Защита территории от затопления паводковыми водами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Факультет Строительства и Экологии

Кафедра Техносферная безопасность

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Гидротехнические сооружения»

на тему: «Защита территории от затопления паводковыми водами»

Выполнил: студент группы ПО-16

Дружинина Е.И.

Проверил: преподаватель

Соколов А. В.

Чита, 2019



Введение

Наводнение - явление прохождения значительных расходов воды, вызывающее подъем уровней воды и затопление этими уровнями прилегающих к водному объекту территорий.

Возникает вследствие обильного и сосредоточенного притока воды при снеготаянии и выпадении дождей, а также при загромождении русла льдом (заторы) или шугой (зажоры). В устьях рек наводнения могут быть вызваны ветровым нагоном воды (нагонные наводнения), а на морских побережьях - цунами.

Наиболее значительные по высоте подъемы воды на большинстве равнинных рек наблюдается весной. В горных районах, особенно на малых реках, они нередки и в летне-осенний период. Как результат выпадения интенсивных осадков, а в полкгорных районах с сильно изрезанным рельефом - как результат осадков и снеготаяния.

Причиной наводнений может стать также разрушение водосдерживающих перемычек, дамб, плотин и т. п. К учащению и усилению наводнений приводит вырубка лесов, распашка целинных земель. В большинстве случаев ущербы, наносимые, затоплением, обусловлены грубым нарушением правил застройки и сельскохозяйственного освоения земель. Большие наводнения связаны с крупными материальными ущербами и человеческими жертвами.

При строительстве водохранилищ и территориальном перераспределении стока возникают подтопления. Наиболее значительные территории попадают в зону подтопления главным образом на равнинах.

Наводнение является естественной фазой водного режима реки и при возникновении ущерба, в следствии их возникновения, требуется принятие мер для борьбы с ними.

Для предотвращения наводнений, а также для ослабления их негативных последствий осуществляют регулирование стока гидротехническими сооружениями, проводят агролесомелиоративные мероприятия, повышающие инфильтрационную способность почв на водосборах; важное значение имеет заблаговременный гидроклиматический прогноз. На реках с частыми заторами применяют бомбардировку ледяных заторов.

Основой комплекса мероприятий по защите от наводнений в речных бассейнах сейчас являются инженерные мероприятия, которые обеспечивают наиболее радикальное воздействие на паводки.

Способы борьбы с наводнениями:

1) Уменьшение паводочных расходов или регулирование расходов воды, осуществляемое путем строительства противопаводочных водохранилищ

2) Одамбование (обвалование) может быть односторонним и двусторонним. При одамбовании территории возникает подъем уровней в междуудамбовом пространстве.

3) Повышение отметок защищаемой территории. Этот способ возможен только до начала строительства.

4) Увеличение пропускной способности русла осуществляется путем создания различных расчисток, также осуществляется за счет уменьшения шероховатости русла. Обычно этот способ применим для малых и средних рек.

5) Переброска стока

6) Некоторые специальные приемы снижения опасности наводнений



1 Определение площади затопления

дренажный затопление дамба крепление

Площадь затопления определяется путем разбиения ее на правильные фигуры (прямоугольник, трапеция, треугольник) отдельно для населенного пункта и отдельно для сельскохозяйственных угодий.

S прямоугольника= a * b (1)

a- длина прямоугольника (м);

b -ширина прямоугольника (м).

Sтреугольника= (2)

a - основание треугольника

h- высота треугольника

Площадь населенного пункта рассчитывается путем сложения площадей правильных фигур и перевода их в гектары в соответствии с масштабом плана, площадь данного населенного пункта соответствует форме прямоугольника.

Sпр-ка=5*1,6= 8 га.

Sобщ = 8 га.

Площадь сельскохозяйственного угодья рассчитывается путем сложения площадей правильных фигур и перевода их в гектары в соответствии с масштабом плана, площадь данного сельскохозяйственного угодья была разбита на пять треугольников.

