hidrologijos kursinis 2 dalis

Turinys

Įvadas..............................1
Teorija ir skaičiavimai..............................3
1.Vandens gyliai..............................3
2.Vandens tekėjimo greičiai..............................5
3.Žuvų viliojimo vilkties efektyvusis ilgis ir plotis....................6
4.Latakinio žuvitakio plotis..............................7
5.Vidutinis vandens tekėjimo greitis.............................8
6.Pertvarinio žuvitakio baseinėliai..............................9
7.Debitų kreivės..............................10
8.Išilginiai ir skersiniai profiliai..............................11
Išvados..............................15
Literatūra..............................16Įvadas
Pastaruoju metu Aplinkos ministerija (AM) parengė teisės aktus varžančius hidrotechninę statybą, ketina visiškai uždrausti bet kokių užtvankų statybą 146 šalies upėse. Šiame sąraše visos didelės, vidutinės ir didelė dalis mažesnių upių. Pretekstas – saugoti vertingas žuvis (ypač migruojančias – laukinę lašišą, šlakį ir kt.), atsižvelgiant į įvairias ES gamtinės aplinkos direktyvas, tarptautinius susitarimus, rekomendacijas. Šis draudimas – kilpa upių vandens verslui. Upių užtvankos, suudarančios tvenkinius leidžia vystyti ta pačią žuvininkystę, drėkinti žemes, aprūpinti pramonę pigiu vandeniu, laivuoti upes, sportuoti, ilsėtis ir gaminti elektros energiją. Aplinkos sergėtojai ir užtvankų statytojai – hidrotechnikai ieško abipusio kompromiso, kuris atsidūrė aklavietėje. Pastarieji įrodinėja, kad pažeidžiamas subalansuotos plėtros principas, reikalaujantis atsižvelgti į ekonominius, socialinius, kultūrinius, regioninius ir kt. poreikius. Kita vertus yra analogiški ES teisės aktai, skatinantys plėsti atsinaujinančios energijos šaltinius. Hidroenergetikai, upių barjerams – užtvankoms įveikti siūlo statyti žuvų pralaidas, įvairius apvadus, tačiau gamtos sergėtojai netiki jų efektyvumu. Tad žuvų appsaugos priemonių efektyvumo pagrindimas yra vienas iš esminių jas toliau plėtojant.

Žuvų apsaugos statinius/įrenginius sąlyginai galima suskirstyti į dvi grupes:
· žuvų pralaidos (dažnai siejamas su terminu “žuvitakiai”), kurios sudaro sąlygas žuvims migruoti. Pagrindiniai žuvų pralaidų tipai: a) latakinis baseininis arba su di

irbtiniu šiurkštumu; b) laiptinis; c) šliuzai; d) keltuvai.
· Apsauginiai tinklai, ekranai, grotos, įvairios garso, elektros, šviesos ir kitos spinduliuotės užkertančios kelią žuvims patekti į turbinas, nubaidančios nuo jų ar palydinčios jas link saugių vietų – žuvų pralaidų.

Tiek vienos, tiek kitos žuvų apsaugos priemonių grupės yra labai svarbios, neatskiriamos vienos nuo kitų. Taigi žuvų pralaidos būtinos tuo, jog gali žymiai sumažinti neigiamą įtaką žuvų ūkiui, migracijos keliams, nerštaviečių apsaugai.

Kursinio darbo tikslas suprojektuoti latakinį-pertvarinį slenkstinį žuvitakį, t.y. latakas su pakopomis ir pertvaromis, kurios sudaro grupę tam tikro ilgio baseinėlių su nuosekliai kintančiu vandens lygiu.
Uždaviniai:
· Apskaičiuoti upės vagos žemutiniame bjefe vandens gylius ir tekėjimo greičius prie minimalaus (gamtosauginio) vasaros 95% tikimybės debito, maksimalaus pavasario potvynių 10% tikimybės debito ir prie vidutinio daugiamečio debito.
· Apsakičiuoti latakinio pertvarinio slenkstinio žuvitakio plotį bei viidutinį vandens tekėjimo greitį virš žuvitakio slenkstinės pertvaros.
· Apskaičiuoti pertvarinio žuvitakio baseinėlio matmenis ir reikalingą baseinėlių skaičių.
· Sudaryti debitų kreives latakinio-pertvarinio žuvitakio pjūvyje ir upės vagos žemutiniame bjefe.
· Nubraižyti latakinio pertvarinio žuvitakio išilginį ir skersinį pjūvius bei planą.

