11.3. Расчет водосливного отверстия плотины

Исходными данными для расчета отверстия водосливной пло­тины являются: максимальный расход Q_max (м³/с), заданной ве­роятности превышения в соответствии с классом сооружения н с учетом регулирующего влияния водохранилища, нормальный под­порный уровень воды в верхнем бьефе НПУ (NPL) и форсирован­ный подпорный уровень ФПУ (FPL), если пропуск паводковых вод предполагается вести в чрезвычайных условиях эксплуатации. Ука­занные исходные данные определяют методами, изложенными в гл. 8.

Если в составе гидроузла кроме водосливной плотины имеются другие водопропускные сооружения — водоспуски, водозаборы, гид­роэлектростанции и т. п., то пропуск паводковых расходов произ­водят через все эти сооружения. В этом случае расчетным для водосливной плотины будет расход (м³/с), определяемый по фор­муле

(11.23)

где Q — расход, пропускаемый через все сооружения, исключая во­досливную плотину, м³/с.

Зная расчетный расход, определяют предварительную ширину водосливного фронта b = I,b_s (см. рис. 11.2), как

(11.24)

где q — удельный расход, т. е. расход, приходящийся на 1 м дли­ны водосливного фронта, м³/с.

340

Величину q устанавливают на основании данных практики по проектированию и эксплуатации аналогичных сооружений, стре­мясь к тому, чтобы скорости течения воды на рисберме не превы­шали 2...3 м/с на мягких и 5... 6 м/с на скальных грунтах или со­ответственно чтобы удельные расходы воды были равны 20... 40 и 50 ...60 м³/с на 1 м длины водосливной плотины. Следует при этом иметь в виду, что уменьшение длины водосливного фронта ведет к снижению суммарной стоимости водосливной бетонной и земля­ной глухой плотины и одновременно к увеличению стоимости уст­ройств нижнего бьефа, создаваемых для гашения потока. Поэтому окончательные решения по размерам водосливного фронта должны приниматься на основании технико-экономического сравнения ва­риантов этих сооружений. В случае расположения водосливной плотины на пойме, при сбросе воды в нижний бьеф не по всему водосливному фронту, а также при равномерном сбросе по всему фронту, но когда он составляет часть ширины реки, при назначении удельного расхода следует учитывать, что в результате сжатия транзитной струи происходит заметное увеличение удельных рас­ходов. Методика учета этого сжатия, предложенная К. И. Россий­ским, изложена в [16]. Полученную ширину отверстия водослив­ной плотины разбивают на пролеты b_s, отделенные друг от друга быками шириной Ь_Р = 2...3 м. Если предполагается пропуск льда через плотину, то с целью его беспрепятственного прохода общая ширина отверстий водосливной плотины должна быть не менее 0,5...0,6 ширины реки выше створа плотины, ширина отдельных пролетов при тяжелом ледоходе — не менее 15 м, а при очень тя­желом — не менее 20 м.

Пропускную способность (м³/с) водосливов практического про­филя и с широким порогом (рис. 11.10) при заданном напоре мож­но определить по Лопмуле

(11.25)

где а_п, ст_с, <Jfw и т — коэффициенты соответственно полноты на­пора, сжатия потока, подтопления и расхода водослива; Я₀= = Н+ av₀'*/(2g)—напор на гребне водослива с учетом скорости подхода воды к водосливу (см. рис. 11.3).

Коэффициент а_п относится к водосливу практического профиля и при вертикальной напорной грани может быть определен по фор­муле Н. П. Розанова:

(11.26)

где Я—напор на водосливе; На — расчетный напор, с учетом кото­рого построен профиль водослива.

Коэффициент 0_С определяют по графику, приведенному на рис. 11.11 в зависимости от отношений Pbow/H и b_s/B, где ръо-ш — высота порога со стороны нижнего бьефа (см. рис. 11.3); b_s — расстояние

341

Рис. 11.10. Схема пропуска воды через водосли­вы:

я — практического профиля; б — с широким порогом. Ли­ния /-/ соответствует незатопленному, а 2-2 — затоплен­ному водосливу

Рис. 11.11. График для опре­деления ст_с:

при прямоугольном водо­ сливе с прямоугольными устоями; при прямоугольном и за­ кругленном водосливе с закруглен­ ными устоями

Рис. 11.12. График для определения коэффициен­та подтопления водосли­ва практического профи­ля

342

между гранями быков или быка и устоя, B = 6_s+&a+^ для край­него и B = b_s + b_p для промежуточного отверстий; Ь_а — тол­щина устоя; Ь_р — толщина быка и Id — длина сопрягающей дамбы от устоя до берега. При нескольких отверстиях (T_cm=[a_c, (п—2) +20_cJ//z, где ст_с, и gc, — соответственно значения а_с для промежуточных и крайних*отверстий, п — число отверстий.

Значение коэффициента подтопления a/_w для плотин практиче­ского профиля в зависимости от отношения H_fw/H₀ приведены на рис. 11.12, а с широким порогом — в табл. 11.2. Для определения величины подтопления Hf_W необходимо иметь данные о глубине в

Таблица 11.2. Значения коэффициентов а/_ш для водосливов с широким порогом

яр/яо	«,„	я,,я0	",.	яр/я„	°/.	яр/я„	.,„
0,80	1,00	0,86	0,95	0,92	0,78	0,96	0,59
0,82	0,99	0,88	0,90	0,94	0,70	0,97	0,50
0,84	0,97	0,90	0,84	0,95	0,65	0,98	0,40

нижнем бьефе hdt (см. рис. 11.10). Их можно получить по кривой Q = f(h), которую строят на основании данных гидрометрических наблюдений на рассматриваемом участке реки.

Коэффициенты расхода т для неподтопленных водосливов прак­тического профиля могут быть приняты равными т —0,4... 0,49 в зависимости от формы оголовка; для водосливов с широким поро­гом т = 0,4 ...0,36.