5. Распределение максимального расчетного расхода по водопропускным сооружениям и определение ширины водосливного фронта плотины

Удельный расход на гребне водослива плотины определяется по зависимости:

, м²/с

м,

где - коэффициент подтопления (при истечении в атмосферу );

- коэффициент расхода, зависящий от формы водослива. Для безвакуумного профиля

( );

- напор на гребне водослива, м.

м.

Зная расход, пропускаемый через отверстия водосливной плотины , и удельный расход на гребне , можно определить сжатую ширину потока и полную ширину водосливного фронта между устоями плотины.

Общая сжатая ширина потока считается равной:

м,

а общая ширина водосливного фронта в свету определяется по зависимости:

, м

м,

где - коэффициент, учитывающий сжатие струи между бычками и зависящий от их формы на входе потока в водосливное отверстие. Для бычков с криволинейной (циркульной формой) ;

- число отверстий в свету, принимаемое в зависимости от величины сжатой ширины потока и ширины пролета.

Ширину пролета рекомендуется принимать в зависимости от величины расхода :

м при м³/с.

Полученное значение следует округлять до целого числа. Тогда полная ширина водосливного фронта между устоями плотины равна:

, м

м,

где и - число бычков, соответственно, разрезных и неразрезных;

и

и - их ширина:

м и м

Схема фасада и план плотины представлены на рис. 5.

5. Построение гидравлического профиля сливной части плотины и установление ха­рактера сопряжения падающей струи с нижним бьефом

Построение гидравлического профиля сливной части водосливной плотины производиться с целью недопущения отрыва струи от тела плотины во избежание кавитации. По­строение профиля рекомендуется выполнять по координатам Офицерова-Кригера в зависи­мости от очертания оголовка плотины. Координаты х и у для безвакуумного оголовка, опи­сывающие внутреннее очертание струи (кривую кладки), приведены в таблице на рис.6 для напора на гребне водослива м.

Радиус сопряжения сливной части плотины с дном реки следует принять равным:

м,

а высоту плотины:

или

м или м,

где м.

Принимаем большее из двух значений: м.

Сопряжение падающей струи с нижним бьефом при пропуске паводка может проис­ходить в условиях затопленного или отогнанного прыжка. Наиболее рациональным является донный режим сопряжения, т.е. в условиях затопленного прыжка. В этом случае скорости за плотиной меньше по величине, а следовательно, и меньше вероятность размыва.

Форма сопряжения падающей с водослива струи с нижним бьефом зависит от глу­бины воды при пропуске наводка, напора и грунтовых условий. При затопленном прыжке должно соблюдаться условие:

, м,

где - сопряженная глубина, определяемая из уравнения прыжка (рис.7):

,м (1)

Здесь - глубина в сжатом сечении:

, м (2)

- скорость течения :

, м (3)

- скоростной коэффициент.

Уравнения (2) и (3) решаются методом подбора. Пологая в уравнении (3) находят , а затем уточняют по зависимости (2). Затем полученное значение подставляют в (3) и находят новое значение , по которому снова уточняется (2). Расчет произво­дится до тех пор, пока заданное значение в уравнении (3) не окажется примерно равным значению , полученному из формулы (2).

Далее определив в (1), проверяем соблюдение условия .

м

м

м

м

Принимаем м.

м;

м.

Соблюдается условие (8>4,11).

Условия сопряжения падающей струи с нижним бьефом при просеке паводка можно обеспечить и при помощи затворов, регулируя пропускаемый расход.

Падающая с водослива струя, обладая значительным запасом энергии, вызывает в нижнем бьефе за плотиной повышенные скорости движения потока, которые могут при­вести к размыву грунта основания, и являются неприемлемыми по экологическим услови­ям для речного русла. Для динамического восприятия потока и защиты грунта основания от размыва в нижнем бьефе предусматривается возведение различных устройств, к кото­рым относятся: водобой с гасителями энергии; гибкая рисберма, в пределах которой ско­рости потока снижаются до допустимых для неукрепленного русла значений; предохрани­тельный (успокоительный) ковш в конце рисбермы.

Типы и размеры устройств нижнего бьефа определяются допустимой скоростью течения на рисберме, зависящей от рода грунта, на котором она располагается.

Допустимую скорость на рисберме, располагаемой на мягком основании, реко­мендуется принимать: дня глинянных грунтов м/с ( м/с).

При известной глубине на рисберме и допустимой скорости опреде­ляют приближенный удельный расход на рисберме:

, м²/с

м²/с,

где м.

Удельный расход на водосливе определяется по зависимости:

, м²/с

м²/с.

В качестве гасителей энергии на водобое могут быть использованы: сплошная во­добойная стенка или колодец (при напорах до м); зубья, пирсы и шашки различной формы, устанавливаемые рядами в шахматном порядке; струенаправляющие стенки-пирсы, вызывающие растекание потока в плане, и др.

Концевые участки рисбермы выполняют в виде вертикальной бетонной, железо­бетонной или ряжевой стенки при наличии в основании на незначительной глубине не размываемых слоев грунта, а при наличии размываемых грунтов предохранительного (ус­покоительного) ковша.

Глубину ковша в месте наибольшего размыва определяют по формуле:

, м,

м.

где - коэффициент, зависящий от условий размыва, принимаемый при успокоенном в

пределах крепления потоке, равным ( );

- не размывающая скорость течения для данного вида грунта при глубине потока 1,0 м, принимаемая по справочникам. Для несвязных грунтов при среднем диаметре частиц от 1 до 5 мм равно м/с ( м/с).

Т.к. ( ), то дно ковша обычно покрывают слоем мелкого камня на толщину 1-3м для образования отмостки в случае размыва за риспермой.