3572
.pdf1
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф.Морозова»
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕЛИОРАЦИИ
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки
35.03.01 – Лесное дело
Воронеж 2018
2
УДК 630*237
Михин В.И. Гидротехнические мелиорации. Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 35.03.01 – Лесное дело/ В.И.Михин, Е.А.Михина, Т.А.Малинина, Т.П.Деденко. – Воронеж, 2018. – 32 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО
«ВГЛТУ» (протокол № |
от |
г.) |
Рецензент: проф. кафедры землеустройства и ландшафтного проектирование
ФГБОУ ВО «ВГАУ» имени императора Петра I доктор с.-х. наук . В.Д. Постолов
Ответственный редактор, заведующий кафедрой лесных культур, селекции и лесомелиорации ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» д.-р. с.-х. наук В.И. Михин
Методические указания могут быть использованы при обучении слушателей по соответствующим программам дополнительного профессионального образования.
© Михин В.И., Михина Е.А., Т.А.Малинина, Т.П.Деденко, 2018 © ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический
университет имени Г. Ф. Морозова»
3
Оглавление
Введение………………………………………………………………………4
1.Гидравлика………………………………………………………………6
1.1. Гидростатика………………………………………………………….6 1.1.1.Физические свойства жидкости……………………………………..6
Контрольные вопросы для самопроверки……………………………..10 1.2. Гидродинамика…………………………………………………………11 1.2.1. Поток и его элементы………………………………………………..11
1.2.2.Уравнение Д.Бернулли, истечение через отверстия и насадки……..12
1.2.3.Равномерное движение жидкости в открытых руслах………………18
1.2.4. Водосливы………………………………………………………………20
Контрольные вопросы для самопроверки…………………………….23 2. Гидрология и гидрометрия……………………………………………..24 2.1. Определение объёма, коэффициента и модуля расхода………………25 2.2. Построение графиков частоты и обеспеченности…………………..27
2.3. Определение скоростей и расходов гидрометрической вертушкой…30
Контрольные вопросы для самопроверки……………………………..32
Библиографический список…………………………………………….33
4
ВВЕДЕНИЕ
Мелиорации оказывают влияние на составные элементы ландшафта и прежде всего на почву, водные ресурсы, флору и фауну, условия жизни и здоровье людей, санитарно-эпидемиологическую обстановку территорий.
Наибольшая эффективность мелиораций достигается при комплексном их применении, а именно: когда орошение сочетается с дренированием земель, а осушение - с периодическим орошением; когда гидромелиорации сочетаются с правильной организацией труда, с высоким уровнем агротехники, внесением необходимых доз удобрений и т.д.;
закрепление крутых склонов и оврагов - с устройством многоотводных каналов и валов, лотков и перепадов с лесными посадками и залужением;
устройство прудов и водохранилищ - с орошением земель и рыборазведением; осушением земель - с известкованием почв и комплексом культуртехнических работ; освоение и промывка засоленных земель - с
мелиоративной вспашкой, гипсованием, подбором культур - освоителей.
Кроме того, для правильного освоения орошаемых, осушенных и эродированных земель большое значение имеют правильный выбор вида и сорта культур и чередование их в севооборотах обычного и специального назначения, а также экономики и организации сельскохозяйственного производства.
При помощи гидротехнических мелиораций водному хозяйству лесных предприятий придается комплексный характер, то есть водные ресурсы используются для регулирования влажности почв на лесных и сельскохозяйственных землях, обводнения, противопожарных мероприятий,
водного транспорта, улучшение санитарно-гигиенических и эстетических свойств лесных площадей. Отсюда понятно, как велико значение дисциплины «Гидротехнические мелиорации».
Для успешной производственной деятельности студенты должны самостоятельно научиться правильно использовать водные ресурсы в
5 |
|
лесном хозяйстве, для бытовых нужд, |
при орошении питомников; |
участвовать в разработке проектов мелиорации; устраивать простейшие мелиоративные системы.
Самостоятельному изучению курса должно предшествовать также самостоятельному изучению тесно связанных с ним дисциплин: геодезии,
лесной метеорологии, почвоведения, лесоводства, лесной таксации и лесоустройства, лесных культур. Кроме того, для успешного освоения
специальных частей курса необходимо детально изучить вопросы
гидравлики, гидрологии, гидрометрии, а также осушения, оводнения и орошения.
6
1. ГИДРАВЛИКА
Гидравликой называется наука изучающая законы равновесия и движения жидкостей и разрабатывающая способы применения этих законов к решению различных практических задач.
Гидравлика делится на две составные части: гидростатику и гидродинамику. Гидродинамикой называется та часть гидравлики, в
которой изучаются законы движения жидкостей. Гидростатикой называется та часть гидравлики, в которой изучаются законы равновесия и покоя жидкостей. На законах гидравлики основаны расчёты каналов,
гидротехнических сооружений, водопроводов, водосбросов, ступенчатых перепадов и т.д.
1.1. Гидростатика
1.1.1.Физические свойства жидкостей Жидкость как всякое материальное тело обладает физическими
свойствами. При изучении этого раздела следует особо остановиться на свойствах, лежащих в основе узловых закономерностей и процессов гидравлики: объёмный вес, объёмная масса, плотность, сжимаемость,
вязкость.
Примеры решения задач
Пример 1.
Объём воды равен W = 0,9 м3 объёмный вес γ = 997 кг/м3 = 0,997
т/м3. Необходимо определить вес воды, G = ?
