ВВЕДЕНИЕ. Кандидат технических наук, доцент Санкт-Петербургского

Москаль А.В.

ВОДНЫЕ ПУТИ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

Санкт-Петербург

Рецензент:

Кандидат технических наук, доцент Санкт-Петербургского

государственного университета водных коммуникаций

Зернов А.В.

Москаль А.В.

Водные пути и гидротехнические сооружения: Методические указания по выполнению практических работ. – СПб.: СПГУВК, 2011. – 48 с.

Методические указания содержат рекомендации по выполнению практических работ по дисциплине «Водные пути и гидротехнические сооружения» и предназначены для студентов II курса очной формы обучения, обучающихся на факультете экономики и финансов по специальностям 190701.65 «Организация перевозок и управление на транспорте».

ã «Санкт-Петербургский государственный

университет водных коммуникаций», 2011

ã Москаль А.В. 2011

ВВЕДЕНИЕ

В методических указаниях приведен состав исходных данных, содержание и порядок выполнения практических работ по курсу ”Водные пути и гидротехнические сооружения”. Практические работы включают выполнение расчетно-графических работ. Исходные данные выдаются каждому студенту индивидуально.

Каждая практическая работа оформляется отдельно, в виде пояснительной записки, которая должна содержать необходимые расчеты и графические материалы.

Текст записки должен быть написан на листах бумаги формата 210× 297 мм. При выполнении расчетов выписываются все формулы, приводится расшифровка использующихся в них символов с указанием размерности в системе СИ и даются необходимые пояснения.

Все чертежи и графики должны выполняться карандашом на миллиметровой бумаге форматов 210× 297 или 420× 297 мм с указанием названия, масштаба и всех необходимых размеров и обозначений.

При желании можно использовать для оформления пояснительной записки редакторы текста, графические пакеты и электронные таблицы.

Практическая работа № 1.

Построение графика колебания уровней воды, графиков повторяемости и обеспеченности навигационных уровней.

Цель работы: По данным наблюдений за уровнями воды и ледовыми явле- ниями на гидрологическом посту построить график колебания уровней воды за год, определить продолжительность физчес- кой навигации и отметить характерные уровни. Для периода физической навигации вычислить повторяемость и обеспе- ченность навигационных уровней воды и построить соответ- ствующие графики.

Исходные данные: Таблица ежедневных уровней воды.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Построение графика колебания уровней воды.

График колебания уровней воды строится на листе миллиметровой бумаги размером 420× 297 мм (рис.1). Горизонтальный масштаб принимается равным 1 мм - 1 сутки, а вертикальный выбирается в зависимости от амплитуды колебания уровней воды, обычно 1: 25, 1: 50 или 1: 100 (хотя может быть и крупнее при малой амплитуде колебания уровней). Рекомендуется наносить точки на график подекадно (за десятидневки), а затем соединять их плавной линией.

В верхней части графика (по условным значкам из таблицы ежедневных уровней воды) показываются фазы ледового режима: заштрихованной линией - ледостав (неподвижный ледовый покров), не заштрихованной - ледоход. После этого определяется и обозначается на графике продолжительность физической навигации - периода свободного от льда русла (от конца весеннего ледохода до начала осеннего ледохода).

Кроме годового хода уровней воды на графике отмечаются характерные уровни: максимальный навигационный уровень (МНУ), наинизший

навигационный уровень (ННУ) и проектный уровень воды (ПУ - уровень обеспеченностью 90% по кривой обеспеченности, находится в третьей части практической работы).

2. Вычисление повторяемости и обеспеченности

навигационных уровней воды.

Определяется амплитуда колебания навигационных уровней воды:

, см (1)

Амплитуда разбивается на 12-15 интервалов по 10, 20, 50 или 100 см. Для удобства построений верхний и нижний интервалы могут быть неполными, т.е. меньше величины выбранного интервала уровней воды. Границы всех интервалов выписываются в первый столбец табл.1 в убывающем порядке высот уровней.

Продолжительность периода физической навигации зависит от климатических условий местности, в которой находится рассматриваемый гидрологический пост, и может быть определена по таблице ежедневных уровней или по графику колебания уровней воды. Номера месяцев навигации для заданного гидрологического поста выписываются в шапку табл.1.

