Введение
Водный транспорт леса до настоящего времени являлся хорошо организованной и оснащённой отраслью лесной промышленности. Главное направление повышения эф-
фективности работы лесной промышленности заключается в полном освоении и рациональ-
ном использовании древесного сырья.
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
первоначального лесосплава
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 ,км2
;
F
бу4
,
F
бу3
,
F
бу2,
F
бу1
-площадь водосбора бесприточных участков,км2
.
F
=170+520+230+555+300+565+660=2800 км2
Таблица 1.1
Гидрологические характеристики в створе
водомерного поста.
| Характеристика | Показатели | ||
1.
2.
годовой Qmax
3. Коэффициенты вариации: для среднегодовых расходов воды,С
для среднемаксимальных расходов,С
4. Коэффициенты ассиметрии: для среднегодовых расходов воды,С
для среднемаксимальных расходов,С
5. Расчётный процент обеспеченности гидрологических характеристик Р
|
2800 30.4 335.8 0.044 0.206 0.088 0.412 |
||
6. Параметр Фостера-Рыбкина: для среднегодового расхода,Фср
для среднемаксимального расхода,Ф
7. Модульные коэффициенты К
для среднего расхода для среднемаксимального расхода 8. Среднегодовой расход воды Q
м3
9. Максимальный расход воды Q
м3
|
50 | 90 | 10 |
-0.013 - 0.998 - 30.3 - |
-1.27 - 0.944 - 28.7 - |
- 1.32 - - - 427.14 |
|
Средний годовой расход воды Q
ср
, определяют делением суммы всех расходов за период наблюдения на колличество лет:
, (1.1)
Q
=547.4/18=30.4м3
/с
Аналогично определяется средний максимальный расход Q
м
ax
:
Qmax
==335.8 м3
/с
,
где å
Q
г,
å
Qmax
-сумма наблюдений среднегодовых и максимальных расходов воды в створе
водомерного поста,м3
/с
;
n
-число лет наблюдений.
Коэффициент вариации С
v
, средних и максимальных расходов воды за период наблюдений определяют по зависимости /3,стр.26/:
(1.2)
где ki
-модульный коэффициент годового стока, вычисляемый для каждого члена ряда по
формуле /3,стр.25/:
, (1.3)
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 Cs
принимаются /2,стр.8/:
Cs
=2Cv
(1.4)
В курсовой работе они определяются:
-для средних годовых расходов
С
s
,ср
=2С
v
,ср
=2*0.044=0.088
-для максимальных расходов
Cs
,
max
=2С
v
,
max
=2*0.206=0.412
Среднегодовые расходы воды 50,90 и 10%-ной обеспеченности определяют в следую-
щем порядке /2,стр.8/:
Qp%
=Kp%
*Q
ср
, (1.5)
где Kp
%
-модульный коэффициент, определяется по формуле /2,стр.8/:
Kp%
=Cv
*Ф
p%
+1, (1.6)
где Фр%
-
параметр Фостера-Рыбкина для соответствующих значений С
s
и
P
%.
Таблица 1.2
Расчёт исходных данных для определения коэффициентов вариации
средних и максимальных годовых расходов воды в створе водомерного поста.
Год |
Для средних годовых расходов | Для средних максимальных расходов | ||||||
Q
|
Модуль- ный к-т |
Кср
|
(Кср
|
Qmax
|
Модуль- ный к-т Кмах
|
Kmax
|
(Kmax
|
|
1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 |
29.6 28.2 29.8 28.8 28.0 29.1 31.2 29.7 31.2 31.3 31.8 31.4 32.2 31.7 29.2 31.3 31.5 31.4 |
0.97 0.93 0.98 0.95 0.92 0.96 1.03 0.98 1.03 1.03 1.04 1.03 1.06 1.04 0.96 1.03 1.04 1.03 |
-0.03 -0.07 -0.02 -0.05 -0.08 -0.04 0.03 -0.02 0.03 0.03 0.04 0.03 0.06 0.04 -0.04 0.03 0.04 0.03 |
0.0009 0.0049 0.0004 0.0025 0.0064 0.0016 0.0009 0.0004 0.0009 0.0009 0.0016 0.0009 0.0036 0.0016 0.0016 0.0009 0.0016 0.0009 |
250 270 260 275 280 290 320 310 330 340 450 350 500 420 300 340 400 360 |
0.74 0.80 0.77 0.82 0.83 0.86 0.95 0.92 0.98 1.01 1.34 1.04 1.49 1.25 0.89 1.01 1.19 1.07 |
-0.26 -0.20 -0.23 -0.18 -0.17 -0.14 -0.05 -0.08 -0.02 0.01 0.34 0.04 0.49 0.25 -0.11 0.01 0.19 0.07 |
0.0676 0.0400 0.0529 0.0324 0.0289 0.0196 0.0025 0.0064 0.0004 0.0001 0.1156 0.0016 0.2401 0.0625 0.0121 0.0001 0.0361 0.0049 |
å
Q
г
i
=547.4 å
=18 å
=0 å
=0.0324 å
Qmax
=6045 å
=18 å
=0 å
=0.72
Модульные коэффициенты различной обеспеченности КР%
, в курсовой работе
-для обеспеченности:
P
50%
, К50%
=С
v
50
*Ф50
+1=0.044*(-0.013)+1=0.998
P
90%
, К90%
=0.044*(-1.27)+1=0.944
P
10%
, К10%
=0.206*1.32+1=1.272
Тогда, среднегодовые расходы воды в створе водомерного поста при различной обеспеченности принимают значения:
-для обеспеченности:
P
10%
,
Q
10%
= K
10%
*
Qma
x
= 1.272*335.8=427.14
P50%
, Q50%
= K50%
*Q
ср
=0.998*30.4=30.3
P90%
, Q90%
= K90%
*Qср
=0.944*30.4=28.7
Расчётные данные заносятся в таблицу 1.1
Максимальный расход воды 10%-ной обеспеченности в створе запани определяется по
формуле /2,стр.8/:
(1.7)
В курсовой работе:
где F
зап
-площадь водосбора реки в створе запани, м2
принимается с графика, (рис.1.1) F
зап
=2360 км2
;
F
-общая площадь в створе водомерного поста, F
=2800 км2
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-
мости /2,стр.10/:
, (1.8)
гдеå
Z
-сумма всех отметок дна меженного русла в промерных точках (из задания 2.4);
n
-число промерных точек.
В курсовой работе:
для створа 1:
для створа 2:
для створа запани:
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/.
Для первого уровня:
W1
=B1
(Z1
-Z
ср
)
, (1.9)
Для второго уровня:
W2
=W1
+0.5(B1
+B2
)(Z2
-Z1
),
(1.10)
Для третьего уровня:
W3
=W2
+0.5(B2
+B3
)(Z3
-Z2
),
(1.11)
Для четвёртого уровня:
W4
=W3
+0.5(B3
+B4
)(Z4
-Z3
),
(1.12
Для пятого уровня:
W5
=W4
+0.5(B4
+B5
)(Z5
-Z4
),
(1.13)
Средняя глубина реки для каждого расчётного уровня определяется по отношению /2,стр.11/:
(1.14)
где W
,
B
-площадь живого сечения и ширина, соответствующие расчётному уровню.
Расход воды определяется по выражению /2,стр.11/:
Q=W*V
(1.15)
где V
-средняя скорость потока,м/с
(1.16)
где С
-коэффициент Шези (иногда называют скоростной множитель);
R
-гидравлический радиус. Принимается равным средней глубине реки в расчётном
створе;
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/:
(1.17)
гдеn
-коэффициент шероховатости, из задания (табл.2.5).
