Предварительное определение параметров водосбросных

Сооружений

Одним из важнейших этапов проектирования открытого берегового водосброса является предварительное определение основных размеров сооружений, входящих в его состав. В число определяемых предварительными расчетами параметров сооружений открытого берегового водосброса входят:

1. Ширина быстротока В_б.

2. Число n_отв и размеры отверстий сбросного шлюза-регулятора (ширина b_отв.ш. и высота h_отв.ш.).

3. Отметка порога сбросного шлюза-регулятора Z₁, равная отметке дна подводящего канала.

4. Отметка порога быстротока Z₂, равная отметке дна сбросного (соединительного) канала.

5. Глубины воды в подводящем h_к.п., сбросном (соединительном) h_к.с., и отводящем h_к.о. каналах.

6. Отметка дна отводящего канала Z_к.о..

При проектировании сооружений, входящих в состав открытого берегового водосброса необходимо соблюдать следующие рекомендации.

1. В соответствии с требованиями норм проектирования размеры водосбросных отверстий бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений должны приниматься стандартными. Ниже в таблицах 3.1 и 3.2 приведены стандартные размеры водосбросных отверстий бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений.

2. Отметки сооружений следует принимать с точностью 0.1 м.

3. Ширину каналов следует принимать с точностью 0.5 м.

Стандартные размеры пролета (ширины) отверстий гидротехнических

Сооружений, м

Таблица 3.1

Примечание. За пролет отверстия принимается размер в свету между ограничивающими отверстие боковыми вертикальными гранями сооружения.

Стандартные размеры высоты отверстий гидротехнических сооружений, м

Таблица 3.2

Примечание. За высоту отверстия принимается: для поверхностных отверстий – размер от порога до нормального подпорного уровня воды; для глубинных отверстий – размер от порога до верхней грани отверстия.

Для выполнения расчетов по предварительному определению основных размеров сооружений, входящих в состав открытого берегового водосброса, используются следующие исходные данные.

1. Расчетный максимальный расход Q.

2. Отметка нормального подпорного уровня воды в водохранилище (НПУ) Z_НПУ.

3. Отметка форсированного подпорного уровня воды в водохранилище (ФПУ) Z_ФПУ.

Ширина быстротока В_б предварительно определяется из следующих соображений. Значение В_б должно быть принято из условия обеспечения пропускной способности входа в быстроток в соответствии с формулой пропускной способности неподтопленного водослива с широким порогом

, (3.1)

где Q - расчетный максимальный расход; В_б - искомое значение ширины быстротока; Н₀ - напор на пороге входа в быстроток с учетом скорости подхода; т_б - коэффициент расхода неподтопленного водослива с широким порогом, значение которого на предварительных этапах проектирования принимается равным т_б = 0.35.

На основании опыта проектирования ширина быстротока В_б обычно принимается равной В_б = 6 · Н, где Н – напор на входе в быстроток. Тогда, пренебрегая скоростью подхода, может быть записано выражение для определения ширины быстротока В_б в виде

. (3.2)

Окончательно значение В_б принимается как ближайшее стандартное значение ширины отверстия (см. табл. 3.1).

Соответствующее значение напора на входе в быстроток Н (и, следовательно, глубины воды в сбросном (соединительно) канале h_к.с.) может быть найдено по формуле

. (3.3)

Размеры отверстий сбросного шлюза определяются из следующих соображений. Сбросной шлюз проектируется таким образом, чтобы его пропускная способность была максимально возможной. Поэтому вход в сбросной шлюз проектируется как неподтопленный водослив с широким порогом. Обычно напор на пороге сбросного шлюза при пропуске максимального расхода воды Q при ФПУ в водохранилище принимается близким к напору на входе в быстроток и, следовательно, близким к глубине воды в сбросном (соединительном) канале h_к.с.. Высота отверстий сбросного шлюза принимается как размер от порога до нормального подпорного уровня воды. Тогда в первом приближении высота отверстий сбросного шлюза может быть найдена по формуле

h_{отв. ш.} = h_к.с – ( Z_ФПУ – Z_НПУ). (3.4)

Окончательно значение h_{отв. ш.} принимается как ближайшее стандартное значение высоты отверстия (см. табл. 3.2).