Решение: G = W * γ = 0,9 * 0,997 = 0,8973 т
(Ответ: G = 0,8973 т)
|
7 |
Пример 2. |
|
Плотность керосина |
= 76,5 кг * сек2/ м4 . Чему равен объёмный |
вес? |
|
Решение: γ = m * g |
/W = γ *g , |
γ = 76,5 * 9,81 = 750 кг/м3
(Ответ: γ = 0,75 т/м3)
Пример 3.
Определить полное, избыточное и маномитрическое давление в точке А, находящейся на глубине h = 2 м под свободной поверхностью. Жидкость – пресная вода. На свободную поверхность действует атмосферное давление Ра.
Решение:
1.Полное гидростатическое давление определяем по формуле:
Р= Ро + γ h,
где: Ро = Ра = 1,03 * 105 Па; γ = 0,001 кг/см3; h = 200 см,
т.е.
Р= 1,03 + 0,001 + 200 = 1,23 * 105 Па
2.Избыточное гидростатическое давление по формуле:
Риз = Р – Ра Риз = 1,23 * 105 – 1,03 * 105 = 0,2 * 102 Па
3. Манометрическое давление по формуле: Рм = Р – Ра
Рm = 1,23 * 105 – 1,03 * 105 = 0,2 * 102 Па
(Ответ: Р=1,23 * 105 Па; Риз = Рм = 0,2 * 102 Па)
8
Пример 4.
Определите все виды гидростатического давления в баке с нефтью на глубине h = 3 м, если на свободной поверхности нефти давление с учётом
атмосферного, Ро = Рm + Ра = 2,03 * 105 Па. Вес единицы объёма нефти γ = 0,9 т/м3.
Решение:
1. Полное гидростатическое давление:
Р = Ро + γh = 2,03 * 105 + 0,9 * 3 = 4,7 * 105 Па
2. Избыточное гидростатическое давление:
Риз = γ h = 0,9 * 3 = 2,7 т/м3
3.Манометрическое давление внутри жидкости на глубине 3 м:
Рm = Р – Ра = 22,7 – 10,0 = 12,7 т/м2 = 1,27 кг/см2 = 1,3 * 105 Па
4.Манометрическое давление над свободной поверхностью:
Рm = Ро – Ра = 20 – 10 = 10 т/м3 = 1 кг/см2 = 1,03 * 105 Па
Пример 5.
В закрытом сосуде с водой давление на свободную поверхность (с
учетом атмосферного) равно Ро = 1,25 * 105 Па. На какую высоту поднимется вода в пьезометре, сообщающемся с сосудом на глубине h = 3
м под свободной поверхностью.
Решение:
Пьезометрическую высоту определим:
Ро + γ h = Ра + γ hр; hр = (Ро + γ h - Ра) /γ;
hр = (1,25 * 105 Па + 0,001 * 300 - 1,03 * 105 = 550 см = 5,5 м. (Ответ: hр = 5,5 м)
Пример 6.
В сосуде А часть воздуха выкачана и давление в нём Рраз = 0,6 *
9
105 Па. Сосуд А соединен трубкой с водой в сосуд В, свободная поверхность которой находится под давлением атмосферы. Определить высоту hб.
Решение: Высота водного столба в трубке определяется из уравнения:
hб = (Ра - Рраз) / γ,
где: Ра = 1 * 105 Па; Рраз = 0,6 * 105 Па; γ = 0,004 кг/см2
Подставим эти величины в уравнение и получим:
hб = (1 * 105 Па - 0,6 * 105 Па) / 0,001 = 400 см = 4 м. (Ответ: hб = 4 м.)
Пример 7.
Имеем два сообщающихся сосуда. В первый сосуд налита ртуть h1 =
0,1 м, а во втором сосуде – вода. Определить высоту столба воды hв во втором сосуде.
Решение:
Для ртути γ р = 13,6 т/м3, а д ля воды γв = 1 т/ м3.
Следовательно: 0,1 / hв = 1,0 / 13,6; hв = (13,6 * 0,1) / 1,0 = 1,36 м. (Ответ: hв = 1,36 м.)
Пример 8.
Определить горизонтальную силу Рх, стремящуюся сдвинуть каменную плотину, если длина плотины (ширина стены) в = 5 м и глубина перед плотиной h = 4 м.
Решение:
Сила давления воды на стенку плотины будет:
Р = γ hс * w, т.к. hс = h/m; w = в γ; γ = h/sin α
10
Р = γ h2в/2 sin a,
где: α– угол наклона откоса плотины к горизонту.
Горизонтальная проекция силы давления будет:
Рх = Р * cos (90 –α)
Подставляя вместо Р его значение и заменяя cos (90 – α)= sinα , получим:
Р = (γh2 в sinα )/2 = (1* 42 * 5)/2 = 40 т = 412 *107 Па
(Ответ: Р = 412 *107 Па)
Контрольные вопросы для самопроверки
1.Что называется гидравликой и на какие основные части она делится?
2.В чём состоит производственное значение гидравлики?
3.Какова роль учёных в развитии гидравлики?
4.Что называют объёмным весом жидкости, от чего он зависит и какие его расчётные значения для пресной воды?
5, Что такое плотность жидкости, её формулы?
6.Чем характеризуется сжимаемость жидкости?
7.Что такое вязкость жидкости и её кинематический коэффициент?
8.Какие основные понятия давления: абсолютное,
манометрическое, пьезометрическое?
9.Какие свойства гидростатического давления?
10.Написать основное уравнение гидростатики, объяснить входящие в него величины и практическое применение?
11.Что такое пьезометрическая высота?
12.Как определяются силы гидростатического давления на плоскую стенку?