В курсовой работе, площадь живого сечения W
определяется:
Для первого уровня:
створ 1, W
1
=57.5*(29.9-29.4)=28.8 м2
;
створ 2, W
1
=33.5*(54.5-53.9)=20.1 м2
;
створ 3, W
1
=54.0*(39.5-38.5)=54.0 м2
;
Для второго уровня:
створ 1, W
2
=28.8+0.5(57.5+62.5)*(30.5-29.9)=64.8 м2
;
створ 2, W
2
=20.1+0.5(35.5+35.0)*(55.1-54.5)=40.0 м2
;
створ 3, W
2
=54.0+0.5(54.0+60.0)*(40.5-39.5)=111.0 м2
;
По аналогичным расчётам, используя формулы (1.11;1.12;1.13), имеем данные:
Для третьего уровня:
створ 1, W
3
=103.8 м2
;
створ 2, W
3
=62.0 м2
;
створ 3, W
3
=174.5 м2
;
Для четвёртого уровня:
створ 1, W
4
=145.8 м2
;
створ 2, W
4
=84.1 м2
;
створ 3, W
4
=245.0 м2
;
Для пятого уровня:
створ 1, W
5
=190.4 м2
;
створ 2, W
5
=106.9 м2
;
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 глубиныh
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 уровняZ
=29.9 м
створа 1:
-средняя глубина реки:
-коэффициент Шези:
-средняя скорость течения:
-расход воды: Q
=
W
*
V
=
28.8*0.32=9.2 м3
/с
Отметка уровняZ
=54.5 м
створа 2:
-средняя глубина реки:
-коэффициент Шези:
-средняя скорость течения:
-расход воды: Q
=
W
*
V
=
20.1*0.47=9.4 м3
/с
Отметка уровня Z=39.5 м
створа запани:
-средняя глубина реки:
-коэффициент Шези:
-средняя скорость течения:
-расход воды: Q
=
W
*
V
=
54.0*0.43=23.1 м3
/с
Методика расчётов на всех уровнях аналогична. Итоги расчётов сведены в табл. 1.3.
Таблица 1.3.
Расчётные гидрологические характеристики лимитирующих створов
при различных отметках уровней.
Отметки расчётных уровней Z
|
Ширина реки по урезу воды В, м
|
Площадь живого се- чения реки W
|
Средняя глубина реки h
|
Коэффици- ент Шези С
|
Средняя скорость потока V
|
Расход воды Q
|
||||
| Створ №1 Zср
=29.4 м |
||||||||||
29.9 30.5 31.1 34.7 32.3 |
57.5 62.5 67.5 72.5 76.0 |
28.8 64.8 103.8 145.8 190.4 |
0.5 1.03 1.54 2.01 2.5 |
33.6 40.4 44.5 47.6 50.3 |
0.32 0.55 0.74 0.91 1.07 |
9.2 35.65 76.8 132.0 203.2 |
||||
| Створ №2 Zср
=53.9 м |
||||||||||
54.5 55.1 55.7 56.3 56.9 |
33.5 35.0 36.0 37.5 38.5 |
20.1 40.7 62.0 84.1 106.9 |
0.6 1.16 1.72 2.24 2.78 |
26.6 31.5 34.7 37.1 39.1 |
0.47 0.77 1.04 1.27 1.48 |
9.4 31.5 64.3 106.5 158.2 |
||||
| Створ №3(запань) Zср
=38.5 м |
||||||||||
39.5 40.5 41.5 42.5 |
54.0 60.0 67.0 74.0 |
54.0 111.0 174.5 245.0 |
1.0 1.85 2.60 3.3 |
30.3 35.3 38.5 40.9 |
0.43 0.68 0.88 1.05 |
23.1 75.4 153.2 257.4 |
||||
По данным вычислений приведённых в табл.1.3 на рис.1.2;1.3;1.4 на попереЀных профилях лимитирующих створов строятся графики зависимостейQ
=
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/:
(1.18)
где dmax
-максимальный диаметр круглых лесоматериалов, dmax
=0.55 (из задания 1.9);
-относительный объёмный вес лесоматериалов, =0.85;
-донный запас при молевом сплаве,
=0.1м
В курсовой работе:
h
мол
=0.55*0.8+0.1=0.57 м
для плотового сплава:
h
пл
=Т+
, (1.19)
где Т
-осадка сплоточных единиц, из задания (п.3.1), Т
=1.2;
-донный запас при плотовом лесосплаве, =
0.2 м
h
пл
=1.2+0.2=1.4 м
На поперечном профиле (рис.1.2) от отметкиZ
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 расходыQ
мол
и
Q
пл
.
В курсовой работе:
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.
Минимальные расходы воды:
В створе №1, с (рис.1.2) Q
мол.1
=12.5 м3
/с
Q
пл.1
=55.0 м3
/с
В створе №2, с (рис.1.3) Q
мол.2
=8 м3
/с
Q
пл.2
=42 м3
/с
В дальнейшем строим гидрографы лимитирующих створов Q
=
f
(
z
).
С этой целью опре- деляем среднедекадные расходы воды года заданного процента обеспеченности в расчётных
створах /2,стр.12/:
Q
дек
=
Q
рв
*
K
дек
,
(1.20)
где K
дек
- модульный коэффициент декадного стока по данным водомерного поста (п.2.2 зада-
ния);
Q
рс
- среднегодовой расход воды года заданного процента обеспеченности в расчётном
створе /2,стр.12/:
(1.21)
где Qp
%ВП
- среднегодовой расход воды года заданной обеспеченности в створе водомерного
поста (табл.1.1.);
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/:
Q
дек
=
Q
р.с.
*Кдек
, (1.22)
В курсовой работе:
Q
апр.ств.!
=26.75*2.2=58.7 м3
/с
где Кдек
-
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-
фов.
В курсовой работе:
Створ запани-Р=50%
:
P
=90%
:
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 Тпл
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 Внп
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
способу.
Расчётные параметры для молевого лесосплава в створе № 2 определяются по гидрогра-фу, поперечному профилю и кривым, постренным для этого створа.
Таблица 1.5.
Значения расчётных параметров в створах № 1,2 по данным примера.
Расчётные параметры |
Единицы Измерения |
Створ № 1 | Створ № 2 Молевой лесоплав |
|
Плотовой лесосплав |
Молевой лесосплав |
|||
1.Минимальные глубины, h
2.Минимальные уровни, Z
3.Начало периода 4.Окончание периода 5.Возможная продолжитель- ность лесосплава 6.Ширина реки: в начале периода, Вн
в конце периода, Вк
средняя для периода, Вср
7.Средняя по живому сече- нию скорость течения: в начале периода, V
в конце периода, V
средняя для периода, V
|
м
м
число, месяц число, месяц суток м
м
м
м/с
м/с
м/с
|
1.4 30.8 6.05 20.05 15 72.0 72.0 72.0 0.87 0.87 0.87 |
0.57 30.0 21.05 30.06 40 72.5 61.0 66.7 0.87 0.49 0.68 |
0.57 54.5 6.05 30.06 55 36.5 34.0 35.25 0.9 0.5 0.7 |
Таблица 1.4. Среднедекадные расходы воды Q
|
Месяц |
Декада |
Среднегодовой расход воды Qр.с.
водомерного поста с табл.2.2 задания |
Модульные коэффи-циенты декадного сто-ка по данным водо-мерных постов (табл.2.2 задания) | Среднегодовой расход воды года заданного процента обеспечен-ности в расчётном створеQ
м3
|
Среднедекадные расходы в расчётных створах, м3
Q
|
||||||||
50% |
90% |
50% |
90% |
створ №1 Р=50% |
створ №2 Р=90% |
Створ запани |
|||||||
створ №1 Р=50% |
створ №1 Р=90% |
Створ запани | |||||||||||
| Р=50% | Р=90% | Р=50% | Р=90% | ||||||||||
| Апрель | III | 30.3 |
28.7 |
2.35 | 2.2 | 26.75 |
10.45 |
25.54 |
24.2 |
58.7 | 23.0 | 60.00 | 53.24 |
Май |
I II III |
4.8 6.35 4.15 |
4.6 6.1 4.0 |
123.05 163.2 107.0 |
48.1 63.6 41.8 |
122.6 162.2 106.0 |
111.3 147.6 96.8 |
||||||
Июнь |
I II III |
2.9 1.75 1.23 |
2.8 1.7 1.2 |
74.9 45.5 32.4 |
29.3 17.8 12.54 |
73.5 44.7 31.4 |
67.8 41.1 29.0 |
||||||
1.3. Расчёт гарантированных водосъёмных уровней на береговом плотбище
Заданием предусмотрено формирование плотов из пучков береговой сплотки на складе №1.Что-
бы вывести плоты в весенний полноводный период маловодного года 90%-ной обеспеченности
в течение 6-15 суток, необходимо иметь на плотбище гарантированные водосъёмные уровни во-
ды. Расчёты гарантированных уровней воды ведутся по данным (п.2.3. задания) для периода
вывода плотов береговой сплотки продолжительность Тп
–6-9-12-15 суток. Отметки гарантиро-
ванных уровней воды вычсляют для каждого периода отдельно, по зависимости /2, стр.15/:
Z90
=H
пл
90
+Z,
(1.23)
где Hпл90
-гарантированный уровень воды маловодного года 90%-ной обеспеченности;
Z
-отметка нуля водомерного поста на плотбище (п. 3.6. задания).