Sтр-ка.1=2*6.8/2 = 6,8 смІ

Sтр-ка.2 = 1,9*7,1/2 = 6,75 смІ

Sтр-ка.3= 3,4*7,5/2 = 12,75 смІ

Sтр-ка.4= 12,7*4,9/2 = 31,12 смІ

Sтр-ка.5= 5,2*6,6/2 = 17,16 смІ

Sобщ = 74,58 га

2 Построение границ затопления территории

Однопроцентная вероятность затопления:

Н1% = N+1,5 =100,4+1,5 = 101,9 м

Пятипроцентная вероятность затопления:

Н5% = N-0,5 = 101,9- 0,5 = 101,4 м

Десятипроцентная вероятность затопления:

Н10% = N-0,5 = 101,4- 0,5 = 100,9 м

Определение уклона местности:

Уклон местности приравниваем к уклону водной пгверхности .

Находим уклон реки: i= =

i= 30,6*1=30,6

i==0,0654

Уклон поймы: =0,05997

Определяем отметки уровня затопления по уклону

Таблица № 1

	-1	N	1	2	3
Н1%	100,67	101,9	102,14	102,38	102,62
Н5%	100,9	101,4	101,63	101,88	102,12
Н10%	100,4	100,9	101,13	101,37	101,62

3 Определение расчетного уровня при проектировании защитных дамб

Sтрапеции= = 8,74 мІ 8,74*100=874 м²

S_{прям-ка1}=874+874=1748 м²

S_{прям-ка2} = 7,2*100 = 720 м² 1748/720=2,42м²

РУВ = 101,9+2,42 = 104,32

4 Определение параметров волн и отметки гребня дамбы

Таблица № 2

Параметры	НПУ
Отметка расчетного уровня (РУВВ), м	104,32
Длина разгона ветровой волны L, м	2400
Угол между продольной осью водоема и направлением ветра , град.	90є
Расчетная скорость ветра Vw, м/с	22
Обеспеченность по накату, %	4%
g*L/V 2w	48,59
g*t/Vw	9621,82
g*h/VwІ	0,0125
g*/Vw	1,3
=	2,92
d =	130,42
= (g*h/ VwІ)* VwІ/g, м	0,057
K1%	2,07
h1% = K1%*	0,1174
d/h1%	110,92
Kr	1,0
Kp	0,9
Ksp	1,0
Krun	2,0
Kj	0,93
K	1,0
krun1% = h1% *kr*kp*ksp*kj*k*krun	0,98
hset = Kw**cos	0,07
Конструктивный запас а, м	0,5
hs = hset+krun1%+a	1,55
Гр = РУВВ+ hs	105,87



5 Конструирование поперечного профиля дамбы

Конструктивные решения поперечного профиля должны обеспечить устойчивость дамбы и ее основания при всех возможных условиях строительства и эксплуатации, а также нормальную работу противофильтрационных и дренажных устройств и всего сооружения в целом.

Размеры поперечного профиля зависят от типа дамбы, ее высоты, характеристик грунта тела дамбы и ее основания, а также условий строительства и эксплуатации.

Гребень дамбы конструирует из условий производства работ и эксплуатации дамбы. Проезд по гребню дамбы не предусмотрен, поэтому ширину по гребню принимаем в размере 4,5 м .

Откосы дамбы должны быть устойчивыми во время её строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, волн и пр. Коэффициенты заложения откосов предварительно назначают по рекомендациям, а также опыту строительства и эксплуатации дамб-аналогов; затем их устойчивость проверяют специальным расчётом.

Заложение откосов верхового и низового принимаем по виду грунта тела дамбы (гравий) и по высоте дамбы. Грунт основания дамбы - песок. Мощность основания фильтрующего слоя Т равна 5,0 м.

Заложение откосов:

mв = 2,3 м; mн = 1,75 м

Определяем величину основания дамбы:

Bg = (mв * Нg + Вгр *mн) + Нg (6)

где Нg - высота дамбы (5 м); Вгр - ширина по гребню

Bg =(2,3*8,9+8,9*1,75)+4,5 =42,32 м.



6. Фильтрационные расчёты дамбы

При выполнении фильтрационных расчётов определяют положение депрессионной кривой, фильтрационный расход воды через тело дамбы и её основание, скорости и градиенты напора в теле дамбы.

Способы и схемы фильтрационных расчётов с большой надёжностью разработаны для дамб, расположенных на водонепроницаемом основании. Под водонепроницаемым понимают такое основание, коэффициент фильтрации которого по сравнению с коэффициентом фильтрации дамбы настолько мал, что может быть приведён к нулю. Для дамб, расположенных на водопроницаемом основании, рекомендуется применять приближенный метод Н. П. Павловского.

