Водный транспорт леса

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.

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} :

Q_max = =335.8 м³ /с ,

где å Q _г, å Q_max -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 k_i -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 C_s принимаются /2,стр.8/:

C_s =2C_v (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

C_{s , 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/:

Q_p% =K_p% *Q _ср , (1.5)

где K_{p %} -модульный коэффициент, определяется по формуле /2,стр.8/:

K_p% =C_v *Ф _p% +1, (1.6)

где Ф_р% - 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.

å Q _{г i} =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

-для обеспеченности:

P _50% , К_50% =С _{v 50} *Ф₅₀ +1=0.044*(-0.013)+1=0.998

P _90% , К_90% =0.044*(-1.27)+1=0.944

P _10% , К_10% =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% * 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

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.

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 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, =0.1м

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 Q_{p %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. *К_дек , (1.22)

В курсовой работе:

Q _{апр.ств.!} =26.75*2.2=58.7 м³ /с

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-

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 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

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.

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 Т_п –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 H_пл90 -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 Т_п определяется (2, стр. 15):

Н_пл90 =К₉₀ *Н_пл.ср. , (1.24)

где К₉₀ -модульный коэффициент, который определяется:

К₉₀ =С _{v 90} *Ф₉₀ +1 ;

Н_пл.ср - среднее арифметическое значение гарантированного уровня на плотбище для каждого

периода.

Значения среднеарифметических гарантированных уровней Н_пл.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

Н_ВП , для каждого периода вывода плотов Т_п для каждого года (п.2.3 задания).

Гарантированные уровни воды на плотбище Н_пл вносят в графу 3 таблицы 1.6 с кривой связи уровней водомерного поста и плотбища, (рис. 1.8). График зависимости Н_пл = f (Н_ВП ) строят по

данным п. 3.10 задания.

В курсовой работе для Т_п =6 суток имеем из таблицы 1.6:

-

-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 К_90% :

К_90% =С _v *Ф₉₀ +1=0.139*(-1.24)+1=0.83

-гарантированный уровень воды 90%-ной обеспеченности, Н_пл90% :

Н_пл90% = К_90% * Н_пл.ср =0.83*563.89=466.7 см=4.667 м

-отметка гарантированного уровня плотбища 90%-ной обеспеченности:

Z _90% = Н_пл90% +Z =4.667+30.7=35.36 м

Методика расчётов для Т_п -9, 12-15 суток аналогична.

Результаты расчётов по данным таблицы 1.6 для Т_п -9-12-15 суток сведены в таблицу 1.7.

Таблица 1.6

Гарантированные уровни воды Т_п -9, 12-15 суток периода вывода плотов.

По вычисленным отметкам уровней воды на плотбище строится график зависимости их от про-

должительности вывода плотов (рис. 1.9) Z ₉₀ =f (Т_п )

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               содержание   ..  828  829  830   ..