9. Самостійна робота № 1 Розрахунок водозливної греблі зі стінкою практичного профілю і водобою в нижньому б'єфі

Мета роботи:

1. На практиці засвоїти основні поняття і теоретичні відомості.

2. Оволодіти навичками гідравлічного розрахунку та основами проектування водозливних гребель.

3. Розрахувати і побудувати поперечний розріз водозливу практичного профілю з водобійним пристроєм нижньому б'єфі.

Загальні відомості.

Водозливні греблі зі стінкою практичного профілю знайшли широке застосування у водогосподарському і гідротехнічному будівництві.

До водозливу практичного профілю відносять споруди з поперечним перерізом, утвореним ламаною лінією і (або) кривими різних обрисів (полігональні, криволінійні та комбіновані). У практиці гідротехнічного будівництва переважно використовуються криволінійні комбіновані профілі. Водозливи полігонального обриси, що мають, як правило, вигляд трапеції з похилими і вертикальними гранями, застосовують для пропуску невеликих витрат води. В залежності від умов закінчення водозливи практичного профілю розрізняються на наступні групи:

а) безвакуумні водозливи нормального обрису;

б) безвакуумні водозливи з розширеним гребенем;

в) вакуумні водозливи.

Безвакуумний водозлив нормального обрису характеризуються тим, що його водозливна поверхню окреслена за формою нижньої поверхні вільного струменя (лінія АВ₁ на рис. 9.1), що переливається через водозлив з тонкою стінкою при певному профілюючому напорі Н_прф. Причому для забезпечення надійності примикання струменя водозливну поверхню окреслюють декілька вище (лінія АВ₂ на рис. 9.1). У цьому випадку тиск під струменем позитивний і близький до атмосферного.

а) б)

Рис. 9.1. Водозливи

а – з тонкою стінкою; б – практичного профілю

Безвакуумний водозлив з розширеним гребенем відрізняється тим, що його водозливна поверхня (лінія АВ₃ на рис. 9.1) окреслена значно вище нижньої поверхні вільного струменя. У цьому випадку позитивний тиск під струменем на водоскаті значно вище атмосферного.

Вакуумний водозлив отримують тоді, коли його водозливна поверхня окреслюється не по формі вільного струменя, а у скороченій формі (лінія АВ₄ на рис. 9.1). У цьому випадку під струменем на водоскаті утворюється вакуум. При роботі водозливу в таких умовах важливо не допускати вільного попадання повітря під струмінь, тому, що в іншому випадку відбудеться зрив вакууму і відрив струменя від водозливної поверхні.

Обрис поперечного профілю водоскатів вакуумних і безвакуумних водозливів будується в залежності від заданого профілюючого напору Н_прф. При експлуатації же споруди дійсний напір Н може відрізнятися від Н_прф. У цьому випадку при Н > Н_прф на водоскатов безвакуумного водозливу може виникати вакуум, або, навпаки, при Н < Н_прф вакуумний водозлив може переходити в умови роботи безвакуумного.

З гідравлічної точки зору вакуумні водозливи більш вигідні, оскільки наявність вакууму під струменем на гребені водозливу збільшує його пропускну спроможність. Однак з практичної точки зору будівництво вакуумного водозливу, як правило, не дає переваг. При цьому пульсації тиску під струменем і можливі зриви вакууму знижують надійність експлуатації споруд і можуть призводити до передчасного зносу поверхні водоскатів. Тому при проектуванні гідротехнічних споруд, як правило, використовуються безвакуумні водозливи.

При гідравлічному розрахунку водозливної греблі у вигляді водозливів практичного профілю основними питаннями є:

а) визначення витрати води Q, яка проходить через водозлив;

б) визначення ширини водозливного фронту В і кількості водозливних отворів n;

в) визначення напору Н на гребені водозливів;

г) визначення верхньої відмітки гребеня і побудова поперечного профілю водозливу;

д) визначення типу стрибковго спряжіння в нижньому б'єфі та розрахунок водобійних пристроїв.

Для розрахунку водозливів зі стінкою практичного профілю користуються водозливною формулою яка має вигляд:

_, (9.1)

де: Ɛ - коефіцієнт бокового стиснення; В - ширина водозливного фронту.

Ширина водозливного фронту багатопролітной греблі:

, (9.2)

де: b₁ - ширина окремого водозливного отвору; n – кількість отворів.

При відомій витраті Q ширину водозливного фронту визначають за формулою:

, (9.3)

де q_пл - питома витрата греблі, тобто витрата, який припадає 1 погонний метр водозливного фронту.

За даними практики для водозливів практичного профілю в залежності від масштабу споруд та характеристик грунту основні чисельні значення питомої витрати q_пл приймають наступні:

а) для середніх і великих гідровузлів на піщаному підґрунті - до 30 - 40 м³/с на 1 погонний метр;

б) для середніх і великих гідровузлів на глинистому підґрунті - до 50 - 60 м³/с на 1 погонний метр;

в) для малих гідровузлів на нескельному підґрунті - до 10-30 м³/с на 1 погонний метр;

У відповідності зі значенням ширини водозливного фронту В призначають кількість водозливних отворів n (зазвичай не менше 3-х) і визначають їх ширину b за формулою:

b =В/n. (9.4)

Розміри отворів округлюють до стандартних значень, які наведені в таблиці 9.1, і уточнюють ширину водозливного фронту В за формулою (9.2). Зазвичай в багатопрогінних греблях отвори призначають однакового розміру, щоб використовувати затвори одного типорозміру.

Таблица 9.1.