Расчет площадей подтопления и объема водохранилища

Отметки уровня подтопления, Н м	0	5,5	11	16,5	22	27,5
Площадь подтопления, F м2	0	160800	458400	551200	604800	802800
Промежуточные объемы воды Wi, м3	0	442200	1260600	1515800	1663200	2207700
Полный объем воды в водохранилище, W, м3	0	442200	1702800	3218600	4881800	7089500

Рис.3.3. Зависимость площади водохранилища (F) от уровня наполнения (H)

По графику паводковых расходов (рис.3.2) рассчитывается объем воды, который необходимо задержать в водохранилище. Для определения объема водохранилища на графике паводковых расходов наносится зарегулированный расход Q_р (рис.3.5); при этом считаем, что в нижний бьеф из водохранилища не должны поступать расходы, превышающие Q_р.

Расчет объема ведется в следующем порядке:

- весь период времени, когда происходит задержание паводка разбивается на равные временные промежутки (в данном случае Δt=6 часов). Число промежутков времени принимаем за n.

- за каждый промежуток времени рассчитывается объем воды, поступающий в водохранилище по формуле:

(3.2)

где Q_срⁱ – средний расход воды за время Δt_i задержанный в водохранилище.

(3.3)

_{где Qi-1ср, Qi – расходы в начале и конце рассматриваемого промежутка времени.}

_{Полный объем воды, поступающей в водохранилище, определяется суммой объемов, задержанных в каждом временном промежутке.}

(3.4)

_{После получения величины полного объема водохранилища определяется отметка затопления и площадь.}

_{Для этого по графику W=F(Н) (рис.3.5) для объема Wв определяется отметка подтопления Ннпу (нормальный подпорный уровень). Затем по графику F=f(H) (рис.3.6) определяется площадь затопления Fзап. Расчеты сведены в табл. 3.2.}

_{Результаты расчетов используются для оценки ущербов, вызванного временным подтоплением земель. Расчет времени опорожнения водохранилища – «ловушка» приводится в следующем разделе курсового проекта.}

_{Таблица 3.2.}

К расчету объема водохранилища к графику паводковых расходов

№ п/п	Q	Qср	Wв
1	0
2	5	2,5	27000
3	25	15	162000
4	65	45	486000
5	98	81,5	880200
6	105	101,5	1096200
7	81	93	1004400
8	48	64,5	696600
9	15	31,5	340200
10	0	7,5	81000
			4773600

Рис. 3.6. Определение площади затопления F_зап.

4. РАСЧЕТ САМОРЕГУЛИРУЮЩЕЙСЯ ПЛОТИНЫ С ДОННЫМ ВОДОСБРОСОМ

4.1. Цель

1. Определить площадь сечения трубчатого водосброса в саморегулирующейся плотине противопаводкового водохранилища, обеспечивающего пропуск зарегулированного расхода (Q_р).

2. Рассчитать расходы воды для расчетной площади водосброса и построить график наполнения и опорожнения водохранилища.

4.2. Исходные данные для расчета

1. График зависимости W=f(H). Принимается из п.п. 3 (рис. 3.4).

2. Величина зарегулированного расхода (Q_р)

3. Высота донного трубчатого водосброса. Принимается в первом приближении равной 2 м. В расчетах высота трубы и ее форма уточняются. Водосброс, имеющий «шероховатости» на днище, может служить рыбоходом, когда речной поток работает в бытовых условиях (в межпаводковый период).

4.3. Порядок выполнения

Площадь трубчатого водосброса определяется исходя из возможности пропуска Q_р при максимальном напоре на плотине, т.е. при полном заполнении водохранилища до отметки Н_нпу.

Площадь трубчатого водосброса определяем по формуле:

(4.1)

где Qр- заданный зарегулированный расход;

μ – коэффициент расхода трубчатого водосброса (принимаем 0,55);

Н – напор над центром отверстия водосброса.

При высоте отверстия 2 м и отметке равной «0» величина Н будет равна (рис.4.1).

(4.2)

В зависимости от величины площади сечения отверстия ω определяется их количество в плотине при этом необходимо, чтобы площадь каждого отверстия была не более 4,0 м2 (сечение трубы прямоугольное 2×2 м). Количество отверстий можно задавать согласно рекомендациям приведенным в методических указаниях к выполнению курсового проекта. Итак, ω принимаем равным ω=6 м2, таким образом, количество отверстий водосброса равно – 2 ед.

Рис. 4.1. Схема трубчатого водосброса в саморегулирующейся плотине

После определения ω и выбора числа отверстий рассчитываем данные для построения графика наполнения и опрожнения водохранилища, для чего строится вспомогательный график пропускной способности водосброса Q=f(H) (рис.4.2) с использованием формулы (4.1), для чего при выбранных значениях ω задаемся промежуточными значениями Нi определяя величину Qi. Величину Нi определяем как разность между центром отверстия и уровнем воды в водохранилище. Подтопление отверстия со стороны нижнего бьефа не учитывается. Расчет сведен в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

К построению графика зависимости Q=f(H) для заданной площади водосбросных отверстий ω

g	μ	ω	Hi	Qi
9,88	0,5	6	4	29.3
9,88	0,5	6	8	41.5
9,88	0,5	6	12	50.8
9,88	0,5	6	16	58.7
9.88	0.5	6	20	65.6

Рис.4.2. график зависимости Q=f(H) для заданной площади водосбросных отверстий ω

Далее порядок расчета следующий:

- весь паводковый период разбивается на временные промежутки, величина которых принимается в зависимости от интенсивности роста расходов и составляет в курсовом проекте 3 ч.

- в каждом временном промежутке с рис. 3.2 снимается средний бытовой расход

- затем определяется сбросной расход, проходящий через отверстия (снимается с рис. 4.2), разность между средним бытовым расходом и сбросным расходом, проходящим через отверстия (рис. 4.2);

- определяется объем воды задержанной в водохранилище за каждый временной промежуток Δt

(4.3)

- по рис. 3.4 определяется «прирост» уровня воды в водохранилище (Н_i) и объем водохранилища;

Расчет ведется в табличной форме (табл. 4.2). После наполнения водохранилища и снижения бытовых расходов происходит опорожнение водохранилища. В этом случае сбросные расходы будут превышать бытовые расходы, поэтому в расчетах берется их разность (Q_сбр – Q_быт). Порядок сохраняется прежний. Расчет сведен в табл. 4.3 – 4.4. По результатам расчетов построен график наполнения и опорожнения водохранилища и график сбросных расходов (рис. 4.2).

Таблица 4.3.