Разработка мероприятий по укреплению береговой зоны водохранилища
|
Введение 7
1 Актуальные проблемы водохранилищ 9
1.1 Общие сведения о водохранилищах 9
1.2 Основные проблемы, возникающие при затоплении территорий 14
1.3 Основные характеристики района расположения рассматриваемого
водохранилища 18
1.3.1 Климатические особенности 18
1.3.2 Геологические и геоморфологические особенности 19
1.3.3 Особенности почвенного состава 22
1.3.4 Многолетнемерзлые породы и мерзлотные явления 22
1.3.5 Современные экзогенные процессы 24
1.3.6 Сейсмические особенности 24
1.3.7 Гидрологические особенности 25
1.3.8 Ландшафтные и биологические особенности 27
2 Расчет устойчивости береговой зоны водохранилища 29
2.1 Аналитический расчет устойчивости береговой зоны 29
2.2 Численное моделирование расчета устойчивости методом кругло-цилиндрических поверхностей скольжения 38
2.3 Расчет и определение параметров волновых нагрузок и воздействий
волн на береговую зону 44
3 Мероприятия по укреплению береговой зоны водохранилища 47
3.1 Существующие технические решения 47
3.2 Предлагаемые технические решения 51
Заключение 54
Список использованных источников 56
Приложение
1 Актуальные проблемы водохранилищ 9
1.1 Общие сведения о водохранилищах 9
1.2 Основные проблемы, возникающие при затоплении территорий 14
1.3 Основные характеристики района расположения рассматриваемого
водохранилища 18
1.3.1 Климатические особенности 18
1.3.2 Геологические и геоморфологические особенности 19
1.3.3 Особенности почвенного состава 22
1.3.4 Многолетнемерзлые породы и мерзлотные явления 22
1.3.5 Современные экзогенные процессы 24
1.3.6 Сейсмические особенности 24
1.3.7 Гидрологические особенности 25
1.3.8 Ландшафтные и биологические особенности 27
2 Расчет устойчивости береговой зоны водохранилища 29
2.1 Аналитический расчет устойчивости береговой зоны 29
2.2 Численное моделирование расчета устойчивости методом кругло-цилиндрических поверхностей скольжения 38
2.3 Расчет и определение параметров волновых нагрузок и воздействий
волн на береговую зону 44
3 Мероприятия по укреплению береговой зоны водохранилища 47
3.1 Существующие технические решения 47
3.2 Предлагаемые технические решения 51
Заключение 54
Список использованных источников 56
Приложение
Преобразующая деятельность человека может быть весьма разнообразной. Она имеет различие, как по масштабам, так и по значению в той или иной области. Исходя из этого, можно выделить деятельность, затрагивающую глобальные масштабы преобразований экологических систем планеты. И это регулирование речного звена гидросферы на огромных просторах суши путем строительства гидротехнических сооружений.
Как известно, строительство гидроузлов имеет достаточно большое распространение и используется на всех континентах нашей планеты. Среди процессов, имеющих важное значение для существования общества, выделяют создание новых водных объектов - водохранилищ, посредством осуществления гидротехнического строительства.
Водохранилища - это водные объекты, созданные и управляемые человеком, способные регулировать речное звено гидросферы на огромных просторах суши.
Водохранилища - это первостепенный и основополагающий компонент гидротехнических и водохозяйственных систем. Это объясняется тем, что именно они обеспечивают возможность регулирования водных ресурсов земли, переустройства и преобразования водных объектов гидросферы в требуемом для человечества направлении. Так как трудность в снабжении народонаселения, а помимо этого и многообразных отраслей хозяйства, чистой пресной водой становится с каждым днем всё более существенней и актуальней для достаточно большого ряда стран Земли.
Помимо водоснабжения народонаселения пресной водой, водохранилища также имеют огромное и разнообразное значение и в других сферах. К главным водопотребителям и водопользователям относятся предприятия гидроэнергетики, промышленности, сельское хозяйство, ирригация, рыбное хозяйство, водный транспорт, рекреация и т.д. Поэтому, в основном, водохранилища создают с учетом интересов всех отраслей хозяйств для способности их комплексного использования.
Но с удовлетворением достаточно различных потребностей человечества, включающим необходимость преобразования и регулирования гидросферы, водохранилища также оказывают отрицательное воздействие на природу, порождают массу экологических проблем и нарушают складывавшиеся веками природные условия Земли.
Среди отрицательных воздействий водохранилища, возникающих на этапе создания и строительства гидротехнических сооружений, выделяют затопление и подтопление территорий, прилегающих близко к берегу водохранилища. Данное явление приводит к большому числу проблем и наносит непоправимый ущерб населению. Также результат воздействия затопления территорий не обходится без влияния на изменения почв, животного мира и растительности.