Затем для каждого месяца навигации производится ”разноска” измеренных уровней воды по интервалам. В таблице ежедневных уровней воды поочередно (с первого до последнего дня месяца) рассматриваются измеренные уровни и определяется, в пределах какого интервала они оказались. При этом для каждого из интервалов подсчитывается число дней в месяце, когда на рассматриваемом гидрологическом посту наблюдались уровни воды в пределах этих интервалов, а результаты записываются в табл.1. Следует отметить, что если уровни воды в течение месяца изменялись незначительно, то все они могут оказаться в пределах одного или двух интервалов. С целью контроля правильности выполнения ”разноски” уровней воды для каждого месяца производится суммирование получен-

Таблица 1

ных результатов. Итог должен совпадать с количеством дней в месяце (может быть меньше для первого и последнего месяцев навигации) и записывается в нижнюю графу табл.1.

Для каждого интервала уровней воды определяется повторяемость в днях (частота), показывающая, как часто за рассматриваемый период времени (в нашем случае - ) на гидрологическом посту наблюдались уровни воды в пределах данного интервала. После этого вычисляется повторяемость в процентах от продолжительности физической навигации (с точностью до 0, 01%). Для проверки правильности вычислений полученные результаты складываются. Сумма частот (в днях) должна совпадать с , а сумма значений повторяемости - составлять 100, 00%.

Затем для каждого интервала уровней находится продолжительность стояния (путем сложения частот) и обеспеченность (суммированием значений повторяемости) навигационных уровней воды. Производится очередной контроль правильности расчетов: для нижнего интервала уровней воды сумма значений продолжительности (в днях) по всем интервалам должна равняться , а сумма значений обеспеченности (в %) - равняться 100, 00%.

3. Построение графиков повторяемости и обеспеченности

навигационных уровней воды.

По данным табл.1 на листе миллиметровой бумаги размером 420× 297 мм строятся графики повторяемости и обеспеченности навигационных уровней (рис.2). Горизонтальный масштаб принимается равным 1 см - 4%, а вертикальный - таким же, как на графике колебания уровней воды. График повторяемости представляет собой ступенчатую диаграмму, а обеспеченности - плавную кривую. При построении графиков значения повторяемости откладываются от середины интервалов уровней воды, а обеспеченности - от нижних границ интервалов.

По кривой обеспеченности определяется значение проектного уровня, которое наносится на график колебания уровней воды. При выполнении практической работы обеспеченность проектного уровня принимается равной 90%.

Практическая работа №2.

Улучшение судоходных условий на затруднительном участке реки.

Цель работы: Затрассировать дноуглубительную прорезь с целью обеспе- чения нормальных судоходных условий на затруднительном участке реки. Определить объем дноуглубительных работ, эксплуатационные и экономические показатели работы дно- углубительного снаряда. Расставить навигационные знаки на перекатном участке реки.

Исходные данные:

1. План участка реки в изобатах при проектном уровне.

2. Род грунта на перекате.

3. Осадка (, м), длина (, м) и ширина (, м) расчетного судна.

4. Техническая производительность дноуглубительного снаряда (, м³/ч).

5. Технологический коэффициент () для переката.

6. Район работы дноуглубительного снаряда.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Определение габаритов водного пути

1.1. Минимальная гарантированная (проектная) глубина судового хода определяется по выражению:

, м (2)

где - осадка расчетного судна; - запас воды под днищем судна.

Запас воды под днищем судна принимается согласно ”Правилам плавания по внутренним водным путям РФ”:

= 0, 10 - 0, 20 м при < 1, 5 м

= 0, 15 - 0, 25 м при = 1, 5 - 3, 0 м

= 0, 20 - 0, 30 м при > 3, 0 м

Полученное значение гарантированной глубины судового хода округляется в большую сторону с точностью до 5 см.

1.2. Минимальная гарантированная (проектная) ширина судового хода при двустороннем движении на прямолинейных участках реки:

, м (3)

где и - ширина ходовой полосы расчетного судна (состава) соответственно низового и верхового направления; - запас ширины судового хода между судами (составами) и кромками судового хода; - запас ширины судового хода между встречными судами (составами).

При выполнении данной практической работы запасы по ширине судового хода учитываются при помощи численного коэффициента, и формула (3) принимает вид:

, м (4)

где - ширина расчетного судна (состава).

Полученное значение гарантированной ширины судового хода округляется в большую сторону с точностью до 5 м.

1.3. Минимальный радиус кривизны судового хода R определяется из условия:

, м (5)

где - длина расчетного судна (состава).

Полученное значение минимального радиуса кривизны судового хода округляется в большую сторону с точностью до 10 м.

