- •Курс лекций
- •Раздел 1. Гидравлика
- •1.1. Основные физические свойства жидкостей и газов. Гидростатика.
- •1.1.1. Основные физические свойства жидкости
- •Реальная и идеальная жидкость.
- •1.1.2. Гидростатика Абсолютный и относительный покой (равновесие) жидких сред. Силы, действующие в жидкостях
- •Гидростатическое давление и его свойства
- •Основное уравнение гидростатики
- •Принцип действия гидростатических машин
- •Избыточное давление. Способы выражения гидростатического давления
- •Суммарное давление жидкости на плоскую поверхность
- •Центр давления жидкости на плоскую поверхность
- •Графический способ определения величины суммарного давления жидкости на плоскую поверхность и положения центра давления
- •Суммарное давление жидкости на криволинейную поверхность
- •1.2. Основы кинематики и динамики жидкости
- •1.2.1. Основы кинематики жидкости Общий характер движения жидких частиц
- •Кинематические элементы движущейся жидкости
- •Уравнение сплошности (неразрывности) течения
- •Понятие о потоке жидкости
- •Гидравлические элементы потока жидкости
- •Виды движения жидкости Неустановившееся и установившееся движение
- •Неравномерное и равномерное движение жидкости
- •Напорное и безнапорное движение жидкости
- •Режимы движения жидкости
- •Сопротивления при ламинарном и турбулентном движении
- •Распределение скоростей в потоке при ламинарном и турбулентном режимах
- •1.2.2. Основы динамики жидкости Методы изучения движения жидкости
- •Дифференциальное уравнение движения идеальной жидкости
- •Общая интегральная форма уравнений количества движения и момента количества движения
- •Конечно-разностные формы решения уравнений движения жидкости
- •Уравнение д. Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости Вывод уравнения Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости
- •Геометрический смысл уравнения Бернулли
- •Энергетический смысл уравнения Бернулли
- •Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости
- •Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
- •Учет гидродинамических явлений в технике Взаимосвязь уравнения неразрывности и уравнения Бернулли
- •Кавитация
- •Измерение скорости потока и расхода жидкости
- •1.3. Одномерное движение жидкости и газа
- •1.3.1. Гидравлические сопротивления Виды гидравлических сопротивлений
- •Основные понятия о потерях напора (энергии) на гидравлических сопротивлениях
- •Потери напора на трение по длине потока
- •Потери напора от местных сопротивлений
- •1.3.2. Движение несжимаемой жидкости в трубах Применение уравнения Бернулли и принципа сложения потерь напора к расчету коротких водопроводных труб
- •Из уравнения неразрывности для потока жидкости следует:
- •Построение пьезометрической линии
- •Гидравлический расчет длинных трубопроводов
- •Водопроводная формула
- •Обозначив
- •Расчет простого водопровода
- •Получим
- •Расчет элементов сложного трубопровода
- •Б. Параллельное соединение труб.
- •1.3.3. Движение сжимаемой жидкости (газа) Основные физические свойства газов
- •Общее уравнение энергии в интегральной и дифференциальной формах
- •Уравнение д.Бернулли для газов
- •Число Маха
- •Основные закономерности одномерного движения газа Зависимость между скоростью звука и скоростями течения сжимаемой жидкости
- •Зависимость между изменениями сечения и скоростью течения потока сжимаемой жидкости
- •Зависимость между изменениями плотности и скоростью течение потока сжимаемой жидкости
- •Применение уравнения Бернулли к расчету движения газа по трубам
- •1.3.4. Истечение жидкости через отверстия и насадки Классификация отверстий и основные характеристики истечений
- •Истечение из малого отверстия в тонкой стенке
- •Расход жидкости, вытекающей из отверстия будет равен
- •Истечение из большого отверстия в тонкой стенке
- •Истечение жидкости через насадки при постоянном напоре
- •Внешняя цилиндрическая насадка (рис. 3 – 1).
