Задание № 2 по М ДК 01.02. на 15.02.21. срок сдачи 15.02.21. до 15.00.
Тема занятия: Сооружения на судоходных каналах
Задание: изучите материал темы и ответьте на вопросы.
Движение судов по каналу, носит сложный гидравлический характер и связано с деформациями дна и откосов канала. Деформации ложа канала вызываются не только неустановившимся характером движения воды, но и под воздействием других факторов.
К основным факторам, вызывающим разрушение дна и откосов канала, относятся:
· скорости течения воды при движении судов;
· судовые волны;
· воздействие струй воды от движителей судов;
· сток поверхностных и грунтовых вод;
· действие льда.
Действие судовых волн – основная причина разрушения откосов канала. Судовые волны возникают в результате выведения из равновесия частиц воды движущимся судном. Судовые волны принято разделять на носовые и кормовые, расходящиеся и поперечные. Величина судовой волны существенно зависит от размеров судна и скорости его движения по каналу, и оказывает значительное силовое воздействие на его откосы.
При работе движителей судов, струи воды от винтов распространяются в канал с большими скоростями, которые могут достигать дна и откосов, и иногда, превышать допускаемые значения неразмывающих скоростей для грунтов ложа канала.
При интенсивных осадках и таянии снега вода стекает по откосам в канал со скоростями, зависящими от величины расхода поверхностных вод, интенсивности выпадения осадков, высоты и уклона откосов.
Воздействие грунтовых вод на откосах имеет место при их выходе выше уровня воды в канале, расположенном в глубокой выемке. В каналах, расположенных в насыпи, имеет место фильтрация воды из канала в грунт. Действие грунтовых вод и положение кривой фильтрации зависит от уровня воды в канале, оно сильнее проявляется при высоком уровне. При выклинивании грунтовых вод на откосах происходит насыщение грунта водой, который под действием силы тяжести может потерять свою устойчивость и сползти по откосу. Для исключения этого явления предусматривают покрытие откосов дерном, посев трав, устройство кюветов, дренирование и другие мероприятия.
Одной из причин деформации откосов является действие льда, которое проявляется при колебаниях уровня воды в канале. В зимний период грунт откосов смерзается со льдом и при повышении или понижении уровня ледяной покров вблизи берега изгибается вверх или вниз, разрушая откос по всей длине на высоте сцепления льда с грунтом. При регулярных и незначительных колебаниях уровней воды у кромки берега наблюдаются продольные трещины, не успевающие замерзнуть, поэтому связь ледяного покрова с откосом и его разрушения отсутствует.
Наиболее эффективным инженерным мероприятием, направленным на предотвращение деформации откосов канала, считается устройство креплений, способных погасить энергию судовых волн, исключить воздействие льда и других рассмотренных факторов, не причиняя повреждения откосов.
Объем воды, необходимый для поддержания судоходных глубин в канале, удовлетворения нужд других потребителей и покрытия потерь должен обеспечиваться за счет естественного, искусственного или смешанного питания.
Естественное (самотечное) питание осуществляется за счет естественного стока воды в водосборный бассейн канала: водораздельный бьеф или водохранилище. Для этой цели стремятся использовать ествественные водотоки (реки и озера), расположенные вблизи водораздельного бьефа и промежуточных бьефов между шлюзами (рис. 2).
Рис.2. Схема водораздельного бьефа канала с естественным питанием:
1 – верхнее водохранилище; 2 – соединительный канал; 3 – нижнее водохранилище; 4 – питающий канал; 5 – водораздельный бьеф; 6 – шлюзы замыкающие водораздельный бьеф; 7 – подпорные сооружения с водосбросом; 8 – озеро, питающее водораздельный бьеф
При самотечном питании специально созданные водохранилища, снабжающие водой судоходный канал, располагают выше наивысшего расчетного уровня воды в бьефе канала. Для регулирования расхода воды, поступающего в канал, в составе подпорных сооружений на реках, озерах и водохранилищах устраиваются водосбросы с затворами. Примерами каналов с естественным питанием являются Волго-Балтийский и Беломорско-Балтийский.