2. Определение экономических показателей разработки

судоходной прорези.

2.1. На плане участка реки (рис.3) наводится проектная изобата, соответствующая минимальной гарантированной глубине судового хода.

2.2. На плане переката трассируется судоходная прорезь (если на перекате не выдержаны минимальные габариты пути , и ) и выбирается место для отвала грунта.

Судоходная прорезь должна отвечать следующим требованиям:

- иметь установленные габариты судового хода;

- быть удобной и безопасной для судоходства;

- иметь минимальный объем выемки грунта;

- быть устойчивой, т.е. иметь небольшой объем заносимости;

- способствовать (вместе с отвалом грунта) общему улучшению состоя- ния переката.

Первоначально судоходная прорезь намечается по линии наибольших глубин. Ширина прорези принимается равной гарантированной ширине судового хода . Радиусы кривизны судового хода на входе и на выходе не должны быть меньше . В случае несоблюдения данных условий, прорезь делают более пологой или с изломом, хотя объем работ при этом несколько увеличивается.

Для разработки судоходной прорези выбирается тип земснаряда, для которого затем и выполняются все расчеты.

Перекаты, сложенные несвязными грунтами (песок, супесь, песчано-гравийная смесь), разрабатываются преимущественно землесосами с плавучим грунтопроводом (рефулером).

Отвал грунта от землесоса рекомендуется устраивать вдоль всей прорези, примыкая к верхнему побочню. Расстояние от оси отвала грунта до оси судоходной прорези не должно превышать 2/3 длины рефулера (плавучий грунтопровод изгибается под действием течения воды). При выполнении данной практической работы предполагается, что прорезь на перекате с несвязным грунтом разрабатывается землесосом с рефулером длиной 300 м.

Для разработки тяжелых и связных грунтов (глины, суглинки) используют многочерпаковые снаряды. В этом случае грунт удаляется в отвал при помощи грунтоотвозных шаланд. Место для шаландового отвала грунта выбирается ниже по течению прорези в стороне от судового хода, где глубины достаточны для разгрузки шаланд (2 метра и более).

3.2. Определяется объем дноуглубительных работ при разработке прорези. Для этого строятся продольные профили русла по оси и кромкам судового хода (рис.4). Площадь каждого профиля подсчитывается как сумма площадей отдельных геометрических фигур или планиметром.

Полезный объем извлекаемого грунта (до проектного дна) подсчитывается по формуле:

, м³ (6)

где - площади удаляемого грунта на правой кромке, на оси и на левой кромке прорези; - ширина прорези, принимаемая равной .

Объем грунта, извлекаемого земснарядом вследствие неровности выработки, подсчитывается по формуле:

, м³ (7)

где - площадь прорези; - длина прорези; - запас на неровность выработки.

Запас на неровность выработки принимается по ”Технической инструкции по производству дноуглубительных работ” и зависит от рода грунта, типа земснаряда, способа его работы (перемещения по прорези) и других факторов. Землесосы при работе на прорези перемещаются преимущественно траншейным способом, а многочерпаковые снаряды - папильонажным.

При выполнении практической работы запас на неровность выработки принимается равным:

- для землесосов =0, 6 м;

- для многочерпаковых снарядов c производительностью: 250 м³/ч =0, 1 м;

250 м³/ч =0, 2 м;

Полный объем грунта, извлекаемого из судоходной прорези, определяется как сумма полезного объема и объема переуглубления:

, тыс.м³ (8)

Полученное значение полного объема грунта округляется с точностью до 100 м³.

3.3. Определяется время разработки прорези земснарядом.

Технологическое время определяется по формуле:

, ч (9)

где - технологический коэффициент, задаваемый для каждого объекта работ (переката) в зависимости от конкретных условий работы земснаряда (рода грунта, дальности его удаления, толщины снимаемого слоя и т.д.); - техническая производительность земснаряда.

В состав технологического времени входят рабочее время (в течение которого земснаряд извлекает и удаляет грунт), время всех производственных остановок (установка земснаряда на месте работы, сборка каравана для следования на другой объект работы, перекладки станового и боковых якорей и т.д.) и части периодических остановок (осмотр, смазка и мелкий профилактический ремонт механизмов, очистка грунтовых путей, пропуск судов).

Валовое время (полное время работы земснаряда):

, ч (10)

где - дополнительное время на буксировки, простои при заборе топлива, крупный профилактический ремонт и случайные остановки (простои по метеоусловиям и при оказании помощи судам, терпящим аварию).

