5.4 Определение отметки гребня запруды.

При пропуске меженного расхода воды запруды обычно работают в потоке в качестве незатопленных или затопленных водосливов с широким порогом. С повышением уровня и увеличением расхода воды вероятной становится работа запруды в качестве затопленных водосливов с широким порогом и практического профиля.

Вид водослива, в стадии которого работает запруда, зависит от отношения напора Н к ширине гребня запруды b_г.

Отношения (Н/b_г) < 0,5 соответствуют случаям работы запруды в потоке в стадии водослива с широким порогом, отношения (Н/b_г) > 0,5 - случаю работы запруды в качестве водослива практического профиля. Условия, при которых водосливы оказываются затопленными, имеют вид: 1) для водослива с широким порогом (h_п /Н) > 0,8, где h_п - высота подтопления; 2) для водослива практического профиля - h_п > 0,7 и >0,7, где ∆Zз – перепад уровней; Рн - высота запруды над дном нижнего бьефа.

Отметка гребня запруды Z_г находится: Z_г=Z_в6-H

Значения напора на запруде Н вычисляются по формуле водослива

(*)

где - коэффициент подтопления;

- коэффициент расхода;

b - ширина водослива по длине запруды;

- скорость течения на подходе потока к створу запруды.

Расчет Н по формуле (*) приходится выполнять подбором, так как до выполнения расчета неизвестен тип водослива, определяющий величину коэффициента расхода , а также не решен вопрос о затопленности водослива, а, соответственно, неизвестен коэффициент подтопления .

Расчет в этом случае сводится к следующему:

1. Задаются формой водослива, т.е. шириной по гребню и заложением верхового и низового откосов . В курсовом проекте предполагается возведение запруды из каменной наброски с устройством расстилочного тюфяка в основании. Запруда из каменной наброски в поперечном профиле имеет форму трапеции с шириной по гребню равной = 2,0м и заложение верхового и низового откосов, соответственно, =1 и =2.

2. Определяют ширину несудоходного рукава в створе запруды В при уровне верхнего бьефа (рис.10) и вычисляют ширину водослива по длине запруды b=(0,7-0,8)∙В=0,7∙192,7=134,9 м; В=192,7м.

3. Вычисляют скорость течения

; =217,0 м²

4. Подбор величины Н по формуле (*) начинают с предположения, что запруда работает как незатопленный водослив с широким порогом. В этом случае =1,0 и =0,34. Подставляют эти значения в формулу (*) и вычисляют значения напора Н. Затем выполняют проверки затопленности водослива и типа водослива.

H=(244/0,34×134,9× )^2/3- =1,07 м

Таблица 7

Результаты расчета модулей сопротивления и средних отметок

при уровне выше (ниже) среднемеженного на 0,2 м

Таблица 7

Результаты расчета модулей сопротивления и средних отметок

при уровне выше (ниже) среднемеженного на 0,4 м

Указанное условие не выполняется, необходимо задаваться новыми значениями напора Н для определения коэффициентов σ_п и m_р и расчет по формуле (*) повторять до тех пор, пока значение Н, которым задавались, совпадет с таковым, полученным по формуле (*).

В этом случае задачу подбора величины напора можно упростить, если решить ее графически. Для этого надо задаться 3-4 значениями полного напора Н₀ (с учетом скорости подхода), подсчитать отвечающие им значения h_п=(Н₀ – ΔZ_з), (h_п/Н₀) и найти по графику значения коэффициента подтопления σ_п. Для водослива практического профиля (Н>0.5b_г) находят кроме того и зависящие от величины Н₀ значения коэффициента расхода по графику m_р=f(Н/b_г). Напомним, что для водослива с широким порогом m_р=0.34 является постоянным.

Далее вычисляют значения расходов воды Q по формуле водослива:

(20)

и найденные 3-4 значения расхода воды Q наносятся на график в зависимости от заданных значений Н₀, и по полученным точкам проводится кривая Q=f(H₀) (рис. 12). Искомая величина полного напора Н₀ снимается с кривой по заданному проектному расходу в несудоходном рукаве Q_нсп. Так как расчет дает величину напора с учетом скорости подхода (полный напор), то для получения напора Н необходимо воспользоваться соотношением

(21)

Расчеты расхода Q удобно свести в табл. 8.

Таблица 8