Искусственное и смешанное питание каналов водой применятся в том случае, когда естественного стока воды в бассейн канала недостаточно. Питание в этих случаях осуществляется путем перекачки воды насосными станциями из нижних бьефов в верхние вплоть до водораздельного бьефа. Примерами каналов со смешанным питанием являются Волго-Донской и им. Москвы.
Насосные станции Волго-Донского канала располагаются в специально прорытых к ним подводящих каналах (рис. 3) и совмещены с водосбросами, которые служат для регулирования уровней воды в бьефах.
Рис. 3. Схема расположения насосной станции на Волго-Донском канале:
1 – судоходный шлюз; 2 – верхний подходной канал; 3 – отводящий канал; 4 – насосная станция; 5 – подводящий канал; 6 – эстакада с забральной балкой; 7 – нижний подходной канал;
Насосные станции канала им. Москвы снабжены обратимыми пропеллерными машинами, что позволяет им работать в насосном и генераторном (турбинном) режимах. В часы минимального потребления электроэнергии насосные станции используют избыточную электроэнергию энергосистемы для наполнения водохранилищ на канале, а в часы максимального потребления электроэнергии через насосные станции сбрасывается вода из водохранилищ и они, работая в турбинном режиме, вырабатывают электроэнергию.
Для исключения возможности перенаполнения или переопорожнения бьефов канала насосные станции работают в автоматическом режиме, а управление их работой – централизовано.
На судоходных каналах возводятся различные по назначению сооружения. Они разделяются на общие, встречающиеся на всех каналах, и специальные, принимаемые для определенных водохозяйственных целей.
К общим сооружениям относятся водозаборные и водопроводящие сооружения, сооружения для пропуска наземного транспорта и населения, ремонтные и аварийные сооружения и др.
Водозаборные сооружения обеспечивают подачу воды из каналов на нужды водоснабжения, орошения, обводнения и др. цели. Водопроводящие сооружения возводят при пересечении трассы канала с водотоками и другими препятствиями: трубы, дюкеры, акведуки, туннели и др.
К числу сооружений для пропуска наземного транспорта и перевозки населения относят мосты, эстакады, акведуки, паромные переправы, пристани и причалы. Для обеспечения безопасного прохода судов под мостовыми переходами и линиями электропередач устанавливаются их габариты (ширина пролета и высота от наивысшего судоходного уровня) в зависимости от типа перехода. Подмостовой габарит на шлюзах Волжско-Камского каскада и Волго-Балтийского водного пути, например, назначают не менее 16,5 м. Наименьшие расстояния от проводов воздушных линий электропередач определяют в зависимости от надводного габарита судна и запаса от несъемной части надстроек судна до проводов ЛЭП, который принимают в зависимости от энергонапряжения в проводах.
В качестве ремонтных и аварийных сооружений на каналах используют заградительные ворота, водосбросы и водоспуски. Заградительные ворота устанавливаются по краям водораздельного бьефа или в конце больших бьефов, на склонах канала с целью предотвращения возможности опорожнения бьефов в случае аварий на сооружениях. Водопропускные сооружения (водосбросы и водоспуски) необходимы для регулирования объемов и уровней воды в канале, полного или частичного опорожнения бьефов при выполнении ремонтных работ. Водосбросы обеспечивают пропуск определенного расхода воды, а водоспуски – полное опорожнение бьефа канала.
Вопросы к теме:
1. Каковы причины разрушения дна и откосов канала?
2. Перечислите мероприятия направленные на предотвращения разрушений откосов канала?
3. Перечислите сооружения, возводимые на каналах.
4. В каких случаях используют водосбросы и водоспуски?
5. Как используются заградительные ворота для ремонтных работ?
. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ
«Отлично» - работа сдана в срок, на все вопросы даны правильные ответы в полном объеме.
«Хорошо» - работа сдана в срок, на вопросы даны правильные ответы в объеме 85-99%
«Удовлетворительно» - на вопросы даны правильные ответы в объеме не менее 60%, работа сдана с нарушениями установленного срока