Актуальность данной бакалаврской работы как раз и состоит в выявлении всевозможных отрицательных воздействий водохранилищ на природную среду и человека, в том числе на устойчивость береговых зон водохранилищ, прилегающих близко к водоподпорным гидротехническим сооружениям, поскольку их строительство постоянно растет, и они активно используются в интересах различных отраслей хозяйства. А также в обеспечении укрепления этой береговой зоны и защиты её от обрушений и волнового воздействия водохранилища для предотвращения создания ударной волны, которая может разрушить бетонную плотину.
Целью бакалаврской работы является определение влияния водохранилища на устойчивость береговой зоны, находящейся близко к плотине, и разработка мероприятий по укреплению откоса рассматриваемой в работе береговой зоны водохранилища.
Задачи бакалаврской работы следующие:
1) выявить актуальные проблемы водохранилищ, возникающие при затоплении территорий на этапе их создания;
2) произвести аналитический расчет устойчивости и численное моделирование расчета устойчивости береговой зоны водохранилища методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения и сравнить полученные значения с нормативным значением;
3) оформить полученные результаты численного моделирования расчета устойчивости с помощью графического пакета SURFER;
4) выполнить расчет и определить параметры волновых нагрузок и воздействий волн на рассматриваемую береговую зону водохранилища;
5) исходя из полученных результатов расчета устойчивости и расчета волновых нагрузок и воздействий волн, разработать мероприятия по укреплению береговой зоны водохранилища для предотвращения её обрушения, а также защиты от волнового воздействия;
6) привести рекомендации для предлагаемых технических решений по их установке на конкретной рассматриваемой территории;
7) сделать выводы по выполненной работе.
Как известно, строительство гидроузлов имеет достаточно большое распространение и используется на всех континентах нашей планеты. Среди процессов, имеющих важное значение для существования общества, выделяют создание новых водных объектов - водохранилищ, посредством осуществления гидротехнического строительства.
Водохранилища - это водные объекты, созданные и управляемые человеком, способные регулировать речное звено гидросферы на огромных просторах суши.
Водохранилища - это первостепенный и основополагающий компонент гидротехнических и водохозяйственных систем. Это объясняется тем, что именно они обеспечивают возможность регулирования водных ресурсов земли, переустройства и преобразования водных объектов гидросферы в требуемом для человечества направлении. Так как трудность в снабжении народонаселения, а помимо этого и многообразных отраслей хозяйства, чистой пресной водой становится с каждым днем всё более существенней и актуальней для достаточно большого ряда стран Земли.
Помимо водоснабжения народонаселения пресной водой, водохранилища также имеют огромное и разнообразное значение и в других сферах. К главным водопотребителям и водопользователям относятся предприятия гидроэнергетики, промышленности, сельское хозяйство, ирригация, рыбное хозяйство, водный транспорт, рекреация и т.д. Поэтому, в основном, водохранилища создают с учетом интересов всех отраслей хозяйств для способности их комплексного использования.
Но с удовлетворением достаточно различных потребностей человечества, включающим необходимость преобразования и регулирования гидросферы, водохранилища также оказывают отрицательное воздействие на природу, порождают массу экологических проблем и нарушают складывавшиеся веками природные условия Земли.
Среди отрицательных воздействий водохранилища, возникающих на этапе создания и строительства гидротехнических сооружений, выделяют затопление и подтопление территорий, прилегающих близко к берегу водохранилища. Данное явление приводит к большому числу проблем и наносит непоправимый ущерб населению. Также результат воздействия затопления территорий не обходится без влияния на изменения почв, животного мира и растительности.
Актуальность данной бакалаврской работы как раз и состоит в выявлении всевозможных отрицательных воздействий водохранилищ на природную среду и человека, в том числе на устойчивость береговых зон водохранилищ, прилегающих близко к водоподпорным гидротехническим сооружениям, поскольку их строительство постоянно растет, и они активно используются в интересах различных отраслей хозяйства. А также в обеспечении укрепления этой береговой зоны и защиты её от обрушений и волнового воздействия водохранилища для предотвращения создания ударной волны, которая может разрушить бетонную плотину.
Целью бакалаврской работы является определение влияния водохранилища на устойчивость береговой зоны, находящейся близко к плотине, и разработка мероприятий по укреплению откоса рассматриваемой в работе береговой зоны водохранилища.