В приближенном методе расчёт ведут при двух независимых предположениях. Вначале считают, что дамба водопроницаема, а основание водонепроницаемо. Для этой схемы определяют фильтрационный расход через тело дамбы q_Т и строят кривую депрессии. Затем принимают схему, в которой дамбу считают водонепроницаемой, а основание водопроницаемым.

Определение фильтрации через основание дамбы

Определяют фильтрационный расход через основание q_oпо формуле (3):

q_o = K_o * T * (3)

где: К_о - коэффициент фильтрации грунта основания плотины (м/сут);

Т - мощность водопроницаемого основания (м);

Н - действующий напор (м);

В_д - ширина дамбы по основанию (м), определяемая по формуле (4):

В_д = в_гр + m_в * H_д + m_н * H_д (4)

Н_д - высота дамбы (м), рассчитываемая по формуле (5):

Н_д = Н + d (5)

d - конструктивный запас (м);

n - поправочный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения (таблица № 3):

Таблица № 3

Вд / Т	20	5	4	3	2	1
n	1,15	1,18	1,23	1,30	1,44	1,87

Определение фильтрации через тело дамбы

Считаем, что у нас представлена однородная дамба с дренажным банкетом на водонепроницаемом основании. Уравнение для определения фильтрационного расхода в этом случае имеет вид:

q_T = K_T * (6)

где: К_Т - коэффициент фильтрации грунта тела плотины (м/сут);

L_p - длина пути фильтрации (м).

?L = H * в (7)

где: в - коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса, принимаемый равным 0,4.

Общий фильтрационный расход определяется как сумма расходов через дамбу и основание:



q = q_T + q_o (8)

Q_o = q * L_д (9)

L_д - общая длина дамбы (м).

Кривую депрессии строят по уравнению:

у = (10)

Рассчитываем высоту дамбы по формуле (11):

Н_д = 3,5 + 0,5 = 4,0 м;

Определяем ширину дамбы по основанию по формуле (4):

В_д =8,9+2,3*8,9+1,75*8,9 = 42,32 м;

= = 8,46

По таблице № 3 определяем поправочный коэффициент n. N = 1,15.

Фильтрационный расход через основание рассчитываем по формуле (3): q_o = 2,0 * 5,0 * = 0,72 м³/сут.

?L = 0,4 * 3,5 = 1,4 м;

Lp= 26,8 м.

Фильтрационный расход через тело дамбы определяем по формуле (6):

q_T = 5 * = 2,4 м³/сут.

Общий фильтрационный расход рассчитываем по формуле (8,9):

qоб = 2,4 + 0,72 = 3,12 м³/сут;

Q_o = 3,12 * 42,32 = 132,04 м³/сут.

Задаваясь параметрами Х, находим значения У по формуле (10), считая, что ось Х проходит по основанию дамбы.

Х	0	3	6	7	8	9	10	11	12
У	3,5	3	2,5	2,3	2,1	1,9	1,6	1,3	0,8

7. Расчёт крепления откосов дамбы

Крепления выполняются в основном от размыва. Размыв может происходить в виде продольного течения или в результате волнового течения на откос дамбы.

Возникновение волн возможно за счёт возникновения ветровых волн и в результате возникновения судовых волн, если река судоходная.

По заданию река не является судоходной, поэтому будем выполнять расчёт на ветровые волны. Параметры волн определены в результате определения гребня дамбы.

Для защиты верхового откоса земляной дамбы от разрушающего воздействия ветровых волн и размыва рекомендуется крепление следующих видов: каменное, бетонное и железобетонное, асфальтобетонное, биологическое.

Принимаем крепление откоса из камня в виде каменной наброски.

При креплении откосов каменной наброски массу отдельных камней Q находят из условия устойчивости против размывающего действия волн в зоне их обрушения.

Вес одного камня определяем по формуле (11):

Q = (11)

где: г_о - объёмный вес воды с учётом аэрации, принимается 0,95 - 0,98 т/м³;

г_К - объёмный вес камня, зависит от того, какая порода камня применена 2,3 - 2,7 т/м³;

h - расчётная высота волны (м);

л - расчётная длина волны (м);

m_В - коэффициент заложения верхового откоса, где действует волна.