В свою очередь, гарантированный уровень воды на береговом плотбище для каждого периода наблюдения Тп
определяется (2, стр. 15):
Нпл90
=К90
*Нпл.ср.
, (1.24)
где К90
-модульный коэффициент, который определяется:
К90
=С
v
90
*Ф90
+1
;
Нпл.ср
- среднее арифметическое значение гарантированного уровня на плотбище для каждого
периода.
Значения среднеарифметических гарантированных уровней Нпл.ср.
, коэффициентов вариации С
v
,
коэффициентов ассиметрии С
s
для всех периодов вывода плотов определяют по зависимостям
(1.1, 1.2, 1.3). Все расчёты сводятся в таблицу 1.6.
Во вторую графу таблицы 1.6 выписывают гарантированные уровни воды на водомерном посту
НВП
, для каждого периода вывода плотов Тп
для каждого года (п.2.3 задания).
Гарантированные уровни воды на плотбище Нпл
вносят в графу 3 таблицы 1.6 с кривой связи уровней водомерного поста и плотбища, (рис. 1.8). График зависимости Нпл
=
f
(НВП
)
строят по
данным п. 3.10 задания.
В курсовой работе для Тп
=6 суток имеем из таблицы 1.6:
-
среднеарифметическое значение гарантированного уровня на плотбище:
-коэффициент вариации:
-коэффициент ассиметрии С
s
=2С
v
=2*0.139=0.277
-показатель Фостера-Рыбкина, по значению С
s
:
P
=90%; Ф
=-1.24
-модульный коэффициент К90%
:
К90%
=С
v
*Ф90
+1=0.139*(-1.24)+1=0.83
-гарантированный уровень воды 90%-ной обеспеченности, Нпл90%
:
Нпл90%
= К90%
* Нпл.ср
=0.83*563.89=466.7 см=4.667 м
-отметка гарантированного уровня плотбища 90%-ной обеспеченности:
Z
90%
= Нпл90%
+Z
=4.667+30.7=35.36 м
Методика расчётов для Тп
-9, 12-15 суток аналогична.
Результаты расчётов по данным таблицы 1.6 для Тп
-9-12-15 суток сведены в таблицу 1.7.
Таблица 1.6
Гарантированные уровни воды Тп
-9, 12-15 суток периода вывода плотов.
| Гидрологические показатели | Тп
-9 суток |
Тп
-12суток |
Тп
-15 суток |
1. Среднеарифметическое значение гаран- тированного уровня плотбища Нпл.ср
2. Коэффициент вариации, С
3. Коэффициент вариации, С
5. Модульный коэффициент, К90
6. Гарантированный уровень воды 90% обеспеченности Нпл90
7. Отметка гарантированного уровня 90% обеспеченности на плотбище Z
|
479.44 0.18 0.36 0.78 374.0 34.44 |
434.17 0.215 0.43 0.74 321.0 33.91 |
386.39 0.215 0.43 0.74 286.0 33.56 |
По вычисленным отметкам уровней воды на плотбище строится график зависимости их от про-
должительности вывода плотов (рис. 1.9) Z
90
=f
(Тп
)
Таблица 1.7
Расчёт коэффициентов вариации для средних гарантированных уровней на плотбище.
Год |
НВП
|
Нпл
|
К-1 |
(К-1)2
|
|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Тп=
6 суток |
|||||
1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 |
425 435 520 545 370 330 460 500 410 395 450 355 280 315 480 295 330 495 |
595 600 660 680 545 495 520 650 580 570 615 525 420 475 635 445 495 645 |
1.06 1.06 1.17 1.21 0.97 0.88 0.92 1.15 1.,03 1.01 1.09 0.93 0.74 0.84 1.13 0.79 0.88 1.14 |
0.06 0.06 0.17 0.21 -0.03 -0.12 -0.08 0.15 0.03 0.01 0.09 -0.07 -0.26 -0.16 0.13 -0.21 -0.12 0.14 |
0.0036 0.0036 0.0289 0.0441 0.0009 0.0144 0.0064 0.0225 0.0009 0.0001 0.0081 0.0049 0.0676 0.0256 0.0169 0.0441 0.0144 0.0196 |
| å=10150 | å=18 | å=0 | å=0.3226 | ||
| Тп=
9 суток |
|||||
1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 |
345 355 425 450 300 270 370 405 330 315 360 285 235 270 220 255 285 400 |
515 525 595 615 455 405 545 575 495 475 530 430 350 405 330 380 430 575 |
1.07 1.09 1.24 1.28 0.95 0.84 1.14 1.20 1.03 0.99 1.1 0.89 0.73 0.84 0.69 0.79 0.89 1.2 |
0.07 0.09 0.24 0.28 -0.05 -0.16 0.14 0.2 0.03 -0.01 0.1 -0.11 -0.27 -0.16 -0.31 -0.21 -0.11 0.2 |
0.0049 0.0081 0.0576 0.0784 0.0025 0.0256 0.0187 0.04 0.0009 0.0001 0.01 0.0121 0.0729 0.0241 0.0972 0.0430 0.0121 0.04 |
| å=8630 | å=18 | å=0 | å=0.5482 | ||
| Тп=
12 суток |
|||||
1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 |
310 320 385 395 255 235 315 365 295 280 335 245 185 215 345 200 230 360 |
465 480 555 570 385 350 475 530 445 420 500 365 270 320 515 295 345 530 |
1.07 1.11 1.28 1.31 0.89 0.81 1.09 1.22 1.02 0.97 1.15 0.84 0.62 0.74 1.19 0.68 0.79 1.22 |
-0.07 0.11 0.28 0.31 -0.11 -0.19 0.09 0.22 0.02 -0.03 0.15 -0.16 -0.38 -0.26 0.19 -0.32 -0.21 0.22 |
0.0049 0.0121 0.0775 0.0979 0.0121 0.0376 0.0081 0.0484 0.0004 0.0009 0.0230 0.0254 0.143 0.069 0.035 0.103 0.0422 0.0484 |
| å=7815 | å=18 | å=0 | å=0.7889 | ||
| Тп=
15 суток |
|||||
1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 :center;">1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 |
270 280 325 325 220 205 305 320 255 235 295 215 175 190 315 190 205 330 |
405 420 485 485 325 305 460 480 380 350 445 320 255 285 470 285 305 495 |
1.05 1.09 1.26 1.26 0.84 0.79 1.19 1.24 0.98 0.91 1.15 0.83 0.66 0.74 1.22 0.74 0.79 1.28 |
0.05 0.09 0.26 0.26 -0.16 -0.21 0.19 0.24 -0.02 -0.09 0.15 -0.17 -0.34 -0.26 0.22 -0.26 -0.21 0.28 |
0.0025 0.0081 0.0651 0.0651 0.0241 0.0430 0.0376 0.0587 0.0004 0.0081 0.0230 0.0295 0.1156 0.0676 0.0468 0.0576 0.0444 0.0790 |
| å=6955 | å=18 | å=0 | å=0.7862 | ||
2. Разработка технологического процесса плотового лесосплава.
2.1. Определение размеров плотов и потребности формировочного такелажа.
Размеры плота зависят от габаритов лесосплавного хода изменяющихся во времени. Все плоты должны буксироваться с плотбища через лимитирующий створ №1, таким образом габа-риты плота будут зависеть от габаритов лесосплавного хода в этом створе.
На поперечном профиле лимитирующего створа наносится отметка горизонта воды, соот-
ветствующая средней ширине реки “B
ср
” по поверхности воды за весь период плотового лесо-
сплава /2, стр.17/:
(2.1)
где Внп
, Вкп
– соответственно ширина реки по поверхности воды в начале и конце периода плото-вого лесосплава принятого по гафикам 1.2 и 1.3.