Задачи бакалаврской работы следующие:
1) выявить актуальные проблемы водохранилищ, возникающие при затоплении территорий на этапе их создания;
2) произвести аналитический расчет устойчивости и численное моделирование расчета устойчивости береговой зоны водохранилища методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения и сравнить полученные значения с нормативным значением;
3) оформить полученные результаты численного моделирования расчета устойчивости с помощью графического пакета SURFER;
4) выполнить расчет и определить параметры волновых нагрузок и воздействий волн на рассматриваемую береговую зону водохранилища;
5) исходя из полученных результатов расчета устойчивости и расчета волновых нагрузок и воздействий волн, разработать мероприятия по укреплению береговой зоны водохранилища для предотвращения её обрушения, а также защиты от волнового воздействия;
6) привести рекомендации для предлагаемых технических решений по их установке на конкретной рассматриваемой территории;
7) сделать выводы по выполненной работе.
В результате выполнения данной бакалаврской работы были рассмотрены общие сведения о водохранилищах, их различные классификации и особенности района расположения рассматриваемого гидроузла.
Выявлена основная цель создания водохранилищ - это регулирование речного стока водного объекта, его накопление с применением установленных гидротехнических сооружений, и последующее рациональное использование запасов водных ресурсов в интересах различных отраслей хозяйства, таких как гидроэнергетика, водоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий, судоходство, рыбное хозяйство, мелиорация, рекреация и т.д.
Были рассмотрены основные проблемы, возникающие при создании водохранилищ. На этапе создания искусственных водоемов на территориях, где грунты недостаточно изучены и слабо проведены инженерно-геологические изыскания, происходит затопление больших объемов прилегающих к водохранилищу территорий. А затопление территорий приводит к возникновению большого количества следующих проблем, таких как: изменение геологического строения котловины, изменение климатических условий, изменение режима уровней грунтовых вод, изменение почвенного покрова и растительности, изменение образа жизни животных, влияние на населенные пункты.
Также одной из глобальных проблем при затоплении территорий является нарушение динамического равновесия и обрушение береговой зоны водохранилища, расположенной близко к плотине. В результате этого могут произойти гидродинамические повышения уровня воды, что является недопустимым при эксплуатации гидротехнического сооружения. Поэтому для предотвращения возникновения данной проблемы, был произведен аналитический расчет устойчивости береговой зоны водохранилища и численное моделирование расчета устойчивости для проведения более точного и детального расчета и выявления реальных показателей кривых обрушения.
В ходе аналитического расчета устойчивости береговой зоны водохранилища методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения было выполнено построение расчетной схемы, позволяющее определить положение кривых скольжения и выявить возможные радиусы обрушения рассматриваемого откоса.
Расчетный коэффициент запаса устойчивости по результатам аналитического расчета получился Кз = 0,619, что ниже нормативного значения 1,2. Следовательно, можно сделать вывод, что данный откос береговой зоны будет обрушаться по полученной кривой скольжения.
Также было выполнено численное моделирование расчета устойчивости методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения.
По результатам численного моделирования получились следующие минимальные значения коэффициентов запаса устойчивости без учета сейсмических сил: при R = 9,610 м Кз = 0,006, при R = 19 м Кз = 0,013, при R = 25,410 м Кз = 0,019, при R = 35,590 м Кз = 0,015, с учетом сейсмических сил: при R = 9,610 м Кз = 0,004, при R = 19 м Кз = 0,001, при R = 25,410 м Кз = 0,002, при R = 35,590 м Кз = 0,002.
Результаты выполнения аналитического расчета и численного моделирования показывают, что рассматриваемый откос береговой зоны будет не устойчив. Поэтому для укрепления береговой зоны вблизи данного гидроузла была предложена установка укрепляющих инженерных сооружений для предотвращения её обрушения.
Также был выполнен расчет и определение параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону рассматриваемого водохранилища в соответствии с ОДМ 218.2.078 - 2016 «Методическими рекомендациями по выбору конструкции укрепления откосов земляного полотна автомобильных дорог общего пользования» [11].
Высота наката ветровой волны hH на откос достигнет 0,7 м. Соответственно, по результатам проведения данного расчета и определения параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону, можно сделать вывод, что от уровня НПУ=208 м рассматриваемого водохранилища на высоту 0,7 м возможно поднятие уровня воды в теле береговой зоны при возникновении ветровых волн. Следовательно, увеличатся объемы затопления прилегающих к водохранилищу территорий, и в ещё большей степени будет подвержена обрушению часть данного рассматриваемого откоса.
В качестве предлагаемых мероприятий были рассмотрены два берегозащитных устройства из патента Ю.И. Никляева «Устройство для защиты береговых территорий от разрушения в условиях переменного уровня воды в водоеме» и патента О.М. Преснова, Н.Ю. Стороженко «Противооползневое сооружение».
Данные конструкции были усовершенствованы, доработаны и применены к защищаемой береговой зоне с указанием всех рекомендаций по установке на рассматриваемой территории.
Результаты проделанной работы показывают выполнение всех поставленных целей и задач, а также позволяют оценить и спрогнозировать устойчивость рассматриваемого берегового откоса водохранилища и применить укрепляющие защитные мероприятия на данной территории для предотвращения его обрушения.
Выявлена основная цель создания водохранилищ - это регулирование речного стока водного объекта, его накопление с применением установленных гидротехнических сооружений, и последующее рациональное использование запасов водных ресурсов в интересах различных отраслей хозяйства, таких как гидроэнергетика, водоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий, судоходство, рыбное хозяйство, мелиорация, рекреация и т.д.
Были рассмотрены основные проблемы, возникающие при создании водохранилищ. На этапе создания искусственных водоемов на территориях, где грунты недостаточно изучены и слабо проведены инженерно-геологические изыскания, происходит затопление больших объемов прилегающих к водохранилищу территорий. А затопление территорий приводит к возникновению большого количества следующих проблем, таких как: изменение геологического строения котловины, изменение климатических условий, изменение режима уровней грунтовых вод, изменение почвенного покрова и растительности, изменение образа жизни животных, влияние на населенные пункты.
Также одной из глобальных проблем при затоплении территорий является нарушение динамического равновесия и обрушение береговой зоны водохранилища, расположенной близко к плотине. В результате этого могут произойти гидродинамические повышения уровня воды, что является недопустимым при эксплуатации гидротехнического сооружения. Поэтому для предотвращения возникновения данной проблемы, был произведен аналитический расчет устойчивости береговой зоны водохранилища и численное моделирование расчета устойчивости для проведения более точного и детального расчета и выявления реальных показателей кривых обрушения.
В ходе аналитического расчета устойчивости береговой зоны водохранилища методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения было выполнено построение расчетной схемы, позволяющее определить положение кривых скольжения и выявить возможные радиусы обрушения рассматриваемого откоса.
Расчетный коэффициент запаса устойчивости по результатам аналитического расчета получился Кз = 0,619, что ниже нормативного значения 1,2. Следовательно, можно сделать вывод, что данный откос береговой зоны будет обрушаться по полученной кривой скольжения.
Также было выполнено численное моделирование расчета устойчивости методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения.
По результатам численного моделирования получились следующие минимальные значения коэффициентов запаса устойчивости без учета сейсмических сил: при R = 9,610 м Кз = 0,006, при R = 19 м Кз = 0,013, при R = 25,410 м Кз = 0,019, при R = 35,590 м Кз = 0,015, с учетом сейсмических сил: при R = 9,610 м Кз = 0,004, при R = 19 м Кз = 0,001, при R = 25,410 м Кз = 0,002, при R = 35,590 м Кз = 0,002.
Результаты выполнения аналитического расчета и численного моделирования показывают, что рассматриваемый откос береговой зоны будет не устойчив. Поэтому для укрепления береговой зоны вблизи данного гидроузла была предложена установка укрепляющих инженерных сооружений для предотвращения её обрушения.
Также был выполнен расчет и определение параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону рассматриваемого водохранилища в соответствии с ОДМ 218.2.078 - 2016 «Методическими рекомендациями по выбору конструкции укрепления откосов земляного полотна автомобильных дорог общего пользования» [11].
Высота наката ветровой волны hH на откос достигнет 0,7 м. Соответственно, по результатам проведения данного расчета и определения параметров волновых нагрузок и воздействий волн на береговую зону, можно сделать вывод, что от уровня НПУ=208 м рассматриваемого водохранилища на высоту 0,7 м возможно поднятие уровня воды в теле береговой зоны при возникновении ветровых волн. Следовательно, увеличатся объемы затопления прилегающих к водохранилищу территорий, и в ещё большей степени будет подвержена обрушению часть данного рассматриваемого откоса.
В качестве предлагаемых мероприятий были рассмотрены два берегозащитных устройства из патента Ю.И. Никляева «Устройство для защиты береговых территорий от разрушения в условиях переменного уровня воды в водоеме» и патента О.М. Преснова, Н.Ю. Стороженко «Противооползневое сооружение».
Данные конструкции были усовершенствованы, доработаны и применены к защищаемой береговой зоне с указанием всех рекомендаций по установке на рассматриваемой территории.
Результаты проделанной работы показывают выполнение всех поставленных целей и задач, а также позволяют оценить и спрогнозировать устойчивость рассматриваемого берегового откоса водохранилища и применить укрепляющие защитные мероприятия на данной территории для предотвращения его обрушения.
Подобные работы
- Научные основы и принципы обеспечения водоохранного режима на территории инновационно-производственного центра «ИННОКАМ»
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4970 р. Год сдачи: 2018 - РАЗРАБОТКА ГИС МОНИТОРИНГА ОПАСНЫХ ЭКЗОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ КУЙБЫШЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2018 - ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТАЛАССКОЙ ГЭС НА РЕКЕ НАРЫН
Бакалаврская работа, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2016