Глава 3. Проектирование водосбросного сооружения

3.1.Расчет максимального расхода водосброса

Наибольшие расходы воды получаются от снеготаяния или дождей (ливней). Часто ливневый расход превышает расход снеготаяния. В связи с этим водосбросные сооружения рассчитывают на ливневый расход.

Сбросные сооружения (водосбросный канал, водослив, водоспуск) лесохозяйственных и сельскохозяйственных прудов, как правило, рассчитываются на расход 10%-й обеспеченности.

Приближенно максимальный ливневый расход можно определить по формуле Д.Л.Соколовского:

Q10% ^{= В}10% √F , (15)

где В10% — районный параметр, зависящий от географического положения водосбора и обеспеченности; принимается при обеспеченности 10% равным 4 для лесной зоны, для лесостепной — 6, для степной - 8; F— площадь водосбора, км².

Например, для водосбора площадью 368 га, расположенном в Свердловской области (лесная .зона) максимальный ливневый расход составит

Q10%= 4√3,68 = 4*1,92 = 7,67 м³/с.

С учетом регулирующего влияния пруда расчетный расход водосбросного сооружения (Qpacч.) может быть меньше Q10%

Qрасч = Q10%(1 – Vф/Vпав)м³/с

где Vф — объем форсировки пруда между горизонтами ГВВ и НГП, м

Vпав — объем воды, поступающей в пруд во время паводка, м³

Vпав = 1700B10%F

27

Учет регулирующего влияния пруда позволяет значительно уменьшить размеры водосбросного сооружения, а, следовательно, снизить его стоимость.

Подставляем полученные данные в формулу расчетного расхода (Qрасч).

На небольших прудах, как в приведенном примере, регулирующим влиянием пруда можно пренебречь.

3.2. Гидравлический расчет водосбросного сооружения

В качестве водосброса на прудах устраивают открытый водосбросный канал, водослив или водоспуск.

Канал используют на небольших прудах для сброса небольших расходов воды. Его прокладывают в коренном берегу балки без укрепления дна и откосов. Иногда для обеспечения устойчивости в нижней части канала делают простейшие быстротоки или ступенчатые перепады. В начале канала устраивают льдозадерживающие сооружения.

Гидравлический расчет сбросного канала сводится к определению ширины канала по дну для пропуска максимального расхода при неразмывающей скорости течения воды в канале.

Вначале определяют площадь живого сечения канала, используя формулу расхода воды.

Qpacч = ωυ=>ω = Qрасч / υmax

Максимально допустимая скорость течения воды в канале принимается по табл. 8 в зависимости от грунтов. Глубина воды в канале принимается равной разности отметок на ГВВ и НПГ или в среднем 0,5-0,6 м.

Площадь живого сечения канала трапецеидальной формы (рис. 8) определяется по формуле

ω=(b + mh)h, (18)

Ь - ширина канала по дну, м;

m - коэффициент заложения откоса;

h - глубина воды в канале, м.

из формулы (18) выражают ширину канала по дну

b = (ω – mh)²/h м. (19)

14

Таблица 8

Максимально допустимая скорость течения воды, м/с

Грунты	Средняя глубина воды в канале, м
	0,4	1,0
Пески:
мелкий	0,20-0,35	0,30-0,45
средний	0,35-0,50	0,45-0,60
крупный	0,50-0,60	0,60-0,75
Суглинки:
легкий	0,60-0,75	0,75-0,85
средний	0,75-0,85	0,85-1,00
тяжелый	0,85-1,00	1,00-1.20
|Глина	1,00	1,20

Коэффициент заложения откосов канала принимают в глинистых грунтах - 1,00; в суглинистых - 1,50; в песчаных и супесчаных - 2,00 (рис.8).

29

Также для канала вычисляют смоченный периметр.

X = Ь + 2h √1+m² (20)

В рассчитываемом примере смоченный периметр составит

X = 3,5 + 2 • 1,20√1 + 1,5² = 3,5 + 2,40 * 1,80 = 7,82

Глубину канала (Т) принимают условно на 0,2 м больше максимальной глубины воды в канале (h+0,2 м).