Дополнительное время составляет примерно 10% от технологического времени .

3.4. Определяется полная стоимость разработки судоходной прорези:

, у.е. (11)

где - суточная стоимость содержания дноуглубительного снаряда, принимаемая по табл.2 в зависимости от района работы; - валовое время работы земснаряда в сутках.

3.5. Определяется себестоимость извлечения 1 м грунта дноуглубительным снарядом:

, у.е./м³ (12)

Таблица 2

Тип земснаряда	Q ,	Стоимость суточного содержания земснаряда (у.е./сут.)
	м /ч	Северный район	Южный район
Землесосы		1 975 3 250 3 550 5 300	1 525 2 050 2 250 4 200
Многочерпаковые снаряды		2 600 3 425 6 250	1 975 2 175 4 825

4. Расстановка навигационных знаков.

На плане участка реки показывается схема расстановки береговых и плавучих навигационных знаков. Основными навигационными знаками на реках являются береговые (створные, перевальные, ходовые и др. знаки), являющиеся более надежными, чем плавучие. Но на реках встречаются участки, где положение судового хода относительно берегов не позволяет применять береговые знаки. В таких случаях судовой ход может быть огражден только плавучими знаками.

На плесовых участках реки устанавливают, в основном, береговые навигационные знаки. Плавучие знаки устанавливают только у отдельных препятствий (камни-одинцы, осередки и т.д.), если они находятся вблизи кромок судового хода. На перекатных участках для более точного указания кромок судового хода в дополнение к береговым навигационным знакам устанавливают также плавучие знаки.

При расстановке береговых навигационных знаков руководствуются следующими соображениями. Если берега отмелые и судовой ход проходит в средней части русла, он может быть обозначен последовательно установленными створами.

Судовой ход, переходящий (переваливающий) от одного приглубого берега к другому приглубому берегу, обозначается створно-перевальными или перевальными знаками, установленными по обоим концам перевала.

Судовой ход, расположенный вдоль приглубого (ходового) берега, при его значительной протяженности обозначается ходовыми знаками, причем на обоих концах ходового берега обязательно устанавливаются перевальные или створно-перевальные знаки. При небольшой длине и малой кривизне ходового берега ходовые знаки не устанавливают, ограничиваясь установкой только перевальных или створно-перевальных знаков.

Если створы последовательно закрепляют ось судового хода на нескольких следующих друг за другом прямолинейных участках, необходимо так располагать створные знаки, чтобы оси смежных створов пересекались в пределах судового хода. На криволинейных участках допускается пересечение осей створов за пределами судового хода. В этом случае устанавливается створ-тройник, один из знаков которого является общим для обоих створов. Створы-тройники разрешается устанавливать только на приглубых берегах.

Количество плавучих навигационных знаков на перекатных участках определяется в зависимости от длины корыта переката. На перекатах, длина корыта которых не превышает двойной ширины судового хода, допустима установка только двух буев: верхнего - у верхнего побочня и нижнего - у нижнего побочня. Перекаты, длина которых больше двойной ширины судового хода, обставляются обычно тремя-четырьмя буями: одним - двумя на входе и двумя на выходе. Знаки при этом рекомендуется ставить с некоторой сдвижкой, а не напротив друг друга. При большой длине судоходной прорези (800-1000 м) количество плавучих навигационных знаков увеличивается.

На плане переката (рис.3) приводится схема расстановки навигационных знаков. Линейный створ 1 обозначает положение оси судового хода в верхней плесовой лощине. Ось судового хода на перекате обозначена створом 2, передний знак которого является створно-перевальным. Ходовой знак 3 обозначает судовой ход, расположенный в нижней плесовой лощине у левого ходового берега. Кромки судового хода на перекате дополнительно обставлены четырьмя буями 4, которые дублируются плавучими вехами 5.

Практическая работа № 3.

Расчет осевого створа.

Цель работы: Определить размеры сигнальных щитов, междустворное

расстояние и высоту переднего и заднего знаков осевого

(линейного) створа на заданном участке реки.

Исходные данные:

1. План участка реки со схемой расстановки навигационных знаков,

составленной при выполнении практической работы №2.

2. Скорость движения расчетного судна относительно берегов (, м/с).

3. Длина (, м) и ширина (, м) расчетного судна.

