prosdo.ru 1 2 ... 5 6




Четвертый курс, восьмой семестр
Лабораторная работа №7
Составление продольного профиля реки
Продольный профиль реки составляется с целью разбивки реки на бьефы, т.е. для проектирования по реке каскада ГЭС и вычисления кривой подпора.

Составлению продольного профиля реки предшествуют полевые геодезические работы, связанные с созданием высотного для нивелирования уровней воды, сгущением существующей сети водомерных постов и организацией наблюдений на них, собственно нивелированием уровней воды, промерами глубин реки по оси водотока.

При нивелировании уровней воды в реке ее разбивают на участки, на границах которых, а также в характерных перегибах профиля реки устраивают водомерные посты (в/п). На в/п ведут систематические наблюдения за уровнями воды и составляют график в/п, на котором указывают колебания уровня воды во времени и высоту уровня на каждый день. На характерных точках реки между в/п располагают точки однодневной связи (ТОС) уровней воды. Отметки на ТОС передают на каждом участке в одну и ту же дату. Одновременно с нивелированием кольев ТОС выполняют промеры глубин по фарватеру, определение отметок бровок берегов.

Систематические наблюдения уровней воды на в/п позволяют приводить высоты уровней, полученные на отдельных участках, к высотам уровней на одну дату для всей реки, поэтому принято называть

а) рабочим уровнем – уровень воды в реке в момент нивелирования;

б) приведенным срезочным уровнем – уровень воды, приведенный к одному моменту времени для всей реки.

Исходные данные: несколько участков реки (Приложение 3) и дата приведения уровня воды (задаются преподавателем).
Последовательность выполнения работы:
1) Дать подробное описание полевых работ для составления продольного профиля реки, изучив теоретический материал раздела 5.2.

2) Вычислить высоты уровней воды в реке, приведенные на заданную дату, падения и уклоны водной поверхности.


Для приведения уровней в/п на заданную дату нужно к отметке нуля графика Но прибавить среднесуточные превышения уровней воды на эту дату (см. Приложение 4).

Поправки в рабочие отметки ТОС на приведенную дату за неравномерность изменений уровней в реке получают пропорционально либо расстояниям, либо изменениям рабочих уровней. Формулы для вычислений приводятся в разделе 5.2. Вычисления сводим в таблицу (см. Приложение 5).

Падения и уклоны водной поверхности вычисляют по отметкам приведенных уровней и расстояниями между смежными в/п и ТОС.

В представленной таблице приведены исходные данные и результаты вычислений для участков реки 2, 3 и 4 на дату 09.09.

3) Составить продольный профиль реки, пользуясь исходными и вычисленными отметками.

На продольном профиле строят графики: дна, берегов, высшего исторического горизонта (ВИГ), рабочего и приведенного уровней воды в реке. Профиль вычерчивают на листе миллиметровой бумаги в туши в масштабах: горизонтальный – 1:2000000, вертикальный – 1:200. Пример продольного профиля реки см. Приложение 6. Можно составить профиль на компьютере, используя программный комплекс Excel.

Лабораторная работа №8


Определение объема водохранилища
Водохранилища на реках играют важные народнохозяйственные задачи: получение дешёвой электроэнергии, орошение засушливых районов, обеспечение судоходства, водоснабжения промышленных предприятий и населённых пунктов и др. Поэтому важным элементом водно-хозяйственного расчёта является определение объёмов водохранилища. Объём воды в водохранилищах определяется по топографическим картам.

Исходными данными для выполнения данной лабораторной работы служит топографическая карта территории затопления (водохранилища) масштаба 1:10000 или 1:25000 с сечением рельефа 2,5 или 5 м (карта выдается преподавателем).

Необходимо выполнить:

– вычисление объёма водохранилища приближённым методом;


– вычисление объёма водохранилища уточнённым методом;

– оценку точности определения объёма водохранилища.
Последовательность выполнения работы:
1) Известно, что объём водохранилища определяется с использованием площадей затопления. Поэтому для выполнения работы и определения площадей затопления по топографическим картам должны быть произведены поверки планиметра и определение его цены деления. Для определения цены деления планиметра необходимо выполнить несколько обводов (4-6) фигуры известной площади, например квадрата 10х10 см.
Таблица 14

Определение цены деления планиметра


Отсчёты по ролику

Разность отсчётов

Средняя

разность

Площадь Р, км2


Цена деления планиметра С

для М 1:25000


прямой ход

обратный ход

прямой ход

обратный ход

5536

4857
















6548

3841

1012

1016

1013,5

6,25

0,006167

7563


2830

1015

1011











2) Площади затопления по выданной карте с обводом всех горизонталей, попадающих в зону затопления. Для контроля получения значений площадей обводку горизонталей производим дважды: по ходу и против часовой стрелки.