- •Истечение жидкости при переменном напоре
- •1.3.5. Движения жидкости в открытых руслах Виды движения жидкости
- •Типы открытых русл
- •Удельная энергия сечения
- •Критическая глубина
- •Бурное и спокойное состояние потока
- •Расчетные характеристики равномерного движения в открытых руслах
- •Гидравлические элементы поперечного профиля канала
- •Основные зависимости для расчета равномерного движения в призматических руслах
- •Поделив все члены уравнения (1 – 1) на вес жидкости ..L и группируя все слагаемые с одинаковыми индексами, получим:
- •Формула Шези
- •Гидравлически наивыгоднейшее сечение трапецеидального канала
- •Гидравлический показатель русла
- •Допускаемые скорости течения в каналах
- •Методы расчета равномерного движения в каналах
- •Особенности расчет равномерного безнапорного движения в каналах замкнутого поперечного профиля
- •Приближенные расчеты равномерного движения в естественных руслах
- •Основные задачи при гидравлическом расчете каналов
- •Параметры неравномерного движения жидкости в открытых руслах
- •Основное уравнение неравномерного движения
- •Удельная энергия сечения потока
- •Критическое, спокойное и бурное состояние потока
- •Гидравлический прыжок
- •Уравнения неравномерного плавноизменяющегося движения жидкости в непризмагических руслах
- •Дифференциальные уравнения неравномерного плавноизменяющегося движения в призматических руслах
- •Общий анализ дифференциальных уравнений неравномерного движения в призматических руслах
- •Формы свободной поверхности при неравномерном плавноизменяющемся движении в призматических руслах
- •Типы задач при расчете неравномерного движения жидкости в призматических руслах
- •Прямые задачи расчета неравномерного движения жидкости в призматических руслах
- •Обратные задачи расчета неравномерного движения жидкости в призматических руслах
- •Построение кривых свободной поверхности потока неравномерного движения жидкости в непризматических руслах
- •Построение кривых свободной поверхности потока неравномерного движения жидкости в естественных руслах
- •1.3.6. Водосливы
- •Классификация водосливов
- •Расход через прямоугольный водослив
- •Бреши в плотинах. Расход воды через бреши
- •1.3.7. Относительное движение жидкости и твердого тела Общие понятия
- •Сопротивление трения при обтекании плоской пластины
- •Отрыв пограничного слоя
- •Распределение давления по поверхности обтекаемого тела. Сопротивление давления
- •Суммарное сопротивление при обтекании твердого тела
- •Сопротивление воды движению плавающих средств
- •Составляющие силы полного сопротивления
- •Влияние гидродинамической поддерживающей силы Rz
- •Подъёмная сила
- •Аэродинамические сила и момент
- •Аэродинамические коэффициенты профиля
- •Определение аэродинамических коэффициентах профиля
- •Осаждение (всплывание) твердых частиц, капель жидкости и газовых пузырей в жидкости
- •Скорость равномерного осаждения или всплывания твердого тела в жидкости.
- •Особенности осаждения (всплывания) капель жидкости и газовых пузырей.
- •1.3.8. Распространение возмущений, вызванных местным изменением давления Гидравлический удар
- •Определение повышения давления в трубопроводе
- •Пути борьбы с гидравлическим ударом
- •Ударные волны в газах
- •Ударные волны, как одно из важных проявлений сжимаемости газа
- •1.3.9. Движение грунтовых вод
- •Основной закон ламинарной фильтрации
- •Равномерное безнапорное движение грунтовых вод
- •Формула Дюпюи
- •Неравномерное безнапорное плавноизменяющееся движение грунтовых вод, плоская задача
- •Приток воды к грунтовому колодцу
- •Приток воды к водосборной галерее
- •Расчет осушительной сети (дренажей)
- •1.3.10. Виды движения воды в открытых руслах
- •Неустановившееся движение воды в открытых руслах
- •Примеры неустановившихся потоков
- •Расчет неустановившегося течения
- •Параметры волн прорыва, методы их расчета
- •График движения волны прорыва
- •Графики интенсивности изменения характеристик затопления во времени
- •2.1.11. Гидравлика мостов
- •Требования сНиП по расчет мостов на воздействие водного потока (сНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы)
- •Методы расчета отверстий мостов и общих деформаций подмостовых русел
- •Для определения глубины под мостом и ширины отверстия моста
- •2.1.12. Гидравлическое моделирование Виды моделей
- •Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие. Коэффициенты подобия
- •Полное и частичное динамическое подобие. Критерии динамического подобия
- •Основные правила гидравлического моделирования
- •Моделирование напорных потоков
- •Моделирование безнапорных потоков
- •Моделирование при геометрическом искажении модели
- •Воздушно-напорное моделирование потоков со свободной поверхностью
- •Моделирование движения наносов и размывов русла
- •Натурные исследования
- •Раздел 2. Гидрология
- •2.1. Общие определения речной гидрологии
- •2.1.1. Предмет гидрологии и гидрометрии
- •2.1.2. Круговорот воды в природе Определение круговорота воды в природе
- •Водный баланс