Осевой (линейный) створ служит для обозначения на местности оси судового хода. Створ состоит из двух знаков (переднего и заднего), устанавливаемых на берегу на продолжении оси судового хода, причем задний знак должен быть выше переднего. Судно считается идущим по створу (оси судового хода), если оно и оба створных знака находятся на одной прямой. В этом случае судоводитель видит оба створных знака (в ночное время - оба створных огня) находящимися на одной вертикали. При уклонении судна вправо или влево знаки уже не будут на одной вертикали, что служит указанием судоводителю о необходимости изменить курс судна.

Зрительная задача по оценке взаимного расположения створных знаков (огней) решается судоводителем не абсолютно точно, а с некоторой погрешностью, которая обусловлена особенностями человеческого глаза. Судоводитель считает, что судно находится в створе не только тогда, когда знаки (огни) действительно находятся на одной вертикали, но и когда они смещены друг относительно друга на горизонтальный угол, меньший или близкий к разрешаемому углу . При проводке судов по осевым створам оценка расположения знаков (огней) на одной вертикали происходит с ошибкой . Таким образом, осевой створ фактически обеспечивает проводку судна не по оси судового хода, а в пределах некоторой зоны. Эта зона называется створной, а ограничивающие ее дуги - визирными кривыми. За пределами створной зоны знаки будут казаться не в створе. Для сужения створной зоны (увеличения чувствительности створа) нужно увеличить расстояние между передним и задним знаками осевого створа (междустворное расстояние).

Достоинством осевого створа считается его высокая чувствительность, позволяющая применять его на участках водного пути с узким судовым ходом. К недостаткам следует отнести затруднительность ориентировки судоводителей при расхождениях, если отсутствуют кромочные плавучие знаки. Осевые створы являются наиболее распространенными береговыми навигационными знаками на внутренних водных путях.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. По согласованию с преподавателем на плане участка реки выбирается осевой (линейный) створ, подлежащий расчету. По плану участка реки устанавливается дальность действия створа - расстояние от переднего знака до наиболее удаленной (конечной) точки на оси створа (рис.5). Затем по данным табл.3 с учетом установленной дальности действия створа и в зависимости от метеорологических условий выбирают тип и размеры щитов переднего и заднего знаков осевого створа (оба знака должны быть одного типоразмера). Значение коэффициента пропускания атмосферы принимается равным 0, 7 (легкая дымка). Для осевых створов могут применяться сигнальные щиты квадратной или прямоугольной формы, а также комбинированные щиты (комбинированный щит состоит из двух щитов - вертикального квадратного и наклонного трапецеидального). Сигнальные щиты выбранных размеров должны обеспечивать дальность действия створа (дальность обнаружения сигнальных щитов) не менее .

Таблица 3

Тип щита	Типо-размер	Форма щитов	Размеры щитов, см	Расчетная дальность действия, км, при ко-
Верхнее основание	Нижнее основание	Высота	эффициенте пропускания атмосферы
0, 7	0, 84
Тип 1 (с прямо- угольным щитом)		Квадрат				1, 0	1, 5
				2, 2	2, 9
				2, 9	3, 8
				3, 5	4, 6
				3, 9	5, 2
	Прямо- угольник				3, 0	4, 0
				3, 5	4, 5
				4, 0	5, 5
				5, 0	7, 0
				6, 0	8, 0
Тип 5 (комбини- рованный)		Квадрат и трапеция				3, 0	4, 0
	То же				4, 0	6, 0

2. Определяется значение запаса на опасное уклонение расчетного судна от оси створа. Этот запас обеспечивает пространство для безопасного выполнения маневров, если судно вышло из створной зоны. В этом случае судоводитель должен изменить курс для возвращения судна в створную зону, однако после перекладки руля судно некоторое время будет двигаться по инерции неверным курсом, находясь за визирной кривой. Если бы граница створной зоны располагалась рядом с кромкой судового хода, то возникла бы опасность посадки судна на мель.

Запас на опасное уклонение судна от оси створа определяется по следующей формуле (расчетная схема осевого створа приведена на рис.6):

, м (13)

где - скорость движения расчетного судна относительно берегов, м/с;

- время движения судна по неверному курсу, принимается для

пассажирских и самоходных грузовых судов 20 с, для больших

Рис.6. Расчетная схема линейного створа:

а - план; б - разрез по оси створа

толкаемых составов 50 с, для быстроходных судов на подводных

крыльях 14 с (при выполнении практической работы № 3 расчет

ведется для пассажирских и самоходных грузовых судов);

- расстояние от форштевня до рубки управления судна, м (при

выполнении практической работы № 3 принимается );

и - соответственно длина, и ширина расчетного судна, м;

- средний радиус циркуляции судна при малых углах перекладки

руля, принимаемый для водоизмещающих судов , для

быстроходных судов на подводных крыльях – 800 м.

