Определение параметров волны.

Под действием ветра на водной поверхности возникают ветровые волны, основные параметры которых ( высота h, длина λ и период τ) зависят от силы ветра, времени его воздействия, длины водохранилища по направления действия господствующего ветра.

Рис.I.2. Основные элементы волны.

При отсутствии данных натурных наблюдений высоту ветрового нагона уровня воды допускается определять по формуле:

(I.4)

где W—расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью воды, м/с;

D—длина разгона ветровой волны, м;

H—расчетная глубина воды в водохранилище, м;

α—угол между перпендикуляром к створу плотины и направлением ветра, град.

Величина элементов волн зависит от особенностей водохранилища. По СНиП расчет волн выполняется с учетом деления водохранилища на зоны по глубине.

Различают 4 зоны:

1. Глубоководная зона (Н>0,5 );

2. Мелководная зона (0,5 ≥ Н ≥ Н_кр );

3. Прибойная зона (Н_кп < Н < Н_кр );

4. Приурезовая зона (Н_кп > Н).

Р ис.I.3. Зоны водохранилища.

Определение средних параметров элементов волн в глубоководной зоне ( .

Для определения величин и рекомендуется пользоваться графиком [3], предварительно вычислив безразмерные параметры и , где t—время действия ветра ( при отсутствии сведений о продолжительности действия ветра допускайся принимать t=6 часов= 21600 сек).

По величине параметра по графику рис.I.4 с использованием для глубоководной зоны верхней огибающей находятся значения и . Аналогично при известном параметре определяются и . За расчетные значения и принимаются минимальные их значения. Из расчетных значений и определяются и . Средняя длина волны определяется из формулы:

(I.5)

Далее необходимо уточнить зону водохранилища. Если выполняется условие для глубоководной зоны (Н>0,5 ), то расчет выполнен правильно. Если условие не выполняется (Н< ), то необходимо вычислить параметр . По графику рис. I.4. определяем новые значения и для огибающих, соответствующей найденному значению . Повторяем расчет параметров волны для мелководной зоны.

Определение высоты волны I %- ной

обеспеченности для глубоководной зоны.

Высота волны i %-ной обеспеченности определяется по зависимости:

(I.6)

где К_i — коэффициент, принимаемый по графику рис. I.5 в зависимости от безразмерной величины в глубоководной зоне и в мелководной зоне.

Рис.I.5. График для определения К_i.

Рис.I.4. График для определения элементов ветровых волн.

II. Расчет водосливного фронта бетонной плотины. Основная расчетная формула.

Выполняется для определения расчетных размеров бетонной водосливной плотины.

II.1

где m—коэффициент расхода водослива, m=0.47..0.49;

B—ширина водосливного фронта;

Н₀—напор на гребне водослива.

Поскольку в данном уравнении неизвестны величины В_фр и Н₀, то уравнение решается методом постепенного приближения. Поэтому необходимо определить напор на гребне в первом приближении:

II.2

где , q_р—расчетный погонный расход на водосливе, который зависит от грунта и определяется по формуле:

II.3

II.4

где k—коэффициент, определяемый по графику рис.II.1;

q—погонный расход, зависящий от вида грунта основания, q=f(d₅₀);

H₂—глубина воды в нижнем бьефе плотины;

V_нер—придонная неразмывающая скорость потока или максимальная скорость потока, при которой не начинается движение частиц грунта основания ( V_нер зависит от грунта).

V_нер определяется по формуле:

II.5

где —неразмывающая скорость на высоте 1 м от дна (дается в задании).

Рис.II.1. График для определения коэффициента К.

Для приближенных расчетов можно принимать погонный расход q равным:

• для песчаных грунтов—12..15 м³/с;

• для глинистых грунтов—14..18 м³/с.

Для более точного расчета погонного расхода используют формулу II.3.

Таким образом, определив напор на гребне водосливной плотины в первом приближении, определяем ширину отверстия:

II.6

Рекомендуемые значения b: 6, 7, 8, 10, 12, 14 м (кратное 1 м).

Количество отверстий на водосливном фронте:

II.7

Желательно принимать четное количество отверстий..

При В_фр > 40 м ширину фронта делят на секции (В_сек м). Для обеспечения неопасных деформаций в теле бетонной плотины дальнейшие расчеты ведут на ширину секции.

Рис.II.2. Определение ширины фронта.

Толщина бычков определяется по формуле:

II.8

Рекомендуемая толщина бычков 2..3м. При делении водосливного фронта на секции между секциями устраиваются расширенные бычки, толщина которых на (0,5…1) м больше обычных бычков.

Рис.II.3. Разрезка плотины на секции:

1-неразрезной бычок; 2-шов-надрез; 3-разрезной бычок; 4-деформационный шов.

Рис. II.4. Схемы неразрезных (а) и разрезных (б) быков

Окончательная ширина фронта определяется по формуле:

II.9

Рис. II.5. Схема очертания быка в плане:

1 – паз ремонтно-аварийного затвора 2; 3 – паз рабочего затвора

Поскольку бычки создают препятствие потоку, сжимая его, то водосливной фронт становится меньше. Поэтому необходимо определить ширину водосливного фронта с учетом сжатия потока.

(2N-2) II.10

где — коэффициент, учитывающий форму оголовка бычка.

Рис.II.6. Определение коэффициента  в зависимости от формы оголовка бычка.

Определяем напор на гребне во втором приближении:

II.11

Рис.II.7. Учет сжатия в расчетах ширины фронта.

Высота бетонной водосливной плотины определяется по формуле:

II.12

или II.13

В дальнейших расчетах за расчетный напор на гребне водослива принимается напор Н₀^``.