2.2.2 Гребень плотины

Гребень плотины, если по нему предусмотрен проезд, с учетом 3 категории дороги, принимают равной 12 м.

Возвышение h₂ гребня земляной плотины над расчетным статическим уровнем в водохранилище (рис.2.1) определяется по формуле:

,м (2.1)

где Δh – высота ветрового нагона волны;

h_H – высота наката ветровой волны на откос;

d – запас, принимаемый не менее 0,5 м.

Если в водохранилище предусмотрена форсировка нормального подпорного уровня, т.е. задано значение форсированного подпорного уровня (ФПУ), то расчет по формуле (2.1) проводят для двух расчетных случаев:

1. уровень воды на отметке НПУ;

2. уровень воды на отметке ФПУ расчетной обеспеченности.

Проектную отметку гребня плотины назначают по наиболее неблагоприятному расчетному случаю.

Высоту ветрового нагона волны и высоту наката ветровой волны определяют по нормативным документам.

При выполнении данного курсового проекта, в виду заданных небольших размеров водохранилища, величиной ветрового нагона волны Δh можно пренебречь, а величину наката ветровой волны допускается определять по формуле проф. Н.Н.Джунковского:

(2.2)

где h_B – высота волны;

k – коэффициент, учитывающий конструкцию крепления откоса и равный 1,0 для гладкого крепления (бетонные плиты, каменное мощение) и 0,77 для откоса, крепленного ребристыми плитами, каменной наброской;

tgα – тангенс угла наклона откоса ( )

Высота волны h_B зависит от ряда факторов (силы и длительности ветра, длины разгона волны, топографии дна водоема и др.). В практике получила распространение формула В.Г.Андреянова, позволяющая определить высоту волны с достаточно приемлемой точностью:

(2.3)

где U – скорость ветра в м/с;

L – длина разгона волны в км.

hв = 0.0208*11^5\4*11.2^1\3=0.93м

tgα=1/3.00=0,33

hн=3,2*0,93*1*0,33=0,99м.

h₂= 0,994+0,5=1,49м.

После подсчета величины возвышения гребня плоскости над статическим уровнем воды в верхнем бьефе определяется отметка гребня, прибавлением величины возвышения к отметке статического уровня.

Z_гребня = НПУ +h2=272.41+1.49=273.90м.

При известной отметке гребня необходимо уточнить максимальную высоту плотины, которая равна разности отметок гребня плотины и дна реки.

Н_пл = Z_гребня - Z_дна = 273,90 - 256,8 =17,10м.

2.3 Построение кривой связи

При проектировании гидроузла необходимо располагать данными, характеризующими связь уровней воды в водотоке за плотиной Н₂ с величиной сбрасываемых в нижний бьеф расходов Q.

Связь между расходом Q и глубиной Н₂ определяется кривой связи Q=f(H₂).

Прежде чем переходить к расчету кривой Q=f(H₂) необходимо на основании плана местности в горизонталях (см. задание) построить продольный профиль долины реки по выбранному створу плотины.

Продольный профиль обычно строится в искаженном масштабе (могут быть рекомендованы следующие масштабы: вертикальный 1:100, 1:200; горизонтальный 1:1000, 1:2000). На продольный профиль наносится геология основания согласно исходным данным.

Расчет кривой Q=f(H₂) выполняется по формуле равномерного движения воды в открытом русле.

(2.4)

где Q – расход потока, м³/с;

ω – площадь живого сечения, м²;

I – уклон водотока;

С – скоростной коэффициент Шези;

R – гидравлический радиус.

Задаются глубины воды Н₂ в русле (первоначально 0,5 ). Из продольного профиля определяют площадь живого сечения при заданной глубине (при этом определяется искаженный масштаб чертежа).

Смоченный периметр χ принимается равным В+ H₂ , где В – ширина русла (долины) водотока по урезу воды при заданной глубине.

Определяют гидравлический радиус

(2.5)

Коэффициент Шези С может быть найден по таблицам в зависимости от R и n, или определен по формуле Маннинга

(2.6)

где n – коэффициент шероховатости, который зависит от характера и состояния водотока, при весьма плохих условиях n = 0,035.

Расчет выполняется в табличной форме. Результаты расчета сведены в таблицу 2.1

Таблица 2.1 Вычисление кривой Q=f(H₂)

H2,м	ω,м2	χ,м	R,м	√R,м0,5	√RI	С	С√RI=U
0.5	3.71	0.24	0.49	0.0069	22.54	0.16	0.58
0.75	6.49	0.33	0.57	0.0081	23.76	0.19	1.25
1	8.68	0.47	0.69	0.0097	25.22	0.25	2.13
1.25	14.66	0.55	0.74	0.0105	25.85	0.27	3.97
1.5	21.48	0.70	0.84	0.0118	26.94	0.32	6.86
1.75	29.16	0.85	0.92	0.0131	27.83	0.36	10.61
2	37.64	1.01	1.00	0.0142	28.60	0.41	15.26
2.25	46.875	1.15	1.07	0.0152	29.25	0.44	20.81

Далее, как следует из табл.2.1, находят среднюю скорость воды U в водотоке и расход Q, отвечающие заданной глубине H₂. Задаваясь новым значением глубины аналогично находят соответствующий ей расход.

Рисунок 2.3 График Q=f(H₂)

Используя график Q=f(H₂) (рис.2.2), построенный на основании табл.2.3, определяют глубину воды в нижнем бьефе H₂ при пропуске максимального расхода расчетной обеспеченности.

H₂ = 2,20м.

УНБ=Z_дна = H₂ = 256,80+2,20=259,00м.