3. Определяется расстояние между передним и задним знаками осевого створа (междустворное расстояние ). Это расстояние должно быть таким, чтобы в конце зоны действия створа (на расстоянии ) по обе стороны от визирных кривых до кромок судового хода имелся запас на опасное уклонение (см. рис.6). При этом допустимое боковое уклонение судна в конечной точке ходовой части осевого створа будет равно

, м (14)

где - фактическая ширина судового хода в конечной точке створа, м

(определяется по плану участка реки).

Если ось створа в конце зоны его действия делит судовой ход на неравные части, то в формулу (14) вместо значения подставляется меньшее из двух расстояний от оси створа до кромки судового хода.

Междустворное расстояние для осевого створа определяется с учетом минимально допустимого горизонтального разрешаемого угла

, км (15)

где и выражены в километрах, а - в метрах.

4. Определяются высоты переднего и заднего знаков осевого створа. При выполнении практической работы №3 дальность действия осевого створа не превышает 9 километров, поэтому при расчетах не учитываются кривизна земной поверхности и рефракция. В этом случае минимальная высота верхней кромки сигнального щита (навигационного огня) переднего знака осевого створа над расчетным уровнем воды, в качестве которого на реках принимается проектный уровень, определяется по формуле

, м (16)

где - высота переднего знака относительно своего основания, м;

- возвышение основания переднего знака над расчетным уровнем

воды, определяется по плану местности (в работе №3 принима-

ется по согласованию с преподавателем в пределах 3÷ 6 м).

Минимальную высоту переднего знака принимают равной высоте сигнального щита с запасом , равным 1÷ 2 м (чтобы нижнюю кромку щита не заслоняла растительность)

, м (17)

где - высота щита стандартного знака, выбранная по табл.3, м.

При определении высоты заднего знака осевого створа следует знать, что его превышение над передним знаком должно быть достаточным для раздельной видимости их сигнальных щитов (ночью - навигационных огней). Это условие выполняется, если угол между вершинами знаков при наблюдении из любой точки створной зоны лежит в пределах от 3 до 15 угловых минут (этот угол называется вертикальным углом створа). Расчет высоты заднего знака осевого створа производится дважды: при наблюдении из дальней (на расстоянии ) и ближней (на расстоянии - неходовой части створа) точек ходовой части створной зоны. Окончательно принимается большее из двух полученных значений.

При наблюдении из дальней точки ходовой части створной зоны минимальная высота заднего знака осевого створа над расчетным уровнем воды определяется из условия обеспечения минимального вертикального угла

, м (18)

где - высота глаза судоводителя над расчетным уровнем воды (в работе

№3 принимается равной 5 м).

Минимальная высота заднего знака при наблюдении из ближней точки ходовой части створной зоны определяется также по формуле (18), только вместо величины подставляется . При использовании формулы (18) значения и подставляются в метрах, а значения , и - в километрах.

Практическая работа № 4.

Расчет щелевого створа.

Цель работы: Определить размеры сигнальных щитов, междустворное

расстояние, горизонтальную базу, высоту передних и

заднего знаков щелевого створа на водохранилище

Исходные данные:

1. Дальность действия створа (, км).

2. Длина неходовой части створа (, км).

3. Гарантированная ширина судового хода (, м).

4. Скорость движения расчетного судна относительно берегов (. м/с).

5. Длина (, м) и ширина (, м) расчетного судна.

Щелевой створ – это система из трех береговых навигационных знаков (навигационных огней) для обозначения на местности положения оси судового хода и его кромок. Знаки щелевого створа расположены в вершинах равнобедренного треугольника. Два передних знака располагаются на прямой линии, перпендикулярной продолжению оси судового хода, и отстоят от нее на одинаковом расстоянии. Третий знак (задний) расположен на продолжении оси судового хода симметрично относительно передних. Задний знак принято называть ведущим, а передние – ограничительными.

При нахождении судна на оси судового хода судоводитель видит задний знак посередине между передними. Если судно уклонилось от оси судового хода, но находится в пределах створной зоны, расстояние между задним знаком и одним из передних уменьшается. При выходе судна из створной зоны исчезает видимый зазор между щитами (огнями) заднего и одного из передних знаков. Следует отметить, что створные зоны ночного створа (створа огней) и дневного створа (створа знаков) не совпадают. Ночной створ имеет более широкую зону, чем дневной, поэтому с точки зрения безопасности судоходства основным следует считать расчет ночного створа (схема расчета ночного щелевого створа, который производится при выполнении практической работы №4, показана на рис.7).