Q = = 0,0058 т.

Зная массу камня, его диаметр, приведённый к диаметру шара, можно определить следующим образом:

D = (12)

D = = 0,1687 м.

Толщину крепления откоса камнем принимают не менее трёх его диаметров:

t_кр = 2,75 * D (13)

t_кр = 2,75 * 0,1687 = 0,45 м.

Под креплением из каменной наброски предусматривают однослойную подготовку из щебенистого материала. Толщину подготовки принимают в зависимости от высоты волны.

Низовой откос крепят посевом трав по растительному слою грунта толщиной 0,2 - 0,3 м или отсыпкой гравия (щебня) слоем толщиной 0,2 м.

8. Противофильтрационные и дренажные устройства

Противофильтрационные устройства проектируют из грунтовых и негрунтовых материалов. Конструктивно их выполняют в виде экрана, понура, ядра, диафрагмы и др.

При проектировании противофильтрационных устройств необходимо обеспечить их сопряжение друг с другом, с основанием по подошве и в береговых примыканиях, то есть создать сплошную противофильтрационную завесу.

Для земляных насыпных дамб толщину грунтового экрана и ядра по верху назначают из условия производства работ, но не менее 0,8 м с постепенным утолщением к низу.

Дренаж проектируют в следующих целях: организованного отвода воды, фильтрующейся через тело и основание дамбы в нижний бьеф, предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос и в зону, подверженную промерзанию, отвода воды, профильтровавшейся через экран, ядро, а также для снятия порового давления, возникающего при сейсмических воздействиях.

В месте контакта дренажа с телом и основанием дамбы предусматривают обратный фильтр для предотвращения вымыва частиц грунта.

При наличии в районе строительства камня дренаж обычно выполняют в виде банкета из каменной наброски, который также служит упором для низового откоса дамбы. Высоту банкета принимают не менее 0,5 м, ширину по верху - из условия производства работ, но не менее 1,0 м. Коэффициент заложения внутреннего откоса обычно составляет 1,0 - 1,5, наружного - 1,5 - 2,0. На заложение внутреннего откоса также влияет расчётное положение депрессионной кривой, которая должна проходить на расстоянии не ближе d_n от низового откоса дамбы, где d_n - максимальная глубина промерзания.

9. Расчёт осадки гребня дамбы

Расчёт осадки гребня дамбы проводят для определения требуемого строительного подъёма дамбы, а также для уточнения объёма работ по её возведению. Его выполняют в характерных сечениях дамбы по нескольким вертикалям, проходящим в элементах дамбы из различных материалов (ядре, экране и др.).

Для приближенной оценки вертикальных деформаций гребня можно использовать эмпирические зависимости, предложенные различными авторами на основании обработки данных натурных наблюдений. В частности, размер конечной (стабилизированной) осадки ?h_СТ можно определить по эмпирической формуле М. И. Гогоберидзе:

?h_СТ = - 0,453 * (1 - ехр (0,08 * Н_д)) (14)

ехр х = е^х

где: е - основание натурального логарифма, равное 2,72.

К_стр = (15)

Рассчитываем осадку гребня:

ехр х = 2,72^{0,08 * 5} = 1,49;

?h_СТ =- 0,453 * (1 - 1,49) = 0,022

К_стр = = 1,004.



Заключение

В курсовой работе была проведена защита от затопления села Букукун и близлежащих сельскохозяйственных угодий.

В ходе курсовой работы были выполнены расчётные и графические задания:

-определены отметки уровня затопления, расчётного уровня воды, гребня дамбы;

-рассчитана длина волны;

-определены фильтрационные расчёты через основание и тело дамбы;

- рассчитаны крепления откосов дамбы и осадки гребня дамбы;



Список использованной литературы

1. Гидротехнические сооружения Н. П. Розанова. - М. Агропромиздат 1985 - 432с.

2. Гидротехнические сооружения М. М. Гришина. - М Высшая школа 1979 - 1 часть 610с.

3. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. М. М Гришина М. Стройиздат, 1983. - 543с.

4. Розанов Н. П. Плотины из грунтовых материалов - М Стройиздат, 1983 296с.

Размещено на Allbest.ru

...