По расходу воды Q, первого и последнего дня плотового лесосплава, снятого с гидрографа
створа №1 (рис. 1.5) на поперечном профиле (рис. 1.2) определяем значения Внп
и Вкп
.
В курсовой работе:
Внп
=72 м, Вкп
=72 м
От поверхности воды при Вср
откладывается величина минимальной допустимой глубины плото-вого лесосплава h
пл
=1.4 м
. Расстояние между берегами на этой глубине соответствует эксплуата-ционной ширине реки Вэ
=61 м
при плотовом лесосплаве. Ширину плота при одностороннем
движении рекомендуется принимать Впл
£ 0.5 Вэ
. В курсовой работе ширина плота:
Впл
= 0.5 Вэ
=0.5*61=30.5@30 м
Длина плота (по заданию, табл. 3.3), L
=240 м
.
Для определения количества и обёма плотов, рассматриваем сортиментный состав лесоматериа-лов на складе №1 (табл. 4 задания). В первую очередь береговой сплотке подлежат лиственные
сортименты и тонкомерные брёвна хвойных пород. При недостаточности этих сортиментов, пло-
ты формируются из пучков хвойных пород. Сумма обёмов сортиментов в процентах и всего, дол-жны соответствовать заданию (п. 1.8 и табл. 4).
По заданию, загрузка склада №1-350 тыс.м3
, в том числе береговой сплотки 160 тыс.м3
, молевого
лесосплава 350-160=190 тыс.м3
. Расчёт сортиментного состава и объёма береговой сплотки вы-
полнен в табл. 2.1.
Высоту пучка Нп
, ширину пучка вп
, объёмы пучков V
п
для каждого сортимента определяем
по данным задания (п. 3.1, 3.2) и формулам /3, стр.127/.
Высота пучка:
(2.2)
Ширина пучка:
(2.3)
Объём пучка:
(2.4)
где Т
-осадка пучка (табл.3.1 задания);
-относительная плотность древесины, принимается 0.8 м
;
-опытный коэффициент, принимается 0.93;
с-коэффициент формы пучка (п.3.2 задания);
-средняя длина сортимента (п. 4 задания);
к0
-коэффициент полнодревесности пучка, зависящий от среднего диаметра сортиментов, при-
нимается по данным табл.2.2
Таблица 2.1
Сортиментный состав и объёмы береговой сплотки.
Сортименты |
Длина, м
|
Средний диа-метр, м
|
Объём сплотки, тыс. м3
|
||
| % от объёма склада 350.0 | Расчёт- ный объём |
Принято к слотке |
|||
1. Пиловочник лиственный 2. Стоительный лес смешанный 3. Дрова топливные лиственные 4. Балансовое долготьё хвойное 5. Специальные сортименты |
6.5 4.5 6.5 6.5 7.5 |
26 20 30 18 26 |
15 12 12 10 5 |
52.5 42 42 35 17.5 |
52 42 42 35 18 |
Таблица 2.2
Значения коэффициента полнодревесности пучка, к0
.
| Средний диаметр, см
|
16 | 18 | 26 | 30 |
| к0
|
0.58 | 0.60 | 0.66 | 0.70 |
В курсовой работе:
Высота пучка: Нп
=-для всех сортиментов;
Ширина пучка: вп
=1.5*1.61=2.415 м
Объём пучка пиловочника лиственного:
V
п
=p*2.415*1.61*6.5*0.66/4=13.1 м3
Объём пучков других сортиментов определяется аналогично, по своим параметрам. Данные расчётов сводятся в таблицу 2.3.
Таблица 2.3
Параметры сортиментных пучков береговой сплотки.
Сортименты |
Высота пучка Нп
|
Ширина пучка вп
|
Длина пучка |
Коэффици-ент полно- древеснос-ти, к0
|
Объём пучка V
|
1. Пиловочник лиственный 2. Стоительный лес смешанный 3. Дрова топливные лиственные 4. Балансовое долготьё хвойное 5. Специальные сортименты |
1.61 для всех |
2.415 для всех |
6.5 4.5 6.5 6.5 7.5 |
0.66 0.615 0.7 0.6 0.66 |
13.1 8.4 13.9 11.9 15.1 |
Для малых рек целесообразно формировать гибкие плоты с поперечным расположением пучков.
Интервалы между рядами для обеспечения гибкости i
, определяются по зависимости /2, стр.19/:
(2.5)
где к-
коэффициент пропорциональности, учитывающий степень жёсткости рядов при изгибе
плота на повороте. Для плотов из сортиментных плотов к
=0.15;
L
1
-длина части вогнутого борта плота, находящаяся на повороте реки с радиусом закругления
R
и углом поворота b
(п.2.5 задания), определяется по зависимости /2, стр.19/:
(2.6)
где Впл
-ширина плота;
вп
-ширина пучка;
l
-
показатель гибкости плота, определяется по формуле:
(2.7)
В курсовой работе:
-при пучка 4.5 м
-при пучка 6.5 м
- при пучка 7.5 м
Число пучков по ширине плота, при =7.5 м
nш
=
Число пучков по ширине плота, при =6.5 м
nш
=
Число пучков по ширине плота, при =4.5 м
nш
=
Плоты имеют передний и задний брустверы с предельным расположением пучков.
Число пучков в двух брустверах:
-при пучка 4.5 м
22
-при пучка 6.5 м
22
-при пучка 7.5 м
22
Число пучков в одном бортовом ряду при длине плота 240 м
(п. 3.3 задания), длине пучка 4.5 м
без брустверов, определится:
пучков
-при длине пучка 6.5 м
без брустверов:
пучка
-при длине пучка 7.5 м
без брустверов:
пучка
Число пучков в плоту всего:
-при длине пучка =7.5 м
; Nпл
=84*4+22=358 пучков
-при длине пучка =6.5 м
; Nпл
=84*5+22=442 пучка
-при длине пучка =4.5 м
; Nпл
=84*7+22=610 пучков
Расчёт количества плотов производится по форме таблицы 2.4
Таблица 2.4
Сведения о береговой сплотке.
Сортименты |
Объём сплот- ки, тыс. м3
|
Объём пучка, м3
|
Количество пучков все- го, штук |
Количест- во пучков в плоту, штук |
Количест- во плотов, штук |
Средний объ-ём лесомате-риалов в пло-ту,м3
|
1. Пиловочник лиственный 2.Стоительный лес смешанный 3.Дрова топливные лиственные 4.Балансовое дол- готьё хвойное 5.Специальные сортименты |
52 42 42 35 18 |
13.1 8.4 13.9 11.9 15.1 |
3969 5000 3022 2941 1192 |
442 610 442 442 358 |
5 7 5 5 4 |
5790 5124 6144 5260 5406 |
Расход такелажа на плот объёмом лесоматериалов 5790 м3
в укрупнённых показателях опреде-ляется по форме таблицы 2.5
Таблица 2.5
Расход формировочного такелажа на плот.