Щелевые створы менее чувствительны по сравнению с осевыми, поэтому их применяют гораздо реже. Щелевые створы главным образом используются на крупных водохранилищах и озерах при большой ширине судового хода и имеют дальность действия до 20 километров и более.

Рис 7. Расчетная схема щелевого створа

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Знаки щелевых створов имеют сигнальные щиты прямоугольной формы. При дальности действия створов более 9 километров площадь щитов, необходимая для их уверенного различения судоводителями, должна равняться сотням квадратных метров. Сооружение таких крупных знаков неэкономично, т.к. при этом приходится возводить громоздкие и сложные конструкции. Поэтому принято в большинстве случаев использовать для больших расстояний сигнальные щиты, угловой размер которых по высоте равен двум угловым минутам, а по ширине – одной угловой минуте. При этом высота и ширина щитов щелевого створа определяются по формулам

, м (19)

, м (20)

Значение дальности действия створа подставляется в формулы (19) и (20) в километрах. Щиты указанных размеров видны на заданные расстояния в светлое время суток при высокой прозрачности атмосферы.

2. Допустимое боковое уклонение в конечной точке действия створа рассчитывается по формуле

, м (21)

При выполнении практической работы №4 в качестве фактической ширины судового хода в формулу (21) подставляется гарантированная ширина судового хода . Запас на опасное уклонение расчетного судна от оси створа определяется по формуле (13) также как при расчете осевого створа.

Минимальное расстояние между передними огнями створа , называемое горизонтальной базой щелевого створа, определяется из условия раздельной видимости всех трех огней при наблюдении их из дальней точки ходовой части створа, причем угол между огнями передних знаков должен быть не менее , тогда (значение подставляется в километрах)

, м (22)

При незначительном вертикальном угле между верхними кромками щитов (огнями) передних и заднего знаков значение разрешаемого угла для щелевого створа может быть принято . С учетом этого междустворное расстояние при заданной дальности действия створа и допустимом боковом уклонении определяется по формуле

, км (23)

и подставляются в формулу (23) в метрах, а - в километрах.

3. По мере удаления от передних знаков створа ширина створной зоны и значения бокового уклонения сначала увеличиваются, достигая на некотором расстоянии наибольшего значения , а затем вновь уменьшаются. Если ширина створной зоны окажется максимальной на расстоянии меньшем, чем , то щелевой створ может не обеспечить безопасного судоходства из-за того, что визирные кривые будут проходить слишком близко к кромкам судового хода или даже уходить за них. Поэтому при расчете щелевого створа необходимо определить значение , а также соответствующее ему боковое уклонение и проверить, допустимо ли оно. Для этого используются формулы (при )

, км (24)

, м (25)

В формулы (24) и (25) подставляется в метрах, а - в километрах.

В случае, когда < необходимо проверить условие

(26)

Если условие (26) не выполняется, то следует произвести расчет щелевого створа заново, увеличив значение междустворного расстояния .

4. Высота передних знаков щелевого створа при дальности действия более 9 километров определяется с учетом кривизны земной поверхности и рефракции, чтобы на пределе дальности действия створа над горизонтом возвышался весь щит. Высота верхних кромок сигнальных щитов передних знаков над расчетным уровнем воды (на водохранилищах в качестве расчетного принимается нормальный подпорный уровень) определяется по формуле

, м (27)

Высота сигнального щита и высота глаза судоводителя над расчетным уровнем воды подставляются в формулу (27) в метрах, а дальность действия створа - в километрах.

При расчете высоты заднего знака щелевого створа нет необходимости обеспечивать вертикальный угол между вершинами передних и заднего знаков . В принципе, допустимо, чтобы высоты всех трех знаков были равны. В этом заключается одно из преимуществ щелевого створа по сравнению с осевым, т.к. нет надобности строить задний знак больших размеров. Обычно при расчетах задний знак делают несколько выше передних и принимают вертикальный угол , чтобы можно было в светлое время суток отличить задний знак от передних. Минимальная высота верхней кромки сигнального щита (навигационного огня) заднего знака над расчетным уровнем воды (при ) определяется для дальней точки створа по формуле (28)

, м (28)

Для определения при наблюдении из ближней точки створа в формуле (28) нужно заменить на - длину неходовой части створа. Значения и подставляются в формулу (28) в метрах, а , и - в километрах. Из двух полученных значений выбирается большее.

