История мирового гидротехнического строительства

     Классификация гидротехнических сооружений и их основные виды в садово-парковом хозяйстве. История  мирового гидротехнического  строительства

     Классификация гидротехнических сооружений и их основные виды в садово-парковом хозяйстве

     Гидротехническими называют сооружения, которые создают  условия для использования природных  водных ресурсов или предупреждают (уменьшают) вредное воздействие  воды на окружающую среду (борьба с  половодьями, размытием берегов  и пр.).

     Гидротехнические  сооружения бывают различного назначения.

     По  роду водотока или водоема, на котором они построены, гидротехнические сооружения подразделяются на речные, морские, озерные, внутрисистемные и подземные.

     По  условиям взаимодействия с водотоком  или водоемом и по характеру выполняемых  функций гидротехнические сооружения делят на:

     1) водонапорные (дамбы, плотины и  др.), которые перегораживают водоток  или огораживают водохранилище  и поддерживают напор воды. Участок  водотока, который находится выше  водонапорного сооружения, называют  верхним бьефом, ниже – нижним  бьефом. Напором на сооружении  называется разница уровней воды  на верхнем и нижнем бьефах  непосредственно вблизи сооружения;

     2) водопроводящие (каналы, трубопроводы  и пр.), используемые для транспортировки  воды к местом потребления или сбрасывания ее при осушении;

     3) водозаборные используемые для  забора воды с водотоков и  водоемов;

     4) водосбросные (водоспуски и пр.), которые предназначены для сбрасывания  излишков воды;

     5) регулирующие (берегоукрепляющие сооружения и пр.) – регулирование взаимодействия потока с руслом, защиты берегов от воздействия волн и течений.

     По  целевому назначению гидротехнические сооружения делят на общего назначения, необходимы для обеспечения необходимого напора и объема водохранилища, и специальные, предназначены для обеспечения нужд одной отрасли хозяйства.

     По  условиях использования отличают постоянные, используются при постоянной эксплуатации, и временные, которые используют только в течении строительства или ремонта постоянных гидротехнических сооружений.

     Постоянные  гидротехнические сооружения подразделяют на четыре класса (I - IV). Наиболее ответственные гидротехнические сооружения относятся в первому классу.

     Объединенные  в группы несколько гидротехнических сооружение составляют гидроузлы и  гидросистемы.

     Под гидроузлом понимают группу гидротехнических сооружений, объединенных условиями  совместной работы и местоположением. В зависимости от основного назначения, определенного по ведущей отрасли  водного хозяйства, отличают: водозаборные, воднотранспортные, энергетические  и пр. гидроузлы. Гидроузлы чаще всего  бывают комплексные (водозаборно-энергетические и пр.).

     Гидросистемой называют комплекс гидротехнических сооружений, которые объединены в несколько гидроузлов и имеют линейные участки трассы (туннели, каналы) и которые могут размещаться со значительным удалением друг от друга, однако служат одинаковым водохозяйственным целям (Лошицкая водная система).

     Гидротехнические  сооружения садово-парковых объектов по целевому назначению относятся к  специальным. По характеру выполняемых функций их можно разделить на две группы:

     1) служащие для улучшения условий  отдыха людей;

     2) служащие для улучшения условий  роста растений в парковых  и лесопарковых хозяйствах.

     К первой группе гидротехнических сооружений относятся: штучные озера, водопады, пороги, каналы, каскады, ручьи, фонтаны, источники и пр.

     Ко  второй группе: хозяйственные и противопожарные  водоемы; сооружения для защиты от затопления паводковыми водами; сооружения, которые  понижают уровень грунтовых вод  и пр.

     Разделение  гидротехнических сооружений садово-парковых объектов на группы, выполняется с  учетом их основных функций.

     История мирового гидротехнического  строительства

     По  мере развития человечества сфера использования  водных ресурсов увеличивается.

     Наиболее  древним видом гидротехнического  строительства являются колодцы. Колодцы  строятся в тех местах, где существует недостаток поверхностных вод или  они отсутствуют. Глубина колодцев различна от нескольких метров до сотен. В Средней Азии известен колодец, глубина которого превышает 300 м (возвышенность Карабиль).

     В районах предгорья водообеспечения поселений строились кяризы (вертикальные колодцы, которые соединяются между собой под землей горизонтальными галереями). Самые древние из них находятся в Сирии. Средняя длина подземных галерей достигает 5-10 км, а глубина самых верхних (главных) колодцев достигает 100 м и более. Общая глубина подземных галерей в Сахаре составляет 3000 км.

     Издавна известно строительство платин. Остатки  древнейших насыпных платин, построенных в 500-600 г до н. э., найдены в Иране.

     В период создания древних садов и  парков широкое распространение  получило строительство ирригационных  систем.

     В Киевской Руси использование водной энергии проводилось с помощью  водных кругов. В феодальный период гидротехническое строительство основывалось на строительстве небольших водяных  мельниц, мелких сооружений для регулирование русел, а также для водообеспечения городов и замков. В Европе в 14 веке были построены первые судоходные шлюзы.

     В 18 и начале 19 веков в Европе началось строительство простейших гидроустановок. Строились заводские земляные и дровяные плотины. В России были построены Мариинская, Тихвинская и другие водные системы.