Наименование такелажа |
Удельный расход, кг/м3
|
Объём плота, м3
|
Потребность такелажа, кг
|
Тросы Цепи Поковки В том числе по видам поковок: коуши рычажные замки соеденительные скобы замки дуговые сжимы пластинчатые |
0.55 0.32 0.21 0.026 0.079 0.007 0.006 0.092 |
5790 |
3184.5 1852.8 1215.9 150.5 457.4 40.5 34.7 532.7 |
Тросы Цепи Поковки В том числе по видам поковок: коуши рычажные замки соеденительные скобы замки дуговые сжимы пластинчатые |
0.55 0.32 0.21 0.026 0.079 0.007 0.006 0.092 |
5124 |
2818.2 1639.7 1076.0 133.2 404.8 35.7 30.7 471.4 |
Продолжение таблицы 2.5
Наименование такелажа |
Удельный расход, кг/м3
|
Объём плота, м3
|
Потребность такелажа, кг
|
Тросы Цепи Поковки В том числе по видам поковок: коуши рычажные замки соеденительные скобы замки дуговые сжимы пластинчатые |
0.55 0.32 0.21 0.026 0.079 0.007 0.006 0.092 |
6144 |
3379.2 1966.1 1290.2 159.7 485.4 43.0 36.7 565.2 |
Тросы Цепи Поковки В том числе по видам поковок: коуши рычажные замки соеденительные скобы замки дуговые сжимы пластинчатые |
0.55 0.32 0.21 0.026 0.079 0.007 0.006 0.092 |
5260 |
2893.0 1683.2 1104.6 136.8 415.5 36.8 31.6 483.9 |
Тросы Цепи Поковки В том числе по видам поковок: коуши рычажные замки соеденительные скобы замки дуговые сжимы пластинчатые |
0.55 0.32 0.21 0.026 0.079 0.007 0.006 0.092 |
5406 |
2973.3 1729.9 1135.3 140.6 427.1 37.8 32.4 497.4 |
2.2. Определение потребной площади плотбища и объёма земляных работ
Площадь плотбища F
п
, необходимая для размещения плотов из принятых для сплотки сор-тиментов, определяется из зависимости /2, стр.21/:
(2.8)
где Wi
-объём плота из i-го сортимента;
ni
-число плотов из i-го сортимента;
Н
i
-высота пучка из i-го сортимента, (Н
i
=
h
п
);
-коэффициент, учитывающий проезды и неравномерность размещения плотов, принимает-
ся =1.5
Длина плотбища, L
плотб
определяется как частное от деления найденной площади F
п
на сред-
нюю ширину плотбища Вплотб
(п. 3.4 задания):
Для определения объёма земляных работ на плотбище,по графику зависимости Z
90
=
f
(
T
п
)
на рис.1.9 определяется минимальная отметка гарантированного уровня воды Z
90
для принятого вы-
вода плотов Тп
.
В курсовой работе Z
90
=33.56 м
. Затем вычисляется проектная отметка Z
пр
берего-
вого плотбища, при которой возможен вывод плотов, по зависимости /2, стр.21/:
Z
пр
=
Z
90
-
h
пл
,
(2.9)
Если средняя отметка поверхности плотбища Z
пл
(п. 3.5 задания) меньше Z
пр
, то производство
земляных работ не требуется. Если Z
пл
>
Z
пр
, то объём земляных работ определяется /2, стр.2/:
W
зр
=
F
плотб
*(
Z
пл
-
Z
пр
)
, (2.10)
В курсовой работе:
Z
пр
=
33.56-1.4=32.16 м
Z
пл
=
32-32.16=-0.16 м
Земляных работ в этом случае не требуется.
2.3. Расчёт необходимого количества агрегатов для береговой сплотки.
За среднее расстояние транспортировки сплоточных единиц принимается половина длины плотбища:
Для работы по береговой сплотке рекомендуются универсальные сплоточно-транспортно-шта-белёвочные агрегаты.
В курсовой работе принят ЛТ-84А с технической характеристикой: базовый трактор К-703, гру-
зоподъёмность 12.5 т
( максимальный объём пучка 15 м3
).
Агрегат предназначен для захвата пачек круглых лесоматериалов из лесонакопителей или штабе-
лей, сплотки в челюстном захвате, транспортировке пачек и пучков, укладки их в плот, в шта-бель или сброски на воду.
Скорость перемещения км/ч
– без груза 3-30 км/ч
, V
ср
=12 км/ч
- с грузом до 18 км/ч,
V
ср
=10 км/ч
Сменная производительность агрегата определена по зависимости /2, стр.22/:
(2.11)
где Тс
-продолжительность смены;
V
ср
-средний объём сплоточных единиц;
t
1
,
t
2
-соответственно время на перемещение агрегата с грузом и порожнем;
t
3
-время на разворот агрегата, подачу его к накопителям, забор пучка, сплотку, укладку в
плот;
к1
-коэффициент использования рабочего времени в смену, к1
=0.9;
к2
- коэффициент использования мощности агрегата, к2
=0.9.
В курсовой работе Тс
=470 мин.
Средневзвешенный объём береговой сплотки:
где 60-минут в часе; 0.4455 км- среднее расстояние транспортировки;
10- скорость ЛТ-84 с грузом, км/ч
;
-по аналогии:
; (2,стр.23);
-сменная производительность агрегата ЛТ-84 определяется:
Количество агрегатов m
для береговой сплотки, W
=160 тыс. руб., продолжительности работы
(п.3.8 задания) и расчётной производительности агрегата, определяется /2, стр.22/:
(2.12)
где W
-объём береговой спдлтки, W
=160 тыс.м3
;
n
см
-количество рабочих смен за период сплотки, n
см
=240 м/см;
По заданию с 20.11 по 10.04-120 рабочих дней. При 2-х сменной работе, машиносмен 240;
кГ
-коэффициент технической готовности, кГ
=0.85
агрегата
2.4. Расчёт количества буксирного флота.
Буксировку плотов начинают в первый день лесосплава сразу же после ледохода. Принима-ется в расчёте буксирный теплоход ЛС-56А. Его техническая характеристика:
-класс речного регистра- 0 (лёд)
-мощность двигателя, кВт
-220
-скорость, км/ч
-20,4
-сила тяги на гаке, кН
-31.4
-осадка –0.83 м.
Продолжительность рейса суток с плотом определяется V
гр
по зависимости /2, стр.25/:
(2.13)
где -расстояние от устья до плотбища №1, км
(п.1.5 задания), =90 км
;
V
гр
-скорость буксировки плота относительно берега, км/ч,
V
гр
=V
+
V
б
=3.13+4=7.13 км/ч
;
где V
-средняя скорость течения реки на участке №1 , км/ч
V
ств.1
=0.87 м/с
=3.13 км/ч
V
б
-скорость буксировки плота относительно воды, V
б
=4 км/ч
/2, стр. 21,25/
суток
По аналогии, продолжительность рейса в порожнем , против течения реки:
суток
Продолжительность полного оборота буксировщика в сутках:
Т0
=Тгр
+Тпор
=0.6+0.32=0.92 суток
Число оборотов за сутки составит:
n
о
=1/Т0
=1/0.92=1.09
За одни сутки судно может отбуксировать объём лесоматериалов в плотах W
сут
,м3
/сут
. Равный
W
сут
=W
пл.ср
*n
0
=5518*1.09=6015 м3
где W
пл.ср
-средний объём плота береговой сплотки (расчёт. табл.2.4)
n
0
-число оборотов за сутки
Общее время в сутках, необходимое на выводку и буксировку всех плотов при одном судне оп-
ределяется:
суток
где W
-объём береговой сплотки, м3
С учётом возможного периода плотового лесосплава Тпл
=15 суток (по заданию), для буксировки
всех плотов потребуется судов:
Принимаем 2 буксировщика ЛС-56А.
3. Организация молевого лесосплава.
Основным документом организации лесосплава является график лесосплава, который регламентирует объёмы сплава, сроки начала и окончания плотового и молевого сплава, сброски леса в воду с каждого склада выпуска лесоматериалов из притоков, потребность в механизмах и
рабочих на всех фазах сплавного периода.
3.1. Лесопропускная способность расчётных лимитирующих створов реки.
Суточная лесопропускная способность при молевом лесосплаве в лимитирующем створе
(м3
/сут
) на каждом участке, определяется по зависимости /2, стр.26/:
, (3.1)
где 3600-секунд в час;
t
-время движения лесоматериалов через створ. Принимается двухсменная работа на проп-
лаве, t
=14 час;
кс
-коэффициент перехода от средней поверхностной скорости V
пов
к технической скорос-
ти движения лесоматериалов через сжатое сечение “вс
” лесосплавного хода;
-коэффициент заполнения лесосплавного хода (отношение площади, занятой плывущи-
ми брёвнами на участке сплавного хода, к общей площади этого участка) предельно
допустимый по условиям беззаторного движения.
Для практических расчётов удобнее пользоваться произведением, которое меняется в более узких пределах:
при V
≤1.5 м/с
=0.175 /2, стр.26/
при V
≥
1.5 м/с
=0.155
V
-
поверхностная скорость течения /средняя/, м/с
;
вс
-сжатая ширина лесосплавного хода, м.
Величину “вс
”
cжатого сечения потока вычисляют по заданной расчётной ширине участков реки,
вср
(расчётная табл. 1.5) пользуясь эмпирической зависимостью /2, стр. 27/:
(3.2)
где -коэффициент использования для лесосплава ширины реки в сжатом сечении.
Таблица 3.1.
| вср
, м |
10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| 0.7 | 0.6 | 0.5 | 0.42 | 0.37 | 0.33 |
В курсовой работе:
Участок 1- =66.7*0.40325=26.9 м
Участок 2- =35.25*0.52375=18.5 м
q
-
объём лесоматериалов, плотно размещающихся на 1 м2
водной акватории, м3
/м2
где d
-
средний диаметр сплавляемых лесоматериалов, м
. Средний диаметр сплавляемых лесо-
материалов следует принимать, как средневзвешенный (п.4 задания-сортиментный состав
круглых лесоматериалов на складе №1).
см
Результаты расчёта лесопропускной способности реки при молевом лесосплаве заносятся в
табл. 3.2
Таблица 3.2
Расчёт лесопропускной способности реки.
Расчётные характеристики |
Значения характеристик для участков |
|
| 1 | 2 | |
1. Поверхностные скорости-средняя за сплавной период V
м/с
в начале сплавного периода V
в конце сплавного периода V
2. Средняя за сплавной период ширина реки, м
3. Коэффициент использования для лесосплава ширины реки в сжатом сечении, 4. Сжатая ширина сплавного хода , м
5. Произведение коэффициентов 6. Параметр q
7. Число часов работы в сутки, t
8. Модуль створа =3600*14*0.175*0.174 9. Суточная лесопропускная способность реки, N
N
10. Возможная продолжительность периода молевого лесосплава на участке (табл.1.5) Тв
11. Расстояние от вышерасположенного берегового склада до расчётного створа , км
12. Расстояние от расчётного створа до нижней границы участка , км
13. Скорость движения “головы” сплава Vc
14. Скорость движения “хвоста” сплава V
15. Расчётная продолжительность сплавного периода Тр
16. Сезонная лесопропускная способность реки, тыс. м3
|
0.68 0.87 0.49 66.7 0.40 26.9 0.175 0.174 14 часов 1534.7 28072.4 40 45 45 34.3 25.7 37 1 038.7 |
0.7 0.9 0.5 35.25 0.52 18.5 0.175 0.174 14 часов 1534.7 19874.1 55 40 50 35.3 26.5 52 1033.5 |
Сезонная лесопропускная способность (м3
) лимитирующих створов на каждом участке опреде-ляется по формуле:
N
с
=
N
сут
*Тр
,
где Тр
-расчётная продолжительность молевого лесосплава на участке /2, стр. 27/:
, (3.3)
где Тв
-возможная продолжительность периода молевого лесосплава на участке ( табл. 1.5);
-расстояние от склада или передерживающей запани до расчётного створа, км
;
-расстояние от расчётного створа до границы участка, км
;
суток
суток
V
г
,
V
х
-
соответственно скорость движения “головы” и “хвоста” сплава. Определяется по зависи-
мости /2, стр.27/:
V
г,х
=3.6*к*
V
пов
*
t
, (3.4)
где к
-коэффициент перехода от средней поверхностной скорости течения к скорости движения
брёвен:
для “хвоста” сплава кх
=0.6;
для “головы” сплава кг
=0.8;
V
пов
-поверхностная скорость течения:
V
пов
=1.25*
V
,
(3.5)
V
-средняя по живому сечению скорость потока (табл.1.5)
Скорость движения “головы” сплава первого участка:
V
г1
=3.6*0.8*1.25*0.68*14=34.3 км
в сутки
Скорость движения “хвоста” сплава первого участка:
V
х1
=3.6*0.6*1.25*0.68*14=25.7 км
в сутки
По аналогии находим параметры по второму участку:
V
г2
=3.6*0.8*1.25*0.7*14=35.3 км
в сутки
V
х2
=3.6*0.6*1.25*0.7*14=26.5 км
в сутки
Сезонная лесопропускная способность реки, по участкам, определяется по зависимости:
N
с
=
N
сут
*Тр
, (3.6)
Сезонная лесопропускная способность первого участка:
N
сез1
=28072.7*37=1 038 689.9 м3
N
сез2
=19874.7*52=1 033 484.4 м3
Расчётные данные заносятся в табл. 3.2.
3.2. Организация работ на сброске и проплаве лесоматериалов.
Возможное число дней для сброски “Тсб
” лесоматериалов из штабелей в воду на складах опреде-ляется из разрабатываемого графика лесосплава как разность между датой прохождения “хвоста”
сплава в створе склада и датой начала сброски лесоматериалов в воду. Пуск лесоматериалов в молевой лесосплав с первого склада можно начинать только после отправки последнего плота береговой сплотки. Во избежании обсушки лесоматериалов в притоке следует производить в пер-
вые дни сплава в минимальные сроки укладываясь в лимитированные дни , установленные зада-нием (п.1.7 задания). Пуск лесоматериалов в молевой лесосплав со склада №2 следует начинать в первую очередь так как продолжительность стояния сплавных горизонтов в верховьях рек как правило наименьшая.
В то же время, не допускается превышение расчётной лесопропускной способности реки по участкам. С учётом изложенных обстоятельств суточный объём сброски лесоматериалов (ин-
тенсивность пуска лесоматериалов в сплав), определяется по формуле /2, стр.28/:
(3.7)
где W
ск
-объём сброски лесоматериалов на участке;
Тсб
-возможное число дней сброски. Принимается из графика сплава.
Интенсивность сброски на складе №1 (на первом участке)
На складе №2 (на втором участке)
Интенсивность пуска плотов со склада №1 (на первом участке)
Одновременно строится и график лесосплава (рис.3.2), последовательность и методика разработ-ки его излагается в разделе 3.3. Расчёт потребности механизмов и рабочих на сброски лесомате-риалов целесообразно изложить по форме табл. 3.3.
Таблица 3.3
Расчёт потребности механизмов и рабочих на сброску лесоматериалов.
Характеристика |
Значение характеристик для склада | |
| №1 | №2 | |
Суточный объём лесоматериалов,
Тип и марка механизма для сброски леса на воду Сменная производительность механизма Псм
Количество принятых смен nсм
Количество механизмов “m
на складе №1 на складе №2 Число рабочих обслуживающих механизм Ежедневная потребность рабочих m*
|
9000 ТСА 900 2 5 - 1 1 |
4400 ЛТ-84 900 2 - 2 1 1 |
В организации первоначального лесосплава предусматривается дистанционно патрульный метод как наиболее прогрессивный. Тип патрульного судна принимается КС- 100А, с техничес-
кой характеристикой:
-скорость хода порожнем-22 км/ч
;
-норма времени (N
в
) в машино-часах для обслуживания 1 км
дистанции лесосплава, в зависимос-
ти от устроенности реки /2, стр.30/.
Для группы устроенности I (В)-N
в
=0.17 ч/км
;
Для группы устроенности II (Б)-N
в
=0.28 ч/км
;
Для группы устроенности III (А)-N
в
=0.49 ч/км
.
Длина дистанции обеспечения без заторного движения лесоматериалов определяется по формуле
/2, стр.30/:
(3.8)
где Тсм
-продолжительность рабочей смены в часах , Тсм
=7 часов;
N
в
-но䁀ма времени в машино-часах для обслуживания 1 км
дистанции.
Расчёт ведём с первого участка, начиная от устья реки.
(группа устроенности уч. №1, по заданию вторая, то есть II (Б), N
в
=0.28
ч/км
);
; ; ;
Время обслуживания отрезка дистанции 75 км
: 75*0.28=21 час.
Второй участок группа II (Б), N
в
=0.28 ч/км
Принимаем:
L
д1
=21 км
; L
д2
=21 км
; L
д3
=21 км
; L
д4
=22км.
В состав патрульной бригады на катере КС-100А, входят всего 10 человек, в том числе:
старшина-моторист-1
лебёдчик-1
оглавщик IV разряда-5
оглавщик V разряда-3
При двухсменной работе (14 часов) численность рабочих на проплаве древесины на одной дис-танции 10*2=20 часов.
На ? дистанций-140 человек в сутки. Суточная численность рабочих на проплаве, указывается в графике сплава.
Расчёт ежедневной потребности рабочих на перепуск лесоматериалов через передерживаю-щую запань. Объём лесоматериалов (W
з
)
и передерживаюшей запани исчисляется по графику
сплава. К дню завершения плотового лесосплава (21 мая), объём лесоматериалов в передерживающей запани определится:
W
з
= 4.4*14+45=106.6 тыс.м3
где 4.4 -суточный объём лесоматериалов со склада №2, тыс. м3
;
14 -дней закрытия запани, в связи с плотовым сплавом на участке 1;
45-объём лесоматериалов поступающий в запань из притока, тыс. м3
(по заданию).
Из передерживающей запани лесоматериалы целесообразно выпустить в проплав в максимально
короткие сроки, но не превышая суточную лесопропускную способность участка №1 ( 28.0 тыс. м3
). Предусматриваем по графику лесосплава начать выпуск лесоматериалов из запани 22 мая и завершить за 8 суток трёхсменной работы, то есть к 30 мая. После этого запань снимается и лесоматериалы со склада № 2 идут свободно по первому участку к месту назначения , то есть к устью реки. Таким образом в запани, с учётом восьми суток, сосредоточится лесоматериалов-
106.6+8*4.2=140.2 тыс. м3
. Суточный выпуск из запани составит 140.2/8 =17.5 тыс. м3
.Принима-ем 17 тыс. м3
в сутки, с учётом гарантированного обеспечения сплава. Тогда по первому участ-ку, с учётом ежедневной сброски со склада №1 расположенного ниже запани-9000 м3
в сутки имеем-17+9.0=26 тыс.м3
< лесопропускной способности участка 1. Таким образом, численность
рабочих на перепуск лесоматериалов через передерживающую запань определится. При суточ-
ном выпуске 17000 м3
и норме 420 м3
на человека в смену, потребуется 17000/420=39 человек в сутки. При трёхсменной работе 13 человек в смену. Суточная потребность рабочих в запани - че- ловек указывается в графике лесосплава с 22 мая по 29 мая включительно.
3.3. Разработка совмещённого графика лесосплава.
Вычерчиваются координатные оси. Левее оси ординат откладывают графу дата сплава, ежед-невная потребность рабочих на сброске, проплаве, запани (без учёта плотового сплава). Ниже оси абсцисс схема реки, места расположения складов, впадения притоков, их загрузка, интенсив-ность сброски лесоматериалов. Далее наносят линии Тв
-возможная продолжительность лесоспла-
ва по участкам реки (из задания 1.4) и “Тр
” расчётная продолжительность лесосплава ( по расчё-ту).
На участке №1 откладывается ордината вывода плотов (15 суток из гидрографа створа №1).
Проводятся линии движения “головы” и “хвоста” лесосплава на втором и первом участках. Про-
должительность проплава “головы” и “хвоста” лесосплава определяют путём деления длины участка на скорость их движения (V
г
,
V
х
). Окончание лесосплава на втором участке не должно быть позже расчётной продолжительности молевого лесосплава на первом участке.
По данным (п.1.6) задания на график наносят вертикальную линию продолжительности вы-пуска из притока. Двойной вертикальной линией наносят сроки задержки леса в запани и выпус-ка из неё. График лесосплава (рис.3.2) в пояснительной записке следует выполнять на миллимит-
ровой бумаге (желательно формата 297*420 мм).
4. Расчёт поперечной запани.
4.1. Определение длины пыжа.
Исходные гидравлические характеристики расчётного створа реки даны в первом разделе расчётной записки. Для расчёта длины пыжа используются гидравлические характеристики для года средней водности (50% обеспеченности). По графику лесосплава выясняют декаду месяца, в течение которой лесоматериалы поступают в запань по формуле (1.20):
Q
д
=
Q
рс
*кдек
,
где Q
рс
-
средний расход воды заданного процента обеспеченности в расчётном створе.
, (4.1)
где Qp
%
-
среднегодовой расход воды года заданной обеспеченности в створе водомерного поста
(табл.1.1);
F
рс
,
F
-соответственно площади водосбора реки в створах расчётном и водомерном поста (при-
нимаются по графику нарастания площади водосбора, рис. 1.1);
кдек
-модульный коэффициент декадного стока по данным водомерного поста /п.2.2 задания/.
По расходам Q
дек
и рис. 1.4. определяют соответствующие им скорость течения V
, среднюю глу-
бинуh
, ширину реки в створе запани вз
. После этого методом последовательных приближений определяют длину лесохранилища для лет 50% и 90% обеспеченности по водности. Если полу-чится, что длина пыжа будет больше расстояния от устья притока до запани, то следует изменить
технологический процесс лесосплава. Или перенести место расположения запани, изменить ин-
тенсивность сброски лесоматериалов или др. Методом последовательных приближений находим длину пыжа.
Длина бревенного пыжа в лесохранилище L
п
, образованного поперечной запанью опреде-
ляется по формуле /3, стр.98/:
, (4.2)
где W
ср
-расчётный объём лесоматериалов в запани, м3
;
r
от
-
относительная плотность древесины, r
от
=0.7;
h
-полнодревесность пыжа, равная отношению объёма брёвен в пыже к его геометриче-
скому объёму, h
=0.3;
Таблица 4.1
Средние гидравлические характеристики реки в створе запани (6 мая-начало заполнения запани, по гидрографу створа запани (рис.1.7) Q
50%
=126 м3
/с
, Q
90%
=110 м3
/с
Процент обеспе- ченности стока, Р%
|
Значение гидравлических характеристик | ||||
Расход Q
(по гидрогра-фу, рис. 1.7) |
Отметка уров-ня водыZ
(рис. 1.4) |
Скорость тече-ния V
(по рис. 1.4) |
Ширина реки В, м (по рис.1.4) |
Средняя глу-бина реки hр
, м (по рис.1.4) |
|
50 90 |
128 115 |
41.2 41.0 |
0.82 0.78 |
65 64 |
2.4 2.2 |
где вз
-средняя ширина водохранилища при уровне воды в период формирования пыжа, вз
=65 м
(табл. 4.1);
t
ср
-средняя толщина пыжа, зависящая от средней бытовой скорости течения “V
”, средней глу-
бины реки h
в зоне лесохранилища, длины пыжа L
п
и от коэффициента стеснения ψ шири-
ны реки пыжом
;
в-
ширина реки.
Значение t
ср
определяется по зависимости (3, стр. 98):
t
ср
=t
ср
0
*φ
(4.3)
где t
ср
0
-средняя толщина пыжа в зависимости от V
и h
, при частном значении L
п
=700 м и от отно-
сительно плотности древесины ρот
=0.7;
φ
-поправочный коэффициент, зависящий от длины пыжа.
Таблица 4.2.
Значения φ=
f
(
L
п
)
(3, стр.98)
| L
п |
100 | 300 | 500 | 700 | 1000 | 2000 |
| φ | 1.2 | 1.1 | 1.04 | 1.0 | 0.96 | 0.92 |
По таблице 4.1. при обеспеченности Р-50%
, имеем показатели: V
=0.82 м/с
; h
=2.4 м
. По этим па-
раметрам. С использованием таблицы 16 (3, стр. 98) находим значение t
ср
0
=0.88 м
, при частном
значении L
п
=700 м
. В первом приближении длина пыжа L
п
1
при Р-50% определяется:
По аналогии ведётся расчёт L
п
и для обеспеченности Р-90%.
Данные расчёта заносятся в таблицу 4.3.
Таблица 4.3.
Значения длины пыжа при 50%
и 90%
обеспеченности.
| Обеспеченность | t
ср 0 , м |
L
п 1 , м |
φ | t
ср , м |
L
п , м |
50 90 |
0.82 0.78 |
4703.0 4906.0 |
0.92 0.92 |
0.77 0.77 |
4969.7 4980.3 |
Значение от запани до устья притока 5 км ( по заданию). В расчёте L
п
=4.9 км
, что обеспечивает
достаточную ёмкость молехранилища.
4.2. Выбор типа запани, расчёт сил, действующих на запань.
Расчёт силы давления пыжа на запань следует вести для гидравлических характеристик реки в
створе запани, соответвтвующим максимальному расходу воды 10% обеспеченности. По расчёт-ным результатам расхода воды Q
( формула 1.7) и данным гидравлических характеристик (рис.1.4) в створе запани, имеем основные параметры, которые приведены в табл. 4.4.
Таблица 4.4.
Гидравлические характеристики в створе запани при Р-10%.