Практическая работа № 5.

Определение основных размеров шлюза и его пропускной способности.

Цель работы: Определить основные размеры судоходного однокамерного шлюза с головной системой питания, его пропускную спо- собность и ориентировочную стоимость строительства.

Исходные данные:

1. Осадка (, м), длина (, м) и ширина (, м) расчетного судна.

2. Число судов в камере шлюза: по длине () и по ширине ().

3. Плановая грузоподъемность судна (, т).

4. Напор воды на камеру шлюза (, м).

5. Длительность навигации (, сут.).

6. Длина подходного канала (, м).

7. Длина участка подходного канала к шлюзу, предназначенного для расхождения судов (, м).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Определяются основные размеры судоходного шлюза.

Судоходный шлюз - это напорное гидротехническое сооружение, предназначенное для преодоления судами разницы уровней воды (напора) на гидроузле при переходе из одного бьефа в другой.

Основными конструктивными частями судоходного шлюза являются верхняя и нижняя головы, расположенная между ними камера, верхний и нижний подходные каналы, примыкающие к соответствующим головам шлюза.

Головы шлюза поддерживают разность уровней воды между бьефами и камерой при ее наполнении и опорожнении, в них размещены оборудование, механизмы, водопроводные системы, пульты управления.

В камере находятся суда при шлюзовании. От верхнего и нижнего бьефов камера отделена воротами, с боков ограничена стенами, на которых расположены причальные устройства для швартовки судов.

Подходные каналы, примыкающие к головам шлюза, предназначены для расхождения судов при входе в камеру и выходе из нее, а также безопасного отстоя судов, ожидающих шлюзования у причальных стенок. Для обеспечения плавного входа судов в отверстия голов шлюза устраиваются направляющие палы, которые имеют в плане вид криволинейных стен.

Основными габаритами шлюза являются полезные размеры камеры: длина, ширина и глубина на порогах верхней и нижней головы.

1.1 Полезная длина камеры шлюза:

, м (29)

где - длина расчетного судна, м; - число судов, одновременно размещаемых по длине камеры; - запас по длине в каждом конце камеры шлюза и между отдельными судами, м:

, м (30)

1.2. Полезная ширина камеры шлюза:

, м (31)

где - ширина расчетного судна, м; - число судов, одновременно размещаемых по ширине камеры; - запас по ширине камеры, м.

Запасы по ширине камеры шлюза принимаются согласно “Правилам плавания по внутренним водным путям РФ” в следующих размерах:

= 0, 2 м при 10 м

= 0, 4 м при 18 м

= 0, 75 м при 30 м

= 1, 0 м при > 30 м

1.3. Глубина на порогах шлюза.

По конструктивным соображениям глубины на порогах верхней и нижней головы иногда бывают меньше, чем глубина в пределах камеры шлюза. Поэтому, говоря о глубине шлюза, подразумевают глубину на порогах, принимаемую равной

, м (32)

где - осадка расчетного судна, м.

Коэффициент 1, 3 учитывает необходимый запас глубины под днищем судна, который должен быть не менее 25 см при глубине до 2, 5 м и не менее 40 см при глубинах более 2, 5 м

Глубина на пороге шлюза отсчитывается от расчетного наинизшего судоходного уровня.

Полученные значения , и округляют в большую сторону до ближайших рекомендуемым сочетаний основных габаритов шлюза (согласно указаниям по проектированию судоходных шлюзов), которые приведены в табл.4.

Таблица 4

Отношение полезной ширины камеры шлюза к полезной длине, м
Глубина на порогах шлюза, м	6, 0 5, 5 5, 0 -	6, 0 5, 5 5, 0 -	6, 0 5, 5 5, 0 -	5, 5 5, 0 4, 5 4, 0	5, 5 5, 0 4, 5 4, 0	5, 5 5, 0 4, 5 4, 0	4, 0 3, 5 3, 0 -	3, 0 2, 5 2, 0 -	3, 0 2, 5 2, 0 1, 5	3, 0 2, 5 2, 0 1, 5	2, 0 1, 5 1, 0 -

2. Определение примерной стоимости строительства шлюза.

Ориентировочная стоимость постройки судоходного шлюза определяется по объему ”приведенного бетона”.

Объем ”приведенного бетона” приближенно вычисляется по формуле: