1. Гідравлічний розрахунок бокового водозабору з наносоперехоплюючими галереями

Річковий гребельний водозабір до свого складу включає:

- водозабірну греблю (водозабірний шлюз або водоприймач);

- водопідйомну греблю (земляну глуху);

- донні промивні галереї;

- магістральний канал;

- відстійники;

- комбіновану (щитову і автоматичну) водозливну греблю.

Інколи безпосередньо за водоприймачем влаштовується споруда, яка називається вузол регуляторів, який розподіляє воду на другорядні канали.

1. Компоновка і конструкція водозабору

План водозабору з донними промивними галереями зображений на рис. 1.1.

Рис. 1.1. План фронтального водозабору з донними промивними галереями

2. Робота водозабору

Планову компоновку і конструкцію бокового водозабору з донними промивними галереями представлено на рис. 1.1, рис. 1.2. Особливість фронтального водозабору полягає в тому, що кут відводу води . Кут відводу – це кут між напрямком руху води в річці і поздовжньою віссю водозабірної споруди.

3. Гідравлічний розрахунок водозабору

Водоприймач фронтального водозабору влаштовується у вигляді водозливу з широким порогом. В його нижньому ярусі розташовані донні промивні галереї. Схема до гідравлічного розрахунку водоприймача показана на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схема до гідравлічного розрахунку водоприймача

Призначаємо напір води h_ст на порозі водозабору при відомій відмітці HПP, погоджуючи його зі стандартним значенням висоти отвору. Попередньо h_ст вибираємо орієнтовно в залежності від величини Q_IV-IX.

Оскільки Q_IV-IX= 17,2 м³/с, то приймаємо h_cт = 1,5 м.

Визначаємо відмітку порогу за формулою:

↓1= ↓НПР- h_cт = 598,25- 1,5 = 596,75 (м). (1.1)

Приймаємо різницю рівнів Z, яка необхідна для забезпечення забору води Q_IV-IX в межах Z = 0,25...0,35 м. Попередньо приймаємо Z = 0,3 м, тоді глибина води на порозі водозабору буде рівною:

h_п=h_cт – Z=1,5-0,3 = 1,2 (м). (1.2)

Визначимо відмітку рівня води на порозі водозабору (і на початку магістрального каналу) за формулою:

↓2= ↓РНБ=↓НПР-Z=598,25-0,3=597,95 (м). (1.3)

Водозабірний прогін працює як водозлив з широким порогом. Визначаємо ширину водозабірного прогону попередньо визначивши ступінь підтоплення за формулою:

, (1.4)

де Н=h_cт=1,5 м.

Оскільки П₁ = 0,8, то вважаємо що водозлив працює в підтопленому режимі, тоді використовуємо формулу:

(1.5)

де - коефіцієнт, який враховує втрати напору на боковий відвід і залежить від кута відводу води α. Для фронтального водозабору (α = 180°) значення = 1;

- коефіцієнт бокового стиснення, який попередньо приймається 0,9...0,95, а потім перевіряється за формулою Е.А. Замарина, приймаємо = 0,9;

- коефіцієнт швидкості, який приймається для прямокутного незаокругленого гладкого ребра

Тоді:

Одержану повну ширину водозабірних прогонів розбиваємо на окремі прогони стандартної ширини. Ширину прогону приймаємо, узгодивши з стандартними значеннями ширини, найближчу більшу. Із умов експлуатації бажано приймати непарне число прогонів, щоб уникнути збійних течій. Приймаємо 3 прогони по 3,0 м.

Уточнюємо коефіцієнт стиснення за формулою:

(1.6)

де - коефіцієнт, що для оголовка проміжного бика трикутної форми рівний а = 0,11.

Перевіряємо пропускну спроможність водозабірної споруди за формулою (1.5), підставивши стандартні розміри прогонів і уточнене значення .

Тоді:

Різниця між отриманою і необхідною пропускними спроможностями становить:

(1.7)

Оскільки різниця між отриманою і необхідною пропускними спроможностями водоприймача менша 20%, тому перерахунок здійснювати не потрібно.

Таким чином повна ширина входу з урахуванням ширини биків рівна:

(1.8)

де - товщина бика, що визначається за формулою:

= (0,15…0,20) ∙ =(0,15…0,2) ∙3,0 = 0,45…0,6 = 0,5 (м) (1.9)

Відмітку рівня води в верхньому б’єфі визначена ↓РВВБ_мін в осінньо-зимовий період при заборі витрат Q_X-III за формулою

↓РВВБ_мін=↓1+Н_мін =596,75 +1,41=598,16(м), (1.10)

де Н_мін – напір на порозі водозабірної споруди при заборі витрат в осінньо-зимовий період Q_X-III, який знаходимо за формулою:

де,h_n= h_n,мін - мінімальна глибина води на порозі водозабірної споруди, яка рівна глибині води в магістральному каналі при заборі води в канал при умові осінньо-зимової межені задаємося ,взятий з кривої Q=f(h) (рис. 1.3), з якої визначаємо h_n шляхом відкладання витрати Q_X-III = 8,1 м³/с.

h_n=0,76 м