Обеспеченность Р, % |
Расход воды Q
м/с
|
Скорость тече-ния V
, м/с |
Ширина реки вз
м
|
Глубина реки h
, м |
| 10 | 351.8 | 1.25 | 78 | 3.9 |
При скорости течения V
>0.75 м/с
принимаем лежнево-сетчатую запань. Сила давления пыжа на запань определяется по зависимости /3, стр. 100/:
(4.4)
где L
р
-расчётная длина пыжа. При L
п
>8*вз
. Принимаем L
р
= L
п
, при L
п
<8*вз
, L
п
=8*вз
;
вз
-средняя ширина реки в пределах расчётной длины пыжа;
t
п
-
среднее удельное давление потока на единицу площади пыжа;
t
в
-
среднее удельное давление ветра на единицу площади пыжа;
b
-коэффициент, учитывающий взаимодействие пыжа с берегами, зависящий от отношения
L
р
/вз
;
b
1
-коэффициент, учитываюший извилистость русла. В курсовой работе принимается b
1
=1.
t
п
определяется по формуле и таблице /3, стр.100где
t
п
=t
п
1
*
j
t
, (4.5)
где t
п
1
-удельное давление потока на пыж при частном значении потока на пыж при частном значении L
п
=700 м
/3, стр. 100/;
j
t
-поправочный коэффициент, зависящий от длины пыжа, имеющий значения:
| L
п |
100 | 300 | 500 | 700 | 1000 | 2000 |
| j
t |
1.75 | 1.30 | 1.05 | 1.0 | 0.80 | 2.57 |
t
в
определяется по формуле:
, (4.6)
где -опытный коэффициент, зависящий от скорости ветра V
в
, =0.023;
r
в
-плотность воздуха, r
в
=1.3;
V
в
-скорость ветра, V
в
=12 м/с.
В курсовой работе: Lп
=8*вз
=8*78=624 м;
tп
1
=50 Па; j
t
=1.05; tп
=50*1.05=52 Па ;
tв
=0.023*1.3*122
/2=2.15 Па; b
=0.38 /3, стр.98/
Сила давления пыжа на запань, Рд
:
Рд
=
4.3. Выбор крепления запани (опор и лежней).
Натяжение лежня запани определяется по зависимости /3, стр. 103/:
T=k*P
д
, (4.7)
где к
-коэффициент, зависящий от стрелы провеса лежня f
, принимается по таблице 19
/3, стр.104/.
Рекомендуется значение f
= 0.3*вз
, при этом длина лежня в пределах запани L
=1.23*вз
, коэффи-
циент к
=0.57 .
В курсовой работе натяжение лежня определяется:
Т
=0.57*1010.711=576139 Н
Расчётное натяжение лежня определяется по зависимости /3, стр. 104/:
Тр
=3*Т
(4.8)
где 3-коэффициент запаса, принимаемый для лежней
Тр
=3*576139=1728417Н
По лежнево-сетчатой запани натяжение верхней ветви лежня Тв
определяется /3, стр. 104/:
, (4.9)
где tп
-поводная толщина пыжа у запани, принимается по таблице 29, tп
=f(
V,
h)
(3, стр. 105);tп
=2;
а
-возвышение верхней ветви лежня над водой , в зависимости от конструкции плитки запани,
рекомендуется а
=0.35 /3, стр. 104/.
Тв
=
Натяжение нижней ветви лежня Тн
:
Тн
=Тр
-Тв
=1728417-1029695=698722Н
Для лежней принимают канаты диаметром от 30 до 60 мм
.
Число канатов определяют по зависимости /3, стр. 104/:
, (4.10)
где R
-разрывное усилие каната.
Расчётное натяжение в подвесках Тр. пд
определяют по эмпирической зависимости /3, стр. 104/:
Тр. пд
=0.21*Руд
*
, (4.11)
где Руд
-удельное натяжение лежня, приходящееся на 1 м
его длины в пределах речной части:
, (4.12)
где L
р.ч
.
=1.23*вз
=1.23*48=96м
Руд
= на погонный метр;
-расстояние между подвесками. Принимается не менее 0.5 длины сплавляемых лесома-
териалов; =4.5/2=2.25 м
тогда Тр.пд
=0.21*18004*2.25=8507 Н
Выбор канатов:
-верхняя ветвь лежня имеет расчётное натяжение
Тр.в.
=1029.7 кН
-нижняя ветвь имеет: Тр.н.
=698.7 кН
Принимается лежень: верхней ветви-канат стальной, двойной свивки, d
= 35.5 мм
;
-типа ТК, конструкции 6*30*(6+12+12)+1 о.с., ГОСТ 3085-69, маркировочная группа проволо-
ки 1962мПа
, масса 1000 м
– 6270.0 кг
;
-размерное усилие 1138 кН
>1029=Тр.в.
, что удовлетворяет существующим параметрам.
Нижняя ветвь-канат стальной d
= 30 мм
, двойной свивки, типа ТК конструкции 6*30*(6+12+12) +1 о.с., ГОСТ 3085-69, маркировочная группа по временному сопротивлению разрыву 1962 мПа
. Разрывное усилие 804 кН
>Тр.н.
=698.7 кН
, масса 1000 м
– 6270 кг
.
Длина лежня определяется по формуле:
L
л
=1.23*вз
+100+20, (4.13)
где 100 и 20 –расстояние от уреза воды до опор и концов закрепления на анкере.
L
л
=1.23*78+100+20=216 м
Рис. 4.1. Схема к расчёту лежня
1-анкерная опора; 2-лежень3-плитка запани; f
-стрела прогиба; вз
-ширина реки в створе запа-
ни в период формирования пыжа.
Канат для подвесок, при Тр.пд
=7.0 кН
. Принимаем канат стальной d=18 (меньше не допускается для запаней), двойной свивки, типа ЛК-Р конструкции 6*19*(1+6+6+6)+1о.с., ГОСТ-2688-80, маркировочная группа по временному сопротивлению разрыву 1600 мПа
, масса 1000 м
-844.0 кг
, разрывное усилие 169 кН
>7.0 кН
.
Длина подвесок определяется по формуле /3, стр. 105/:
, (4.14)
Количество подвесок:
,
Наплавные элементы и береговые опоры. Принимаем две береговые анкерные опоры, так как
Берег незатопляемый, в качестве опоры принимаем анкерно-стенчатую.
Рис. 4.2. Схема к расчёту анкерно-стенчатой опоры.
Высота опорной стенки (h
с
) определяется по зависимости /3, стр. 114/:
=, (4.13)
где m
-коэффициент запаса устойчивости, m
=1.75;
Рг
-нагрузка на опору, определяется как значение натяжения лежня, Т
=576139 Н
;
r
г
-плотность грунта, кг/м3
, r
г
=1900;
l
п
-коэффициент пассивного отпора грунта /3, стр. 113/:
, (4.16)
j
-угол внутереннего трения грунта, j
=400
,
-длина стенки (анкера), =6 м
;
вг
-ширина траншеи, вг
=1.2 м
=
Диаметр стоек определяется по формуле /3, стр. 114/:
, (4.17)
где -допускаемое натяжение древесины, =102*105
Н/м2
Размеры анкера. Анкер рассчитывают как балку, лежащую на двух опорах и нагруженную
сосредоточенной нагрузкой Рг.л.
, с расчётным пролётом .
Рис. 4.3. Расчётная схема анкера.
Момент сопротивления анкера W
0
определяется:
, (4.18)
, (4.19)
где Рг.а
.
-нагрузка на анкер.
Рг.а.
=1.75. Тлеж
=1.75*576139=1008243 Н;
-расчётный пролёт балки (анкера), /3, стр.114/:
где -длина анкера, =6 м
;
вп
-ширина призмы, вп
=6 м
;
=3 м
;
;
При круглом сечении анкера, момент сопротивления W
:
W
=0.1*d3
При квадратном сечении анкера:
0.07=0.01*d
3
;
Параметры анкера при квадратном сечении:
0.07=;
Наплавные сооружения запани-плитки. Принимаются двухрядные запанные плитки размерами 4.5*6.5 м
.
Количество плиток n
пл
определяется:
где 80-ширина реки в створе запани;
1.23-удлинение лежня в русловой части за счёт стрелы прогиба “f
”
4.5-ширина запанной плитки.