Проектирование водохранилищного гидроузла

 

где - глубина воды в конце подводящего канала, м;

- глубина воды в начале  подводящего канала, м.

Полученную точку пунктиром  соединяют с точкой пересечения  отметки дна в сечении I-I . Эта линия и будет дном канала.

Со стороны нижнего  бьефа вписывают строительную высоту канала в сечении II-II:

 

где – возвышение дамбы в земляных каналах над уровнем воды, м,

Имея разницу отметок  Z и горизонтальноепроложениеL находим уклон местности под сооружением

 

8. Выбор типа  сопрягающего сооружения.

Водосбросное сооружение может быть запроектировано в  виде быстротока, многоступенчатого  перепада, консольного сброса, шахтного сброса, ковшевого и др.

Выбор типа сбросного сооружения производится обычно по экономическим  соображениям, условиям эксплуатации, исходя из топографических, геологических, гидрогеологических условий.

Перепады и консольные сбросы чаще устраивают на крутых коротких склонах. При некоторых уклонах  местности может быть принят как  перепад, так и быстроток.

Ориентируясь на уклон  местности под сопрягающим сооружением (, принимают тип сопрягающего сооружения:

приi_м ≤ 0,25 – быстроток;

при i_м 0,25 ÷ 0,30 – перепад.

При прочих равных условиях быстротоки являются наиболее экономичными типами сопрягающих сооружений.

Если уклон местности  находится в противоречии с заданным типом сопрягающего сооружения, то необходимо изменить направление трассы только сопрягающего сооружения.

 

9. Гидравлический  расчет подводящего канала

Для  сброса паводковых вод из водохранилища подводящий канал должен иметь широкий фронт  забора. У сопрягающего сооружения целесообразно иметь более глубокий и узкий канал для удобства сопряжения его с небольшим по ширине сооружением.

Поэтому при изменении  глубины и ширины по дну в канале приходится иметь дело с непризматическим руслом, в котором движение потока будет установившимся, неравномерным, медленно изменяющимся. Гидравлический расчет сводится к определению недостающих  гидравлических элементов и уклона дна канала (рис. 5.3).

Пользуясь методом профессора В.И. Чарнамского (интегрирование уравнения неравномерного движения путем непосредственного суммирования), вычисляют:

1. Для граничных сечений,  т.е. для начала и конца подводящего  канала, неизвестные гидравлические  элементы.

Для расчета используют формулы гидравлики:

 

 

где - площадь живого сечения, м²;

- расчетная скорость  течения воды в канале, м/сек; (1,2)

- расход сбросного сооружения, м³/сек; (16)

- ширина канала по  дну, м;

  – глубина воды  в канале, м;

 – заложение откосов, (1,5)

Смоченный периметр определяется по формуле:

 

Гидравлический радиус сечения

 

Коэффициент Шези можно найти по формуле:

 

где - коэффициент шероховатости, который принимают в земляном русле в зависимости от расхода: (0.0225)

Q, м3/с	<1,0	1,0…25,0	>25
	0,03…0,025	0,025…0,0225	0,0225…0,020

Заложение откосов канала

Таблица 9.1

Наименование грунтов, слагающих  русло канала	Заложение откосов
Невыветрелая скала	0,10 ÷ 0,25
Выветрелая скала	0,25 ÷ 0,50
Полускальный грунт	0,50 ÷ 1,00
Галечник, гравий	1,25 ÷ 0,50
Глина, суглинок тяжелый	1,00 ÷ 1,50
Суглинок легкий, супесь	1,25 ÷ 2,00
Песок крупный и средний	1,25 ÷ 2,25
Песок мелкий	1,50 ÷ 2,50
Песок пылеватый	3,00 ÷ 3,50

 

Значение допускаемой  скорости течения воды

    Таблица 9.2

Наименование грунта	Допускаемая скорость, м/с
Ил	0,20 – 0,30
Песок мелкий	0,35 – 0,45
Песок средний	0,45 – 0,60
Песок крупный	0,60 – 0,75
Гравий мелкий	0,75 – 0,90
Гравий средний	0,90 – 1,10
Гравий крупный	1,10 – 1,30
Галька мелкая	1,30 – 1,40
Галька средняя	1,40 – 1,80
Галька крупная	1,80 – 2,20
Суглинок легкий	0,40 – 0,90
Суглинок средний	0,45 – 1,00
Суглинок тяжелый	0,50 – 1,20
Глина	0,55 – 1,25

 

Все расчеты удобнее  сводить в табличную форму:

Таблица 9.3. – Расчет расходных  характеристик

Расчетные формулы	Ед. изм.	Назначаемая величина
	м2	13,3	13,3
	м	4,7	4,15
	м	11,2	11,0
	м	1,2	1,21
	м0.5/с	49,6	49,8

 

9.1. Расчет отводящего канала

При однообразных грунтах  по всей трассе водосброса размеры  отводящего канала можно принять  равным размерам подводящего канала в сечении II-II. При различных грунтах  расчетная скорость , заложения откосов , коэффициент шероховатости n применяются соответственно грунтам второго слоя основания плотины.