Mano pasirinkta žuvis yra lašiša – tai pačios vertingiausios ir tuo pačiu jautriausios upių žuvys, kurios gyvena jūroje, pakrančių ar tarpiniuose vandenyse, o reprodukuojasi upėse, gali pasiekti savo įprastines nerštavietes, o tų žuvų jaunikliai grįžti į savo įprastines augimvietes. Ši vertinga žuvis labai jautri cheminiams teršalams, todėl ją
ą galima laikyti aplinkos švarumo indikatoriumi. Lietuvoje lašiša dažniausiai neršia mažai teršiamose, švariose upėse bei jų intakuose. Ryškesnė lašišų neršto migracija iš Baltijos jūros į Kuršių marias, Nemuną ir jo intakus. Spalio pabaigoje ir lapkričio pradžioje reproduktoriai atplaukia į nerštavietes Minijos, Neries, Žeimenos bei Šventosios upėse.1.Vandens gyliai.
Vandens gyliai matuojami įvairiems tikslams: upės, ežero ar tvenkinio dugno padėčiai nustatyti, vandens tėkmės skerspjūvio plotui nustatyti, stebint vandens temperatūras įvairiuose gyliuose ir t.t. Priklausomai nuo vandens gylio matavimo tikslo, norimo tikslumo ir nuo vietinių sąlygų matuojama pagal skersinius profilius, išilginius profilius, kvadratų tinklą ar mišriai (dideliuose vandens telkiniuose, esant sudėtingoms vandens tekėjimo sąlygoms bei dugno ir krantų reljefui).

Šiame kursiniame darbe vandens gylius skaičiuosime pasirinkimo metodu. Jis pagrįstas tuo, kad parenkama keletas gylio h reikšmių ir skaičiuojamos jas atitinkančios debito modulio reikšmės. Priimant, kad upės vaga trapecijos formos, skaičiavimams atlikti naudojamos šios formulės:

(1.1)

; (1.2)

Čia:

Q – vandens debitas, m3/s;

A – skerspjūvio plotas, m2;

C – Šezi koeficientas;

R – hidraulinis spindulys, m;

i – dugno nuolydis;

χ – šlapiasis perimetras.

; (1.3)

; (1.4)

Čia:

b – dugno plotis,m;

h – vandens gylis, m;

m – šlaito koeficientas;

; (1.5)

; (1.6)

Čia:

i – dugno nuolydis;

; (1.7)

Čia:

n – vagos šiurkštumo koeficientas.

Užduotyje pateikti duomenys:
Dugno plotis b = 10,7m,
Šlaito koeficientas m = 1,6,
Vagos šiurkštumo koeficientas n = 0,06,
Upės dugno nuolydis i = 0,007.
Vandens gyliai skaičiuoti Microsoft Excel programa.

Vandens gylio skaičiavimas, kai minimalus (gamtosauginis) vasaros 95% tikimybės debitas Qmin.gamt.= 0,23m3/s.
h = 0,0817388785m,

,

,

,

,

,

,

.

Vandens gylio skaičiavimas, kai maksimalus pa

avasario potvynių 10% tikimybės debitas Qmaks.10% = 36,7 m3/s.
h = 1,653428609 m,

,

,

,

,

,

.

.

Vandens gylio skaičiavimas, kai vidutinis daugiametis debitas Qvid.= 3,6 m3/s.
h = 0,4236686285 m

,

,

,

,

,

,

.2. Vandens tekėjimo greičiai.
Tėkmės greitis reikalingas projektuojant tiltus, pralaidas, užtvankas, nustatant upės tvirtinimo įrenginius bei nustatant upės debitą. Vandens greičiai reikalingi apskaičiuojant vandens nešmenų debitus, vagos šiurkštumą ir kt. Vandens tekėjimo greitis įvairiose vagos dalyse yra nevienodas (turbulentinis tekėjimas), tai yra tekėjimo greičiai kinta tiek vagos plotyje tiek ir gylio atžvilgiu.

Vandens tekėjimo greičius vagos žemutiniame bjefe prie nurodytų debitų apskaičiuosime pasinaudoję šia formule:

; (2.1)

Čia:

v – vandens tekėjimo greitis, m/s,

Q – vandens debitas, m3/s,

A – skerspjūvio plotas, m2.