По величинам измеренных площадей определяем объём dV, содержащийся в слое, заключённом между двумя смежными горизонталями:

, (26)
где и - площади затопления, ограниченные смежными горизонталями; h – высота сечения рельефа.

Объём всего водохранилища V находится последовательным суммированием объёмов призм dV по формуле:

. (27)

Вычисленную площадь выражаем в , а объём – в млн. с удержанием второго знака после запятой.
Таблица 15

Определение площадей затопления и объёма водохранилища приближённым

способом

Отсчёты по планиметру

Разность отсчётов


Средняя

разность

(площадь

в делениях)

F,

км2

(F1+F2)/2,

км2

dV,

млн м3

прямой ход

обратный ход

прямой ход

обратный ход

2134

5862

817

812

814,5

5,023







2951

5050

643

637

640

3,947

4,485

22,43

3594

4413

494

489

491,5

3,031

3,489

17,45

4088

3924

335

331

333

2,054

2,5425

12,71

4423

3593

320

317

318,5


1,964

2,009

10,05

4743

3276

231

228

229,5

1,415

1,6895

8,45

4974

3048

181

179

180

1,11

1,2625

6,31

5155

2869

129

128

128,5

0,792

0,951

4,76

5284

2741

90

89

89,5

0,552

0,672

3,36

5374

2652

54

53

53,5

0,33

0,441

2,21

5428

2599

25

24

24,5

0,151

0,2405

1,2

5453


2575
















88,93


3) В уточнённом способе определения объёма водохранилища используем значения площадей, полученных ранее, и находим функциональную зависимость F=f(H), значения которой при возможно меньше отличались бы от измеренных значений площадей . Поэтому необходимо построить график зависимости между высотами сечений горизонталями i и соответствующими им измеренными площадями . Полученную ломаную линию необходимо выровнять по наиболее близкой к ней теоретической кривой. При выравнивании будем применять функциональную зависимость в виде параболы n-й степени:

. (28)
Для нахождения неизвестных коэффициентов , , , … , применяем метод наименьших квадратов.

Подставляя в уравнение (28) высоты , которым соответствуют значения измеренных площадей , получаем уравнения поправок:

. (29)

Системе уравнений (29) будет соответствовать система нормальных уравнений:

. (30)

Следует отметить, что в практических случаях параболы 3-го порядка встречаются очень редко и дают практически несущественное уменьшение суммы квадратов уклонений [vv] от найденной теоретической кривой. Поэтому при выборе функции f(H) ограничимся параболой третьего порядка.

Сначала решаем два уравнения системы (30) и определяем уравнение прямой:

. (31)
и среднюю квадратическую погрешность площадей определяем по их уклонениям от прямой:

, (32)

где n – число уравнений поправок.

Решение осуществляем матричным способом с использованием программного комплекса МАТLAB.

Матрица а – коэффициенты условных уравнений, l – площади горизонталей с обратным знаком.

Например,

; ; ;

; ;


;

; .

В результате вычислений мы получили матрицу x, которая и содержит коэффициенты и , матрицу поправок v и сумму квадратов поправок – f=[vv].

.

По формуле (32) получили, что .

Теперь составим уравнение квадратной параболы:
. (33)
; ; ;
;

; ;

; ; .

Коэффициенты параболы второго порядка находятся в матрице x1, поправки – в матрице v1, f1-сумма квадратов поправок. А уравнение квадратной параболы получено следующее:
.

Находим среднюю квадратическую погрешность площадей по уклонениям от квадратной параболы по формуле:

, (34)

она будет равна =0,2.

Так как <проведём ещё исследование кубической параболы:
. (35)
; ; ;
; ;
; ;
; ; .

Уравнение кубической параболы получили следующее:

.

Находим среднюю квадратическую погрешность измеренных площадей по уклонениям от кубической параболы по формуле:

, (36)

она будет равна =0,13.

В результате <, значит лучше для определяемой площади подходит кубическая парабола.

На этом подбор функции завершим, хотя вполне возможно, что существует функция большего порядка, отклонения от которой будут меньше. В дальнейших расчётах в качестве функции f(H) используем кубическую параболу.

Находим объём водохранилища путём интегрирования найденного выражения по переменной Н. Для кубической параболы имеем следующее выражение:
(37)
Нам необходимо найти объём водохранилища для высот сечений горизонталями топокарты масштаба 1:10000. При составлении уравнений ошибок и нормальных уравнений для удобства вычислений были использованы высоты, приведённые к натуральному ряду чисел. Поэтому из вычисленных объёмов следует вычесть объём призмы, полученный для аргумента Н=1. Затем полученные объёмы увеличиваем в h раз, где h – высота сечения рельефа топокарты масштаба 1:25000.

Принимая =11, находим из формулы (37): =17,516.


Аналогично находим объем водосливной призмы при Н=1 –= -0,057

Окончательное значение объёма водохранилища:

=87,86 млн м3.