 

 

 

 

10. Гидравлический  расчет быстротока

Расчет быстротока заключается  в определении глубины потока по его длине, размере успокоителя, рисбермы, водобойного колодца либо стенки и выполняется в последовательности (рис. 1):

Рис. 1. Расчетная схема  быстротока

1. Находят ширину входной  части:

, м

где расход водосброса, м³/сек;

_{g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;}

= 0,32 ÷ 0,385 – коэффициент  расхода, зависящий от конструктивного  оформления входной части (принять  равным 0,36);

полный напор на пороге водослива, с учетом скорости подхода (м), находится по формуле:

 

где – напор на пороге водослива (м), равен глубине потока в конце подводящего канала h₂, м;

= 1,1 – коэффициент скорости;

V₀ – скорость подхода (м/с), определяется по формуле:

 

=16/13,3=1,2

где - площадь живого сечения потока в подводящем русле (конце подводящего канала), м².

Ширина входа и определяет ширину водосбросного сооружения .

Полученный водосливной фронт разбивают на пролеты, округлив их до стандартных размеров. Ширину пролетов следует принимать равной (м) – 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5;6; 7; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 27; 30 м.

2. Вычисляют удельный  расход:

=16/4=4,0 м³/с м.п.

3. Вычисляют критическую  глубину – глубину, при которой  для заданного расхода удельная  энергия в сечении имеет наименьшее  значение:

= =1,2 м

где: _{= 1,1 -} коэффициент скорости;

удельный расход, м/сек;

_{= 9,81 м/с²  -} ускорение свободного падения.

4. Вычисляют нормальную  глубину – глубину равномерного  движения:

 

где: коэффициент шероховатости для бетонных лотков;

уклон лотка быстротока;

гидравлический радиус;

ширина лотка, м.

5. Принимают глубину  воды в конце лотка: 

_=0.29

6. Для быстротока без  стенки падения за сжатую глубину  можно принять глубину в конце  лотка: 

_=0.29

7. Сопряженная глубина  находится по формуле: 

 

Если , то прыжок в нижнем бьефе отогнан. Сопряжение по типу отогнанного гидравлического прыжка не допускается, поэтому в подобных случаях необходимо затопить прыжок искусственно, с помощью водобойного колодца или водобойной стенки.

_{где:  - бытовая глубина воды в нижнем бьефе (глубина воды в отводящем канале), м.}

Если , то гидравлический прыжок затоплен.

8. Глубина колодца ориентировочно  равна: 

 

 

где: δ =1,05÷1,10 – коэффициент  запаса на затопление прыжка.

9. Длину водобойного  колодца определяют по формуле: 

 

 

где: длина прыжка, определяемая для прямоугольного русла по формуле:

 

15,42

10. Вычисляют длину рисбермы: 

 

11. Скорость течения  воды в конце быстротока: 

 

Допускаемая скорость для  бетонных лотков м/сек.

Если скорость в конце  быстротока превышает допустимую, то проектируют лоток с искусственной  шероховатостью.

На миллиметровке в  выбранном масштабе (обычно 1:200 – 1:400) вычерчивают расчетную схему  быстротока.

 

11. Проектирование  и расчет донного водоспуска

В курсовом проекте требуется  запроектировать безбашенный трубчатый донный водоспуск.

Ось водоспуска рекомендуется  трассировать по возможности перпендикулярно  к оси плотины в пониженных местах поймы. Трубу водоспуска желательно располагать на коренных породах.

Входное отверстие водоспуска размещают на отметках, обеспечивающих возможность сработки водохранилища  до заданного уровня. Ориентировочно ось входного оголовка трубы водоспуска рекомендуется располагать на 1…1,5 м ниже отметки уровня мертвого объема. Ось выходного оголовка размещают  на отметке, соответствующей уровню воды в нижнем бьефе при пропуске водоспуском максимального расхода.

Расчетный расход водоспуска назначают из условия обеспечения  сработки водохранилища до необходимого уровня за заданный период времени, пропуска санитарных или строительных расходов. При многоцелевом назначении водоспуска принимают наибольший из необходимых  расходов. 

Размеры труб напорного  сооружения находят по формуле:

,

где  - расход водоспуска в м³/сек, дается в задании или вычисляется по данным емкости водохранилища и времени его опорожнения:

=0,4 – 0,6 – коэффициент  расхода;

  – напор, вычисляемый  как разность уровней в верхнем  бьефе и в отводящем канале:

 

Определяют поперечное сечение трубы:

,

откуда находят диаметр  трубы:

,

При м принимают двухочковую трубу, при м – одноочковую, округлив диаметр трубы до целых дециметров.

Принимаем одноочковую  трубу.