Pasinaudojus (2.1) formule:
Vandens tekėjimo greitis, kai minimalus (gamtosauginis) vasaros 95% tikimybės debitas
Qmin.gamt.= 0,23 m3/s

;

Vandens tekėjimo greitis, kai maksimalus pavasario potvynių 10% tikimybės debitas
Qmaks.10% = 36,7 m3/s

;

Vandens tekėjimo greitis, kai vidutinis daugiametis debitas Qvid.= 3,6 m3/s

.

3. Žuvų viliojimo valkties efektyvusis ilgis ir plotis.

Žuvų viliojimo valktis – žuvis į žuvų pralaidą viliojančių vandens greičių zona, sudaryta žemiau žuvų pralaidos jos debitu ir, esant reikalui, papildomu debitu per atskirą lataką, vamzdį, mikro ar mini hidrotechninį agregatą, siurblinę. Tiesioginė žuvų viliojimo priemonė – viliojimo valkties sudarymas.

Žuvų viliojimo vilkties efektyvusis ilgis lef randamas pagal šią formulę:

; (3.1)

Čia:

lef – efektyvusis valkties ilgis, m;

– žuvų pralaidos ištekėjimo antgalio plotis, parenkamas iš intervalo (3-5), m;

vvi – viliojantysis greitis, parenkamas iš intervalo (0,3-0,5), m/s;

vup – upės greitis, apskaičiuotas prie maksimalus pavasario potvynių 10% tikimybės debito, m/s;

vju – juntamasi gr

reitis, randamas atsižvengiant į tai, kokia žuvų rūšis (1.lentelė) m/s;

1.lentelė. Žuvims būdingi tėkmės ir plaukimo greičiai.
Žuvų rūšys Tėkmės bei plaukimo greičiai, m/s

juntamasis kruizinis nešantysis*
Lašiša, šlakis 0,2 – 0,25 0,9 – 1,4 1,1 – 1,6
Upėtakis, kiršlys ir kt. 0,15 – 0,2 0,6 – 0,9 0,7 – 1,05
Žiobris 0,15 – 0,2 0,5 – 0,7 0,8 – 0,9

Žuvų viliojimo vilkties efektyvusis plotis bef randamas pasinaudojus formule:

; (3.2)

Čia:

bef – efektyvusis valkties plotis, m.

Užduotyje pasirinkti duomenys:
bi.a.= 4m,
vvi = 0,4 m/s,
vup = 1,66 m3/s,
vju = 0,25 m/s.

Naudojantis formulėmis (3.1) ir (3.2) galime apskaičiuoti viliojimo vilkties efektyvųjį ilgį ir plotį:4. Latakinio žuvitakio plotis.
Žuvitakiai – tai įvairūs latakai ir kanalai, kuriuose vandens tėkmės greitis ne didesnis kaip maksimalus leistinas atitinkamoms žuvų rūšims, kad žuvys pajėgtų plaukti prieš srovę. Žuvitakiai statomi, kai vandens lygiai bjefuose skiriasi ne daugiau kaip 15-20m. Jie būna latakiniai-pertvariniai, kūdriniai ir laiptiniai. Latakinis-pertvarinis žuvitakis – latako tipo žuvitakis su pertvaromis ir linijiniais baseinėliais tarp jų. Jis gali būti slenkstinis, angotas arba spragotas. Angoti latakiniai-pertvariniai žuvitakiai tinka visų rūšių paviršinėms ir dugninėms žuvims praleisti, spragoti – anadrominėms ir patamodrominėms, o slenkstiniai – lašišinėms žuvims. Užduotyje jau minėta, jog pasirinktas žuvitakis yra latakinis-pertvarinis slenkstinis.

; (4.1)

(4.2)

Čia:

m – debito koeficientas;

B – aukštutinio bjefo plotis, m;

b – vagos dugno plotis, m;

H – liejimosi aukštis, m;

P1 – slenksčio aukštis, m;

; (4.3)

Čia:

Q – maksimalus pavasario potvynių 10% tikimybės debitas, tekantis per žuvitakio slenkstinę pertvarą, m3/s;

m – debito koeficientas;

b – žuvitakio plotis, m;

Hlj – liejimosi aukštis, m;

g – gravitacijos pagreitis, m/s;

Užduotyje pasirinkti duomenys:
Hlj = 0,35m,
p1 = 0,6.
Pasinaudojant (4.2) formule, apskaičiuosime aukštutinio bjefo plotį:
B = 2·3·b = 2·3·10,7 = 64,2m,

Naudojant formulę (4.1), debito koeficientas randamas:

Iš formulės (4.3) išsireiškę b, rasime latakinio žuvitakio plotį:

