Проект водохранилищного гидроузла

    Расчет  заключается в установлении недостающих  в задании гидравлических элементов  и уклона дна канала.

    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:

h₁ b₁ ω₁  x₁ R₁ C₁

h₂ b₂ ω₂  x₂ R₂ C₂

Для расчета  используют формулы гидравлики: 

              
 

где:  b – ширина канала по дну, м;

υ_ρ – расчетная скорость течения воды в канале, м/сек (табл. 8.2);

h – глубина воды в канале, м;

m – заложение откосов (принимается по табл. 8.1);

ω – площадь живого сечения, м;

Q – расход сбросного сооружения, м/сек (в задании);

Смоченный периметр (м) определяется по формуле:

 
 

Гидравлический  радиус (м):

     

Коэффициент Шези можно найти по формуле:

С =

 

Для определения  коэффициента Шези С принимают по табл. 8.3 коэффициент шероховатости n. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Заложение откосов канала

    Таблица 8.1

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 8.2

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

 
 
 

    Значение  коэффициента шероховатости каналов  в земляном русле

    Таблица 8.3

Характеристика  каналов	Коэффициент шероховатости русла канала
	Оросительный	Осушительный
Каналы  для пропуска расхода более 25 м3/с: 1. В связных  грунтах и песках 2. В гравелисто-галечниковых  грунтах	0,0200 0,0225	0,0250 0,0275
Каналы  для пропуска расхода от 25 до 1 м3/с: 1. В связных  грунтах и песках 2. В гравелисто-галечниковых  грунтах	0,0225 0,0250	0,0300 0,0325
Каналы  для пропуска расхода до 1 м3/с	0,0250	0,0350
Каналы  постоянной сети периодического действия	0,0275	-
Временные оросители	0,0300	-
Водообходы лиманов при одернованной поверхности	0,0400	-

 

    При однообразных грунтах по всей трассе водосброса размеры отводящего канала можно принять равным размерам подводящего  канала в сечении 2-2.(h=2 м) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

9. Проектирование и расчет сопрягающих сооружений

9.1.Конструктивные особенности

    Быстротоки  представляют собой сопрягающие  сооружения в местах сосредоточенного падения местности, в которых  вода проходит с большими скоростями.

    Быстротоки  бывают деревянные, каменные, бетонные, железобетонные и из других материалов. По расположению в плане различают  прямолинейные и криволинейные быстротоки, по виду поперечного сечения - прямоугольные и трапецеидальные с коэффициентом откоса не менее m=1. В зависимости от длины различают быстротоки длинные и короткие. В длинных глубина воды в конце весьма близка к нормальной глубине в лотке. В коротких быстротоках глубина воды в конце больше нормальной.

    Быстроток состоит из входной части, самого лотка быстротока, успокоителя и  выходной части рисбермы (рис. 9.1).

    Сопряжение соединительного канала с лотком и успокоителя с отводящим каналом осуществляется в виде раструба.

    Для понижения депрессионной поверхности  воды, фильтрующейся из верхнего бьефа в нижний, вдоль быстротока, т. е. уменьшения фильтрационного давления, в его дне и концевой части устраивают разгрузочные отверстия, а за боковыми стенками – застенный дренаж. Фильтрующаяся вода через разгрузочные отверстия выходит в лоток быстротока, а из дренажа сбрасывается в нижний бьеф. Последний состоит из двух дрен, уложенных вдоль продольных стен быстротока. Нижняя концевая часть дрен выводится ко дну отводящего канала (рис. 1). Застенный дренаж устраивается на протяжении 0,5-0,6 длины быстротока. Для контроля за работой дрен строятся смотровые колодцы. При несимметричном потоке грунтовых вод продольные дрены соединяются между собой в местах расположения смотровых колодцев поперечными, или соединительными, дренами. Дрены устраиваются из перфорированных труб с укладкой вокруг них песчано-гравелистого слоя. Можно устраивать гравелисто-щебеночные дрены в каналах с укладкой вокруг них песчаного слоя.

    Рис. 9.1. Бетонный быстроток с застенным дренажем

    При удельном расходе воды q≤2 м³/с длина входной понурной 
части lп=2H, при q≥2 м³/с lп=3H, где H - глубина воды перед 
входной частью быстротока, м.

    Длина предпонурного крепления lпп=(2…3)H, толщина плит понура 0,1-0,2 м. По длине бетонного лотка быстротока через 5-20 м устраиваются швы.

    Днище быстротока, в местах устройства швов, имеет утолщение в целях увеличения площади соприкосновения и этим самым для уменьшения фильтрации через швы, а также для увеличения сопротивления сдвигу лотков при  больших уклонах. Швы целесообразно  располагать в начале и в конце  каждой ступени. Их заделываются двумя  слоями толя в гудроне общей толщиной 7÷10 мм или применяется профильная резина. Под швами необходимо устройство обратного фильтра.

    Для защиты грунта за стенками от намокания  устраивается отмостка шириной 1÷2 м. Она выполняется из бетонных плит толщиной 0,1÷0,15 м либо асфальтом толщиной 0,07÷0,10 м.

    Для перехвата и отвода от сооружения дождевых и талых вод вдоль  сооружения устраиваются нагорные канавы. Толщину и материал облицовки  нагорных каналов принимают одинаковыми с отмосткой.

    Крепление дна выходной части (рисбермы) следует  делать водопроницаемым и тяжелым (бетонные плиты толщиной 0,3÷ 0,8 м, габионы, мощное покрытие габионной сеткой) на длине равной примерно длине колодца и далее - облегченным (мостовая, каменная наброска). 

    Толщина бетонной облицовки лотка быстротока трапецеидального поперечного сечения  принимается 0,15÷0,4 м. При прямоугольном  поперечном сечении быстротока боковые  стенки устраиваются в виде подпорных  стенок, поперечные размеры которых  определяются на 
основании статического расчета. Толщина дна лотка быстротока 
принимается 0,2-0,5 м.

    Превышение  боковых стенок лотка быстротока над расчетным 
уровнем воды δ, определенном с учетом аэрации потока, принимается:

q,м3/с	<1	1-10	11...30	31...50	51...100
δ,м	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6

    В быстротоках трапецеидального поперечного  сечения при коэффициенте откосов  m > 1,5 превышение верха их над расчетным уровнем воды увеличивается на 15 % по сравнению с этими данными. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

9.2. 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. 9.2):

    Рис. 9.2. 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:

    

 
 

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

    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.

    Ширина  входа и определяет ширину водосбросного  сооружения

     = 4 м

    2. Вычисляют удельный расход:

    

, м³/с м.п. 

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

    

,  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;