Соответствующий напор на пороге сбросного шлюза при пропуске максимального расхода воды Q при ФПУ в водохранилище Н_ш равен

Н_ш = h_{отв. ш.} + (Z_ФПУ – Z_НПУ). (3.5)

Число отверстий сбросного шлюза n_отв. обычно принимается нечетным, что позволяет избежать сбойности течения и значительных размывов при пропуске расходов воды, меньших, чем максимальный сбросной расход. В курсовом проекте целесообразно принять n_отв. = 3. Ширина отверстий сбросного шлюза b_{отв. ш.} может быть найдена из формулы пропускной способности неподтопленного водослива с широким порогом, пренебрегая в запас скоростью подхода

, (3.6)

где т_ш – коэффициент расхода неподтопленного водослива с широким порогом, значение которого на предварительных этапах проектирования принимается равным т_ш = 0.35.

Окончательно значение b_{отв. ш.} принимается как ближайшее большее стандартное значение ширины отверстия (см. табл. 3.1).

Отметка порога сбросного шлюза Z₁, равная отметке дна подводящего канала, очевидно, может быть определена по формуле

Z₁ = Z_ФПУ – Н_ш . (3.7)

Отметка дна сбросного (соединительного) канала Z₂ принимается из условия обеспечения неподтопленного истечения через сбросной шлюз. С некоторым запасом значение Z₂ может быть принято по формуле

Z₂ = Z₁ + 0.5 · Н_ш – h_к.с . (3.8)

Полученное значение Z₂ округляется в меньшую сторону с точностью до 0.1 м.

Глубина воды в отводящем канале принимается равной глубине воды в реке при прохождении максимального расчетного расхода воды, т.е. h_к.о. = h_н.б., а отметка дна отводящего канала принимается равной отметке дна реки Z_дна.

Ниже приведен пример расчетов по предварительному определению основных размеров сооружений, входящих в состав открытого берегового водосброса.

Пример 3.1.Предварительное определение параметров водосбросных сооружений открытого берегового водосброса.

Исходные данные

1. Расчетный максимальный расход Q = 104.2 м³/с.

2. Отметка нормального подпорного уровня Z_НПУ = 166.1 м.

3. Отметка форсированного подпорного уровня Z_ФПУ = 166.6 м.

Расчет

1. Определяется ширина быстротока В_б, м, принимая для входа в быстроток значение коэффициента расхода водослива с широким порогом т_б = 0.35

м.

Принимается ширина быстротока как ближайшее стандартное значение ширины отверстия В_б = 16.0 м.

2. Находятся значение глубины воды в сбросном (соединительном) канале h_к.с., м

м.

3. Вычисляется требуемая высота отверстий сбросного шлюза h_{отв. ш.}, м

м.

Принимается высота отверстий сбросного шлюза как ближайшее стандартное значение высоты отверстия h_{отв. ш.} = 2.0 м.

4. Определяется напор на пороге сбросного шлюза Н_ш, м, при пропуске расчетного максимального расхода воды Q

м.

5. Принимая число отверстий сбросного шлюза n_отв. = 3 и значение коэффициента расхода т_ш = 0.35, находится требуемая ширина отверстий сбросного шлюза b_{отв. ш.}, м

Принимается ширина отверстий сбросного шлюза как ближайшее большее стандартное значение ширины отверстия b_{отв. ш.} = 6.0 м.

6. Вычисляется отметка порога сбросного шлюза Z₁, м

м.

7. Вычисляется отметка дна сбросного (соединительного) канала Z₂, м

м.

Полученная отметка округляется в меньшую сторону с точностью до 0.1 м

Z₂ = 162.7 м.

Результаты расчетов по определению расчетных отметок представлены на рис. 3. 3.

Рис. 3.3. Схема расчетных отметок сооружений берегового водосброса