;5. Vidutinis vandens tekėjimo greitis.
Vidutinis vandens tekėjimo greitis skaičiuojamas taikant formulę (5.1):

; (5.1)

Čia:

v – vidutinis vandens tekėjimo greitis, m/s;

b – žuvitakio plotis, m;

Hlj – liejimosi aukštis, m;

(5.2)

Čia:

Hlj – liejimosi aukštis, m;

Q – per žuvitakio slenkstinę pertvarą tekantis debitas, m3/s;

m – debito koeficientas (m 0,375 – 0,500);

b – baseinėlio plotis, m;

g – gravitacijos pagreitis, lygus 9,81 m/s.

Vidutinis vandens tekėjimo greitis, kai minimalus (gamtosauginis) vasaros 95% tikimybės debitas Qmin.gamt.= 0,2 m3/s:

Liejimosi aukštis, kai minimalus (gamtosauginis) vasaros 95% tikimybės debitas Qmin.gamt.= 0,2 m3/s:

= 0,0563m;

Vidutinis vandens tekėjimo greitis, kai maksimalus pavasario potvynių 10% tikimybės debitas Qmaks.10% = 3,1 m3/s:

Liejimosi aukštis, kai maksimalus pavasario potvynių 10% tikimybės debitas Qmaks.10% = 3,1 m3/s:

= 0,35m;
Vidutinis vandens tekėjimo greitis, kai vidutinis daugiametis debitas Qvid.= 1,7 m3/s:

Liejimosi aukštis, kai vidutinis daugiametis debitas Qvid.= 1,7m3/s:

= 0,2345m. 6. Pertvarinio žuvitakio baseinėliai.
Projektuojant žuvų pralaidą turi būti nustatytos migruojančių žuvų rūšys ir gausa bei žuvų praleidimo tikslingumas. Žuvų praleidimo tikslingumas nustatomas kompleksiškai vertinant gamtosauginius, techninius bei ekonominius konkretaus objekto rodiklius, žuvų statusą (globojamos, saugomos ar kitaip svarbios), dirbtino žuvų pagausinimo galimybes, potamodrominių žuvų prisitaikymą gyventi užtvankomis sudarytose vandens saugyklose, vienokios ar kitokios žuvų pralaidos panaudojimą ir kt.

Baseinėlių matmenys.

(6.1)

Čia:

Vb – baseinėlio vandens tūris, m3;

bb – baseinėlio plotis, m;

hb – baseinėlio gylis, m;

lb – baseinėlio ilgis, m;

; (6.2)

Čia:

E – vandens energijos sklaida baseinėlyje, W/m3;

ρ – vandens tankis, lygus 1000 kg/m3;

Qb – visas žuvitakio debitas, m3/s;

g – gravitacijos pagreitis, lygus 9,81 m/s;

z = Hlj – liejimosi aukštis, m;

; (6.3)

Čia:

ZABSK – žuvų pralaidos aukštutinio antgalio slenksčio keteros altitude;

ZŽBD – žemutinio antgalio dugno altitude;

hb – baseinėlio plotis, m;

Δh – aukščių skirtumas tarp gretimų baseinėlių slenksčių, lygus 0,3.

Vandens baseinėlio tūris apskaičiuojamas pagal formulę (6.1):

;
Vandens energijos sklaida baseinėlyje randama pagal (6.2) formulę:

Lašišinėms žuvims Eleistina = 250-300 W/m3;
Kadangi 250<291<300 W/m³, vadinasi sąlyga tenkinama.

Baseinėlių skaičius apskaičiuotas pasinaudojus formule (6.3):

n = .7. Debitų kreivės.
Kiekvienu laikotarpiu upės tėkmės vandeningumas nustatinėjamas pagal debitą, nes vandens debitas – svarbiausias upės rodiklis. Jei kinta vandens debitas, kinta ir vandens lygis, tekėjimo greitis, tėkmės plovimo energija bei kiti hidrauliniai rodikliai. Tad pagrindinis hidrometrinių stebėjimų tikslas – ryšių tarp vandens lygių ir debitų nustatymas.

Upių vagose vyksta netolyginis turbulentinis vandens tekėjimas, tad ryšiai tarp vandens lygių ir debitų būna kreivės pobūdžio Q=f(H) ir išreiškiami grafiškai debitų kreivėmis, kurios naudojamos vidutiniams ir būdingiems paros debitams nustatyti bei nuotakiui skaičiuoti.