     В конце 19 – начале 20 веков, после изобретения  гидравлических турбин и начала устойчивого  использования электричества в  промышленности, гидротехническое строительство поднялось на новый уровень – появляются первые гидроэлектростанции. Немалый вклад принесло появление бетона и железобетона.

     В начале второго тысячелетия возрастали транспортные потребности промышленности и сельского хозяйства следовательно это привело к новому развитию транспортных путей; а рост городов – к развитию водообеспечения и канализации. В сельском хозяйстве началось проведение оросительных и осушительных работ.

     Наиболее  интенсивно гидротехническое строительство  развивается в последние десятилетия. Построены плотины высотой до 200м. построены мощные ГЭС (Волжская, Саратовская и пр.). Построен Волго  – Донской канал с комплексом сооружений для нужд водного транспорта, орошения земель и пр. В Средней Азии построены ирригационные водохранилища Андыжанское и Кировское с плотинами высотой соответственно 115 и 84 м.

 

     

     Основные  понятия кинематики и динамики жидкости. Потери напора. Формула  Шези

     Основные  понятия кинематики и динамики жидкости

     Пока  жидкость сохраняет состояние, которое  соответствует уравнению:

     р_а= р_о + ρgh

     где р_а – абсолютное гидростатическое давление, р_о – внешнее давление, ρ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, h – глубина опускания пункта.

     Линия струи – это линия, касательная  к которой в каждом пункте в  определенный момент времени совпадает  с направлением скорости в этом пункте. Такая скорость называется местной  скоростью u.

     Элементарной  струйкой называется бесконечно малый  объем вокруг линии струи.

     Потоком называется объем жидкости, который  движется и имеет конечные размеры. Поток состоит из бесконечно большого количества элементарных струек. Такая  модель называется струйная модель потока жидкости.

     Потоки, в которых верхняя часть поверхности  является свободной, а остальная  - намоченной, называются безнапорными (ручьи, каналы и пр.). Потоки, ограниченные со всех сторон твердыми стенками, называются напорными (труба, полностью заполненная жидкостью и пр.).

     Элементы  потока. Живым сечение называют сечение потока плоскостью, которая перпендикулярна к линии потока; площадь живого сечения потока обозначают – ω.

     Намоченный  периметр – это линия, по которой живое сечение касается стенок, которые его ограничивают; намоченный периметр обозначают буквой χ. Отношение площади живого сечения к намоченному периметру называют гидравлическим радиусом и обозначают - R.

     R = ω /  χ .

     Это величина характеризует удельную площадь  живого сечения , следует, она показывает какая часть живого сечения приходится на единицу длины намоченного периметра.

     Расходом  потока называется количество жидкости, которая проходит через живое  сечение за единицу времени:

     Q = W / t .

     Выражается  в единицах объема с деление последних  на время. Отношение расхода к  площади живого сечения называют средней скоростью потока и обозначают

     ν = Q / ω .

     Однако необходимо знать, что фактически в разных пунктах живого сечения действительные скорости различны.

     Виды  движения жидкости. По характеру скорости и расходу движение жидкости бывает установившееся и неустановившееся. Неустановившемся движением называется такое движение, при котором элементы потока (расход, глубина, давление и пр.) изменяются во времени. При установившемся потоке эти элементы постоянны.

     По  характеру перемещения по длине  потока движения жидкости делится на равномерное и не равномерное.

     Равномерным называют такое установившееся движение, при котором живые сечения  не изменяются по всей длине рассматриваемого участка потока и эпюры скоростей  во всех живых сечениях одинаковые.

     Если  при установившемся движении, которое  является обязательным условием равномерного движения, скорости вдоль отдельных струек изменяются, то такое движение называется неравномерным. Оно возникает в результате изменения размеров или формы живого сечения вдоль потока.

     Установившееся  движение, когда все линии струи  и элементарный струйки прямолинейные  и параллельны друг другу, а движение жидкости становится почти равномерным  и прямолинейным, называется плавно изменяющимся, или параллельно-струйным.

     Физическим  критерием возможности считать  движение плавно изменяемым, является очень малая величина инерционного ускорения, которое возникает в  плоскости живого сечения, в сравнении  с ускорением свободного падения  в рамках принятой точности расчета. Движение, при котором в живом сечении кроме силы тяжести действуют соизмеримые с ней инерционные силы, называется резкоизменяющимся.

     По  характеру режима движение воды подразделяют на ламинарный и турбулентный. Ламинарный режим движения характеризуется передвижением воды без перемешивания струй. Такой режим наблюдается в потоках очень маленького размера при незначительной скорости течения, например, при фильтрации грунтовых вод в земной толще.

     Турбулентный  режим движения обуславливается  перемешиванием частиц воды, которые, кроме поступательного движения с большими скоростями, имеют и  вращательное движение.

     Потери  напора

     Потери  напора на преодоление гидравлических сопротивлений включают: 1) потери напора по длине потока (линейные) h_l и 2) местные потери напора  h_м , которые обусловлены резким изменением движения жидкости (вход в трубу, расширения повороты и пр.). Следует, полные потери напора на участке 1-2 будут равны сумме потерь: