Проектирование комплексного гидроузла (стр. 7 из 10)
Для проверки рассчитаем расход по формуле Шези:
, (58)где
- коэффициент Шези, определяемый по формуле 
, (59)где
- коэффициент шероховатости бетона.-гидравлический радиус:
Отсюда определяем коэффициент Шези:
ω – площадь поперечного сечения канала:
i – уклон дна водопропускного тракта
. (62)Подставляем все найденные значения в формулу:
.Рассчитанный расход превышает заданное значение, однако превышает на допустимую величину. Таким образом, окончательно принимаем ширину канала равной 2 м.
6) Рассчитаем скорость воды на водопропускном тракте:
, (63)7) Т. к. полученное значение скорости превышает
, то необходимо установить устойчивость потока. В случае если поток неустойчив, необходимо устраивать искусственную шероховатость для того, чтобы погасить энергию потока и стабилизировать его.Поток устойчив в случае, когда
, где 
- число Фруда: 
, (64) 
- критическое значение числа Фруда: 
, (65)Рассчитаем эти параметры для значения
: 
; 
. 
, следовательно, поток неустойчив, и его необходимо стабилизировать с помощью искусственной шероховатости.Теперь нужно рассчитать, в каком месте водопропускного тракта её устанавливать. Для этого определим
и для разных глубин.При
; 
.При
; 
.При
; 
.Таким образом, искусственную шероховатость нужно начать устанавливать в том месте, где глубина воды превышает
.8) Рассчитаем высоту выступов искусственной шероховатости по следующей зависимости:
, (66)где
- глубина воды в том месте, где начинают устанавливать искусственную шероховатость. . 
- гидравлический радиус 
. 
- скорость потока 
. (67) 
2.3 Окончательное проектное решение
Наиболее оптимальным водосбросным сооружением для данного проекта является береговой открытый водосброс. Проектируем его с полигональным входным оголовком.
В расчётах, приведённых выше, были определены размеры водосброса. Так, 5 граней входного оголовка равны: 4 шириной по 7 м, и одна – 3.5 м, ширина водопропускного тракта составляет 2 м. На самом водопропускном тракте установлена искусственная шероховатость для того, чтобы погасить энергию потока и стабилизировать его.
В нижнем бьефе устанавливается водобойная плита для предотвращения его размыва. За водобоем устанавливаем рисберму, после которой вода попадает в канал, соединяющий её с рекой.
3. Бетонная плотина
Одним из наиболее распространенных типов водосливных плотин являются бетонные, как наиболее простые по конструкции.
Основной отличительной особенностью водосливных бетонных плотин, возводимых на не скальных основаниях, является геометрическая форма, в основу которой положен рациональный треугольный профиль с наклонными гранями.
Бетонные водосливные плотины относятся к гравитационным гидротехническим сооружениям, устойчивость которых обеспечивается за счет их массы и сил трения. Материалом для плотин служит в основном бетон и железобетон.
Достоинства бетонных плотин заключается в простоте конструкции; возможности широкой механизации строительных работ; надежности конструкции в различных климатических условиях; возможности применения невысоких по прочности и стоимости марок бетона; недостатки – относительно большие удельные объемы бетона, неполное использование прочностных его свойств, неравномерное распределение напряжений в основании сооружения, неблагоприятное влияние внешних температурных колебаний и термического режима.
Для снижения указанных недостатков на низконапорных гидроузлах применяют плотины облегченной конструкции – с консолью, ячеистые, контрфорсные, решетчатые с вакуумно-безвакуумным профилем, плотины из мягких материалов и др. [4]
3.1 Проектирование тела бетонной плотины
Профиль водосливной плотины принимают с учетом её конструкции и высоты порога (высота напора воды 1 м). Плотины с порогом средней высоты имеют криволинейный профиль, которому придают очертания траектории свободного падения струи. Профили таких плотин строят по координатам Кригера – Офицерова [3]. Значение координат безвакуумного профиля вычисляют путем умножения координат, предложенных Кригером – Офицеровым на проектный напор: X=XH; Y=YH, значения Х и Y даны в таблице (2.3.).
Табл. 2.3.Значение координат х и у
| х | у | х | У | х | У | х | у |
| 0,0 | 0,126 | 1,1 | 0,321 | 2,2 | 1,508 | 3,3 | 3,405 |
| 0,1 | 0,036 | 1,2 | 0,394 | 2,3 | 1,653 | 3,4 | 3,609 |
| 0,2 | 0,007 | 1,3 | 0,475 | 2,4 | 1,894 | 3,5 | 3,818 |
| 0,3 | 0,000 | 1,4 | 0,564 | 2,5 | 1,960 | 3,6 | 4,031 |
| 0,4 | 0,006 | 1,5 | 0,661 | 2,6 | 2,122 | 3,7 | 4,249 |
| 0,5 | 0,027 | 1,6 | 0,764 | 2,7 | 2,289 | 3,8 | 4,471 |
| 0,6 | 0,060 | 1,7 | 0,873 | 2,8 | 2,462 | 3,9 | 4,698 |
| 0,7 | 0,100 | 1,8 | 0,987 | 2,9 | 2,640 | 4,0 | 4,930 |
| 0,8 | 0,146 | 1,9 | 1,108 | 3,0 | 2,824 | 4,5 | 6,220 |
| 0,9 | 0,198 | 2,0 | 1,235 | 3,1 | 3,013 | ||
| 1,0 | 0,256 | 2,1 | 1,369 | 3,2 | 3,207 |
Сопряжение сливной грани с водобоем осуществляется при помощи криволинейной вставки радиусом R = 0.5 *(Н + z),
R = 0.5 * (1 + 13) = 7,0 м.
uде Н – высота напора, равная 1 м,
z = 13 м (отметка НПУ).
3.2Расчет пропускной способности
Пропускная способность водосливного фронта плотины должна быть такова, чтобы максимальный расчётный расход воды в реке
прошёл через неё в другие сооружения при напоре 
, соответствующем этому расходу 
.Чтобы определить пропускную способность плотины, рассчитаем ширину водосливного фронта:
,где
– коэффициент, учитывающий форму водослива и скорость подхода.Н – напор на гребне водослива равный 1 м.
Определяется по специальному графику в зависимости от коэффициентов
и 
. – коэффициент расхода. Величина изменяется в широких пределах и зависит от величины напора на водосливе, а также от очертания оголовка водослива. Для принятого расчётного профиля водосливной плотины коэффициент расхода принимается равным 0,48.