Для проектирования канала необходимо вычислить максимальный уклон дна канала. При расчете уклона дна используется формула Шези

υ = С √Ri м/с, (21)

где С — скоростной коэффициент (прил.6);

R — гидравлический радиус, м;

i — уклон поверхности.

Гидравлическим радиусом называется отношение площади живого сечения к смоченному периметру канала

R =ω / χ (22)

Рассчитаем допустимый уклон по формуле

i расч = υ² max / CR (23)

При коэффициенте шероховатости русла 0,030 и гидравлическом

радиусе равном 0,82 м скоростной коэффициент равен С=31,62.

iрасч = υ² max / С²R = 1,20/ 31,62- 0,82 = 0,0015

Водослив устраивают обычно в виде канала с быстротоком или перепадом. Верхняя горизонтальная часть водослива называется понурным полом, наклонная часть - водобойным, и нижняя горизонтальная площадка – сливным полом. Противофильтрационную стенку или шпунтовый ряд забивают на глубину 1.5-2,0 м. Входная часть понурного пола делается расширенной для рассредоточения потока воды на входе. Водобойный пол заканчивается водобойным колодцем. Выходную часть водослива – сливной пол так же делают расширенным (рис. 9).

30

Рис. 9. Схема водослива (с трапецеидальным вырезом): b - ширина порога водослива; h - напор на пороге водослива

Ширину водослива приближенно рассчитывают по формуле

b = Q / µh√2gΔ h (24)

где Q — максимальный расход воды, м³/с;

µ — коэффициент закругления (при остром входе 0,85: при закругленном - 0,92);

h — глубина воды на пороге водослива (0,6-1,0 м);

g — ускорение свободного падения (9,81 м/с");

Δh — перепад - превышение уровня воды в пруд над уровнем при входном отверстии - принимается в пределах 0,08-0,10 м.

Максимальный расход воды рассчитывают по формуле

Q = q_maxF, (25)

Где q_max— максимальный модуль стока, л/с га (м³ /с км²)

F— площадь водосбора пруда, га (км²)

Максимальный модуль стока талых вод вычисляют по формуле Д.Л.Соколовского

^qmax = 2,78aσα л/с га, (26)

где а — среднемаксимальния интенсивность снеготаяния, на Западе 2-4 мм/г, на Урале 4, и 4-8 мм/г до Дальнего Востока;

σ — коэффициент стока

α—коэффициент редукции, зависящий от величины водосбора

F, га 100 1000 10000

а ' 0,98 0,81 0,49

16

Водоспуск в отличие от водослива и канала устраивают в теле плотины. Он представляет собой камеру с отвесными стенками, закрываемую щитами (рис. 10). Для уменьшения фильтрации и предотвращения размыва под водоспуском поперек камеры забивают один или несколько шпунтовых рядов: первый в начале водосливной камеры, второй под щитом. Пол и стенки водоспуска изготавливают двойными из шпунтовых досок или бетонными. Щиты, закрывающие водоспуск, делают разборными в виде шандар из шпунтовых досок или в виде металлических щитов (затворов), закрепляемых (перемещаемых) в вертикальных пазах.

Нижнюю часть водоспуска (дно камеры) располагают на уровне дна пруда, поэтому через водоспуск при необходимости можно спустить всю воду пруда.

Ширину отверстия водоспуска определяют по формуле водослива с широким порогом

b = Q / mh√h ⁽²⁷⁾

где Q - максимальный расход воды, м³/с;

m — коэффициент, равный 1,42-1,52;

h — напор на пороге водоспуска (0,6-1,0 м).

Рассчитаем ширину отверстия водоспуска

Также используют в качестве водосброса трубы и сифоны. Трубы для орошения укладывают при строительстве плотины на коренном берегу балки на отметке горизонта мертвого объема (ГМО). Сифоны устраивают из стальных труб, укладываемых через плотину со стороны пруда к основанию сухого откоса. Трубы и сифоны с обеих сторон оборудуют задвижками, а концы и откосы в местах выхода оформляют прочной каменной кладкой. В местах выпуска воды устраивают водобойные колодцы

16

В курсовой работе рассчитываются параметры необходимого водосбросного сооружения, данные выбранные по таблицам необходимо обосновывать.