Проектирование комплексного гидроузла (стр. 6 из 10)

Для того, чтобы защитить верховой откос земляной плотины от воздействия ветра, льда, течения воды, осадков и других факторов СНиП 2.06.05–84 рекомендует следующие крепления: каменное, бетонное, железобетонное, асфальтобетонное и биологическое.

Выполним крепление верхового откоса железобетонными плитами размером 1,51,5 м и толщиной 0,1 м. В нижней части крепления устраиваем упор в виде бетонного массива.

Низовой откос покрываем слоем растительного грунта толщиной 0,2 м с посевом трав.

2. Водосбросные сооружения при грунтовой плотине

Водосбросслужит для пропуска в нижний бьеф паводковых расходов. Для гидроузлов с глухими плотинами можно привести основные типы водосбросов: открытые (с быстротоком или перепадом); закрытые (трубчатые, туннельные); комбинированные.

По конструкции входной части открытые водосбросы различают на фронтальные, траншейные, полигональные и др. Закрытые водосбросы бывают шахтные, трубчато-ковшовые, туннельные, башенные и др.

По условиям управления водосбросы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые.

2.1. Выбор варианта водосброса

Выбор варианта водосброса – это один из наиболее ответственных вопросов проектирования. Тип и конструкция водосброса должны основываться на учёте природных, гидрологических и инженерно-геологических условий района строительства, а также эксплуатации проектируемых сооружений.

На практике оптимальный вариант принимают на основе технико-экономического сравнения различных вариантов. Около 75% построенных сооружений для наиболее вероятных условий низконапорных водохранилищных гидроузлов запроектированы по типовым проектам.

Однако целью данного курсового проекта является самостоятельный выбор типа и конструкции водосброса, а также расчёт его оптимальных размеров.

Исходя из особенностей рельефа (рис. 1), наиболее выгодно конструировать открытый береговой водосброс.

В расчёт берегового водосброса входит определение размеров входного оголовка на пропуск максимального расхода, а также определение размеров водопропускного тракта сооружения и устройств нижнего бьефа сооружения.

Этот расчёт мы будем рассматривать далее.

2.2 Гидравлический расчёт сооружения

2.2.1 Расчёт входного оголовка водослива

Проектируем береговой водосброс с полигональным входным оголовком.

Рассчитаем ширину каждой грани оголовка. Для этого определим его периметр:

(43)

где m – коэффициент расхода водослива, который определяется по формуле Ребока:

, (44)

где Н – напор над оголовком. Н = 0,4 м.

Р – высота входного оголовка. Р = 1,5 м.

Подставим эти значения в формулу (44):

.

В формуле (43) σ – коэффициент сжатия потока, который определяется для водосбросов с фронтальным входным оголовком по формуле Базена:

, (45)

где z – перепад уровней. z = Н₀

Однако в случае водосброса с полигональным входным оголовком значение σ принимается равным 1.

Н₀ – напор над оголовком водослива с учётом скорости подхода:

, (46)

В данной формуле величину

для предварительных расчётов можно принять равной 2% от , т.е. .

.

Далее определяем периметр входного оголовка водослива:

.

Принимаем 5 граней: 4 шириной по 7 м, и одна – 3.5 м.

2.2.2 Расчёт водопропускной части водослива

1) Начнём расчёт водопропускной части водослива с определения ширины водопропускного тракта на пропуск расхода, который вошёл в оголовок водослива.

Задаём предварительно

.

Перепад уровней во входном оголовке определяется по зависимости

, (47)

где

- критическая глубина потока во входном оголовке

, (48)

где

- коэффициент Кориолиса .

.

Подставляя значения в формулу (47), определяем перепад уровней

.

2) Рассчитаем глубину воды на входе в водопропускной тракт водосбросного сооружения:

, (49)

где

- коэффициент бокового сжатия. .

- коэффициент скорости. .

.

3) Рассчитаем вероятную глубину воды на водопропускном тракте:

, (50)

где

- разность бьефов (51)

, (52)

– скорость движения воды на водопропускном тракте. .

.

.

4) Т. к. мы не можем утверждать, что найденная глубина – это действительная глубина на водопропускном тракте, то необходимо её проверить, рассчитав кривую спада. Уравнение кривой свободной поверхности определяется по формуле Ларькова

, (53)

Величина A определяется по следующей формуле:

, (54)

где

- угол наклона водосброса к горизонтальной плоскости. .

- приведённый коэффициент расхода:

, (55)

- приведённый напор:

. (56)

Подставляем найденные величины

и в формулу:

Далее определяем значение

:

Таким образом, глубина воды в конце водопропускного тракта

. Отсюда следует, что к концу водоспуска глубина уменьшается и образуется кривая спада.

Назначаем высоту стенок водопропускного тракта с учётом сухого запаса

, т.е. глубина канала в начале , а в конце - . Или, округляя до стандартных величин, получим:

, .

Определим среднюю глубину воды на водопропускном тракте:

.

5) Рассчитаем расход, который может пропустить водопропускной тракт, по следующей зависимости

. (57)

.