- •2.1.3 Водные ресурсы
- •2.1.4. Сток воды и его характеристики Основные понятия о стоке воды
- •Гидрологические характеристики стока
- •Факторы, влияющие на величину стока
- •2.1.5. Гидрографическая сеть и речная система Типы водных объектов
- •Водосборы и водоразделы
- •Гидрографическая сеть
- •2.1.6. Общая характеристика рек
- •2.1.7. Морфометрические и гидрографические характеристики рек
- •Морфометрические характеристики реки
- •2.1.8. Динамика речного потока
- •2.1.9. Гидрографические характеристики рек
- •2.1.10. Движение наносов и русловые процессы Образование наносов
- •Механизм взвешивания и перемещение наносов
- •Режим стока наносов
- •Расход взвешенных наносов
- •Распределение взвешенных наносов
- •2.1.11. Русловые деформации Русловые процессы и русловые деформации
- •Типы русловых процессов
- •Способы определения устойчивости и подвижности русел рек
- •2.1.12. Каналы
- •2.1.13. Водоемы и болота
- •2.1.14. Болота
- •2.2. Речная гидрометрия
- •2.2.1. Организация гидрологических наблюдений Мониторинг водных объектов
- •Состав и организация Гидрометрической службы в рф
- •Организация наблюдений и обработки данных
- •2.2.2. Непосредственное измерение характеристик реки Измерение уровней и глубины воды
- •6.2.1.1. Определение уровня (глубины) воды: а) мерной рейкой; б) лотом ; в) эхолотом
- •Измерение скоростей течения в реке
- •Определение расходов воды в реке
- •Определение расходов воды речных потоков аэрогидрометрическими методами
- •Определение расходов воды речных потоков по уклону и живому сечению
- •Определение расходов наносов и мутности
- •Измерение толщины льда
- •2.2.3. Обработка результатов измерений Графики колебаний уровней
- •Кривые связи уровней воды по водомерным постам.
- •Гидрограф
- •Кривые связи расходов и уровней воды в реке
- •2.3. Гидрологические расчеты
- •2.3.1. Задачи и содержание расчетов по определению гидрологических характеристик
- •2.3.2. Нормативные документы
- •2.3.3. Гидрологическое прогнозирование
- •2.3.2. Применение математической статистики для определения расчетных гидрологических характеристик Методы получения гидрологических характеристик стока
- •Прогнозирование расходов воды в реке при наличии данных гидрометрических наблюдений
- •Прогнозирование расходов воды в реке расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью) при отсутствии данных гидрометрических наблюдений
- •Прогнозирование максимальных расходов воды в реке расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью)
- •2.3.3. Краткие сведения о регулировании речного стока Комплексное использование водных ресурсов
- •Задачи и виды регулирования стока
- •Регулирование высокого стока
- •Заключение
2.3.3. Краткие сведения о регулировании речного стока Комплексное использование водных ресурсов
Рациональное использование водных ресурсов рек требует увязки интересов всех водопользователей и водопотребителей, установления частного и суммарного их водопотребления и соответствия водопотребления водоносности используемых водотоков. При недостаточной водоносности речного потока запросы всех водопотребителей не могут быть удовлетворены в полной мере. В таких случаях водой обеспечиваются только наиболее рентабельные и важные для народного хозяйства водопотребители или для них вводится ограниченное водопотребление. Это обстоятельство вызывает необходимость при водохозяйственном строительстве выполнять специальные расчеты, направленные на выявление потребностей в воде, и решать вопрос, насколько эта потребность может быть удовлетворена данным водотоком при регулировании его стока. Эти расчеты, конечной целью которых является составление плана водопотребления, называются водохозяйственными расчетами или водохозяйственным проектированием.
Схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов разрабатываются в целях определения водохозяйственных и иных мероприятий для удовлетворения перспективных потребностей общества в водных ресурсах, обеспечения рационального использования и охраны водных объектов, а также для предотвращения и ликвидации вредного воздействия вод (Водный кодекс РФ, 1995г., ст. 76).
Намечаемые в схемах мероприятия должны быть направлены на решение следующих задач:
гарантированное обеспечение потребностей населения и отраслей экономики в водных ресурсах с приоритетом хозяйственно-питьевого водоснабжения, рационализация водопользования в промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве;
защита населения и объектов экономики от наводнений и подтоплений, сведение к минимуму ущербов от вредного воздействия вод;
снижение антропогенной нагрузки и загрязнения водных объектов, улучшение их экологического состояния;
обеспечение безопасности и эксплуатации гидротехнических сооружений;
развитие системы наблюдений, анализа и прогнозирования на водных объектах, водохозяйственных системах и сооружениях;
совершенствование системы государственного управления водными объектами;
разработка нормативного правового, научного и методического обеспечения.