4) Для оценки точности измеренных площадей необходимо вычислить ошибку площади, ограниченной горизонталью на топокарте масштаба 1:25000, если средняя квадратическая погрешность высоты h точки, определённой по горизонталям, составляет 1/3h. Затем следует показать, как эта погрешность влияет на вычисление объёма водохранилища.

Погрешность в площади F, ограниченной горизонталью, может быть вычислена по формуле

, (38)

где – относительная ошибка в положении всей горизонтали; Ккоэффициент, зависящий от масштаба карты и от высоты сечения рельефа; коэффициент, указывающий на отношение длины эллипса к длине окружности, ограничивающих площадь водохранилища, эквивалентную площади, ограниченной данной горизонталью; коэффициент, характеризующий извилистость горизонтали, вычисляемый путём отношений длин горизонталей между двумя точками к длинам соответствующих прямых, соединяющих эти точки; , – площади, ограниченные двумя соседними самыми большими горизонталями.


Для карты масштаба 1:25000 высотой сечения 2-5 м К=1.

Коэффициент ,

где а и b соответственно большая и малая полуоси эллипса, ограничивающего площадь затопления. Например – =1,2.

Тогда 0,535 , а погрешность площади определенной планиметром составит = 4,441 .

Погрешность также находим дифференцируя выражение (35) и перейдя к средним квадратическим погрешностям, подставив в него коэффициенты из матрицы x2:
, (39)
= 0,535h = 0.0027; = 4,21.

Погрешность в объёме в зависимости от всей горизонтали можно найти их выражения
=0,031 млн м3. (40)

Далее находим максимальную погрешность при линейном интерполировании площадей затопления по карте масштаба 1:25000 между двумя смежными горизонталями. Предельная ошибка в площади при линейном интерполировании получается при средней высоте для двух смежных горизонталей. Зная функциональную зависимость F=f(H) и высоту сечения рельефа h, предельную ошибку при линейном интерполировании определяют по формуле:


, (41)
где - вторая производная от функции f(H). Для нашей функции при h=5м =1,52.


Лабораторная работа №9


Аналитическая подготовка проекта основных осей гидроузла к перенесению на местность
Аналитическая подготовка проекта гидроузла для выноса его на местность заключается в следующем. По крупномасштабной карте, на которой составлен проект, определяют графические координаты главных точек осей сооружения. По графическим координатам решают обратные геодезические задачи и находят расстояния и дирекционные углы между главными точками оси, а затем по вычисленным дирекционным углам определяют углы пересечения осей.

Вычисленные значения длин линий и углов пересечения осей сравнивают с данными, принятыми при составлении проекта. Если расхождения длин линий больше 1,6 м при проектировании по карте масштаба 1: 2000 или 0,8 м при проектировании по карте масштаба 1: 1000, а углы больше 2-3’, устанавливают причину этих расхождений и устраняют ее.

По полученному из решения обратной геодезической задачи дирекционному углу одной из сторон оси и длинам линий, принятым при составлении проекта, вычисляют координаты всех главных точек основных осей сооружений, которые и переносят на местность.

Исходными данными для выполнения работы служат: схема основных осей гидроузла с главными точками; координаты главных точек осей, снятые с карты масштаба 1: 2000; условия проекта.



Рис 5.Схема основных осей гидроузла


АБ – ось станционной плотины; БВ – ось водосливной плотины; ВГ – ось верхового пути судоподъёмника; ЕЖ – продольная ось агрегатов ГЭС; ЗИ – ось бычков водосливной плотины;

КЛ – ось верховой перемычки; МН – ось низовой перемычки; ОР – ось эстакады;

ЛН – межплотинная ось; 1-1”, 2-2”, ....., 9-9” – поперечные оси агрегатов ГЭС.

Таблица 16

Исходные данные


Название точек

Координаты, м

X


Y

А

4578,20

2436,30

Г

4651,40

3568,40

Д

3048,20

2761,80

К

4922,50

2641,50

М

3967,70

2360,00

По условиям проекта: АВ=1130м, ЕЕ’=ЖЖ’=120м, АБ=720м, АЕ’=230м, ЕЖ=400м, ЗБ=ИИ’=72м, БЛ=343м, БН=370м, БР=180м, ВГ=425м, ВД=1000м, ЗИ=320м, ОР=650м, αАВ=110º+ 2'(n-1)
Последовательность выполнения работы:

1) Вычисление координат точек, лежащих на оси плотины. Все вычисления в данной лабораторной работе рассмотрим на конкретном примере.


Таблица 17


Название пункта


S, м

Дирекционный угол

X, м

Y, м

А

230

105˚32’

4578,20

2436,30

Е’

4516,61

2657,90

400

Ж’

4409,49

3043,29

90

Б

4385,38

3130,00

320

И’

4299,69

3438,31

90

В

4275,59

3525,03



2) Вычисление координат точек, лежащих на верхней и низовой перемычках..



следующая страница >>