Norint nubraižyti debitų kreivę Q=f(H) latakinio-pertvarinio žuvitakio pjūvyje, reikalingi skirtingi liejimosi aukščiai, apskaičiuoti ir pateikti penktoje užduoties dalyje (žr. 5.Vidutinis vandens tekėjimo greitis) ir per žuvitakio slenkstinę pertvarą tekantys debitai.

Norint nubraižyti debitų kreivę Q=f(H) upės vagos žemutiniame bjefe, reikalingi vandens gyliai h, apskaičiuoti ir pateikti pirmojoje užduoties dalyje (žr. 1.Vandens gyliai) ir debitai žemutiniame bjefe.

Debitų kreivės atitinkamai pavaizduotos 1a pav. ir 1b pav. 8. Išilginiai ir skersiniai profiliai.
Natūralios upių ir upelių vagos (taigi kartu ir šis projektuojamas žuvitakis) turi įvairias kryptis bendro vietovės nuolydžio atžvilgiu. Išilginiai upių ir upelių vagų profiliai apibūdina vagų dugno ir vandens paviršiaus nuolydžius. Paprastai natūralių vagų nuolydžiai nebūna dideli ir žemupio link mažėja.

Skersinis profilis – tai plokštuma, statmena tėkmės krypčiai, apribota apačioje vagos dugnu, šonuose – šlaitais, o viršuje – tiesia linija, jungiančia vagos krantus. Nuo vagos skerspločio priklauso tėkmės laidumas ir jo hidrauliniai parametrai.
Latakinio-pertvarinio žuvitakio išilginis pjūvis pavaizduotas 2 paveiksle.
Latakinio-pertvarinio žuvitakio planas pavaizduotas 3 paveiksle.
Latakinio-pertvarinio žuvitakio skersinis pjūvis pavaizduotas 4 paveiksle.Išvados
· Apskaičiavus upės vagos vandens gylį h prie minimalaus (gamtosauginio) vasaros 95% tikimybės debito, gavau 0,0817m, prie maksimalaus pavasario potvynių 10% tikimybės debito – 1,6534m, prie vidutinio daugiamečio debito – 0,4237m.
· Apskaičiavus tekėjimo greičius v prie minimalaus (gamtosauginio) vasaros 95% tikimybės debito, gavau 0,2598m/s, prie maksimalaus pavasario potvynių 10% tikimybės debito – 1,66m/s, prie vidutinio daugiamečio debito – 0,7468 m/s.
· Apsakičiavus latakinio pertvarinio slenkstinio žuvitakio plotį, gavau 13,47 m.
O vidutiniai vandens tekėjimo greičiai v virš žuvitakio slenkstinės pertvaros yra tokie:
prie minimalaus (gamtosauginio) vasaros 95% tikimybės debito – 0,408m/s, prie maksimalaus pavasario potvynių 10% tikimybės debito –1,018m/s, prie vidutinio daugiamečio debito – 0,833m/s .
· Pertvarinio žuvitakio baseinėlio matmenys:
Baseinėlio ilgis lb=6m,
Baseinėlio plotis bb=8,7m,
Baseinėlio aukštis hb=0,7m.
Reikalingas baseinėlių skaičių – 7 baseinėliai.
· Latakinio-pertvarinio žuvitakio pjūvyje reikalingi liejimosi aukščiai Hlj buvo gauti tokie: prie minimalaus (gamtosauginio) vasaros 95% tikimybės debito – 0,056m, prie maksimalaus pavasario potvynių 10% tikimybės debito – 0,35m, prie vidutinio daugiamečio debito – 0,234m.
Kreivės pateiktos 1a pav. ir 1b pav.
· Latakinio pertvarinio žuvitakio išilginis ir skersinis pjūviai bei planas pateikti atitinkamai 2, 4 ir 3 paveikluose.Literatūra
1.Lukianas A. Inžinerinė hidraulika. – V.: Technika, 2001.
2.Lukianas A. Hidrologija ir hidrotechnika. – V.: Technika, 2003.
3.Internetas. http://lt.wikipedia.org/wiki/Baltijos_la%C5%A1i%C5%A1a_Lietuvoje.
4.Internetas. http://skelbimas.lt/istatymai/del_statybos_techninio_reglamento_str_20203.htm.
5.Internetas. http://vz.lzuu.lt/katedros/vand/pedveikla/leonardo2002.doc.
6.Internetas. http://aaa.am.lt/VI/files/0.001368001147701153.doc.

Leave a Comment