В целях определения основных направлений развития водного хозяйства, использования и охраны вод в целом по Российской Федерации разрабатывается Общая федеральная схема - Схема комплексного использования и охраны водных ресурсов Российской Федерации.
В целях обеспечения рационального использования и охраны вод в бассейнах водных объектов разрабатываются бассейновые схемы с выделением показателей по соответствующим территориям субъектов Российской Федерации.
Бассейновые схемы трансграничных водных объектов разрабатываются в соответствии с международными договорами Российской Федерации.
В схемах учитываются интересы всех участников водохозяйственного комплекса и рассматривается использование водных объектов для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, для промышленности, энергетики, сельского хозяйства, для гидроэнергетики, рыбного хозяйства, водного транспорта, лесосплава, для рекреации, лесного хозяйства, для обеспечения пожарной безопасности, для добычи полезных ископаемых (Водный кодекс РФ, 1995г., статьи 133-146).
Общая федеральная схема комплексного использования и охраны водных ресурсов Российской Федерации рассматривает проблемы водного хозяйства на всей территории страны и разрабатывается в разрезе бассейнов основных водных объектов (см. приложение Б).
В составе общей федеральной схемы РФ выполняются:
оценка существующего водохозяйственного комплекса и проблем его водообеспечения;
анализ экологического состояния водных объектов и проявлений вредного воздействия вод;
оценка состояния безопасности гидротехнических сооружений;
прогноз развития водохозяйственного комплекса и водопотребления на перспективу с учетом прогноза социально-экономического развития страны;
определение рамочных величин лимитов водопользования субъектов РФ с учетом водных ресурсов поверхностных и подземных водных объектов;
оценка потребности в водоохранных и водохозяйственных мероприятиях на основании общефедеральных и региональных целевых программ и бассейновых схем;
разработка предложений по совершенствованию системы государственного управления водным фондом;
планирование развития системы мониторинга водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений;
оценка потребности в финансировании водного хозяйства и совершенствование механизма экономических отношений при использовании и охране водных объектов;
разработка интегрированной информационной системы по водным ресурсам, их использованию и охране;
определение тематики нормативных правовых, научно-исследовательских и методических работ в области использования и охраны водных объектов;
оценка социально-экономических и экологических последствий реализации мероприятий схемы.
Бассейновые схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов рассматривают территорию бассейнов поверхностных водных объектов и разрабатываются в разрезе субъектов РФ, водохозяйственных районов и участков.
В составе бассейновых схем выполняются:
оценка водных ресурсов и прогноз их изменения на перспективу под влиянием антропогенной деятельности и климатических изменений;
анализ современного состояния и прогноз развития водохозяйственного комплекса на перспективу с учетом региональных прогнозов социально-экономического развития;
оценка требований на воду по объему стока, режима водоподачи и качеству воды на современном уровне и прогноз на перспективу (с изъятием и без изъятия стока);
определение объемов водоотведения, источников загрязнения и состава поступающих в водный объект со сточными водами загрязняющих веществ на современном уровне и прогноз на перспективу;
оценка современного качества воды и экологического состояния водных объектов и прогноз их изменения на перспективу;
определение величин санитарного и экологического попусков (расходов) и объемов предельно допустимого изъятия стока из водных объектов;
оценка проявлений вредного воздействия вод на территории бассейна и их негативных последствий для населения, объектов экономики и окружающей среды;
составление водохозяйственных расчетов и балансов, оценка водообеспеченности водопользователей на современном уровне и на перспективу, выбор оптимального режима регулирования стока;
определение перспективных лимитов водопользования для субъектов РФ и участников водохозяйственного комплекса;
оценка технического состояния и форм собственности основных производственных водохозяйственных фондов;
обоснование намечаемых инженерных мероприятий, направленных на:
обеспечение потребности в водных ресурсах по объему, режиму и качеству воды;
предотвращение вредного воздействия вод;
обеспечение безопасности гидротехнических сооружений;
очистку сточных и ливневых вод, улучшение экологического состояния водных объектов;
разработка предложений по развитию системы мониторинга водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений;
разработка бассейновой информационной базы данных по водным ресурсам, их использованию и охране;
оценка потребности в финансировании для выполнения намечаемых мероприятий;
разработка предложений по системе платного водопользования на территории бассейна;
разработка предложений по совершенствованию государственного управления водным фондом бассейна;
определение тематики НИОКР в области использования и охраны водных ресурсов и водных объектов;
обоснование первоочередных мероприятий с оценкой их эффективности;
оценка социально-экономических и экологических последствий реализации мероприятий.
