) и определить минимальные сплавные расходы Q мол и
Z мол =29.4+0.57=29.97 м ; Z пл =29.4+1.4=30.8 м
Затем эти расходы переносят на гидрографы соответствующих створов. Для построения гидрографов необходимо определить среднедекадные расходы воды 50 и 90%ной обеспечен-
ности в расчётных створах.
В створе №1, с (рис.1.2) Q мол.1 =12.5 м 3 /с
В створе №2, с (рис.1.3) Q мол.2 =8 м 3 /с
В дальнейшем строим гидрографы лимитирующих створов Q=f(z). С этой целью опре- деляем среднедекадные расходы воды года заданного процента обеспеченности в расчётных
где K дек — модульный коэффициент декадного стока по данным водомерного поста (п.2.2 зада-
Q рс — среднегодовой расход воды года заданного процента обеспеченности в расчётном
где Q p%ВП — среднегодовой расход воды года заданной обеспеченности в створе водомерного
F рс ,F — соответственно площади водосбора реки в створах расчётном и водомерного поста
F рс ,F принимаются по графику, рис.1.1.
Расчёты среднедекадных расходов воды в лимитирующих створах производят для треть-ей декады апреля, трёх декад мая и трёх декад июня. Среднедекадные расходы расходы в ли- митирующих створах №1 и 2 определяют для лет 90%-ной обеспеченности, а в створе запа-ни-для 50%-ной и 90%-ной.
На гидрографах в створах №1 и 2 отмечают среднюю дату начала лесосплава (п.1.10 задания)
В курсовой работе, среднегодовой расход воды 90%-ной обеспеченности лимитирующе-
го створа № 1, определяется:
Среднедекадный расход воды 90%-ной обеспеченности для третьей декады апреля в створе
№ 1, определяется по формуле/1.22/:
где К дек — модульный коэффициент декадного стока в третьей декаде апреля, 90%-ной обеспе-
ченности, по данным водомерного поста (п.2.2 задания, К =2.2).
Остальные расчёты аналогичны, их результаты сведены в табл.1.4. для построения гидрогра-
По расчётным данным табл.1.4. строятся гидрографы створов, (рис.1.5;1.6;1.7).
Плотовой лесосплав можно проводить от даты начала лесосплава до даты соответствую-
щей точке пересечения Q пл с гидрографом. Этот период на реках первоначального лесоспла-
ва принимают в пределах 6-15 суток, но не более возможной продолжительности плотового лесосплава Т пл полученной расчётом.
Молевой лесосплав в створе № 1 начинается сразу после окончания плотового и возмо-жная продолжительность его ограничивается датой, соответствующей точке пересечения ми-
нимального расхода Q мол с гидрографом.
В лимитирующем створе № 2 молевой лесосплав начинается с первого дня лесосплава
(п.1.10 задания). Если горизонтальная линия Q мол расположена ниже гидрографа и не пересе-кается с ним, дата возможного окончания молевого лесосплава будет соответствовать пос-леднему дню июня. Значения расчётных параметров в лимитирущих створах, установленные
по графикам на рис.1.2. и 1.3, заносятся в табл. 1.5.
Ширина реки в начале периода плотового лесосплава В нп измеряется на поперечном про-филе по расходу Q нп , полученному на гидрографе рис.1.5. и перенесённому на кривую зави-симости Q=f(Z) на рис.1.2.
Ширина реки в конце периода плотового лесосплава находится аналогично по расходу
соответствующему дате фактического окончания плотового лесосплава.
Ширина реки при молевом лесосплаве, а также среднее по живому сечению скорости ре-
ки как для плотового , так и молевого лесосплава в створе № 1, определяются по этому же
Расчётные параметры для молевого лесосплава в створе № 2 определяются по гидрогра-фу, поперечному профилю и кривым, постренным для этого створа.
Значения расчётных параметров в створах № 1,2 по данным примера.
Источник