2. Гидравлические расчеты

Исходными данными для проведения гидравлических расчетов служат отметки нормального подпорного и форсированного уровней, расчетные расходы воды, кривые связи расходов и уровней нижнего бьефа, характеристики грунтов основания.

Гидравлическими расчетами устанавливаются: длина водосливного фронта и размеры водосливных отверстий, отметка гребня водослива, форма водосливной грани и сопряжение ее с водобоем, сопряжение струи в нижнем бьефе.

1. Определение ширины водосливного фронта

Определим расчетный расход, сбрасываемый через водосливную плотину при НПУ с учетом работы всех сооружений гидроузла:

Удельный расход на водосливе будет равен:

,

Где – удельный расход на рисберме, который равен:

,

где h_НБ – глубина в НБ, определяется по кривой Q = f(H) при ; ; – допускаемая по размыву скорость на рисберме для песка, .

Ширина водосливного фронта равна:

Определим количество водосливных отверстий. Зададимся стандартной шириной пролета водосливного отверстия b = 10 м, тогда число водосливных отверстий:

Округлим до целого в большую сторону n = 6.

Бык примем разрезным, его ширина _. Головная часть быка имеет округлую форму для улучшенного обтекания потоком.

Тогда ширина водосливного фронта:

Ширина водосливного фронта с учетом размеров быков в плане:

2. Определение отметки гребня водослива

Используя формулу расхода водослива методом последовательных приближений определим напор на гребне водослива, сначала без учета сжатия и подтопления ,а затем с учетом сжатия и подтопления :

где m - коэффициент расхода водослива, принимается в зависимости от типа водослива, m = 0,49.

Принимаю профиль оголовка безвакуумного водослива с оголовком типа А по данным Кригера – Офицерова, который представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Безвакуумный оголовок водосливной стенки типа А по данным Кригера – Офицерова

.

,

где – коэффициент формы водослива,; – коэффициент подтопления, подтопления водослива нет и ; – коэффициент бокового сжатия, определяется по формуле:

,

где - коэффициент формы береговых устоев или промежуточных быков водослива, .

Напор на гребне водослива без учета скорости подхода потока к водосливу :

где – коэффициент Кориолиса; – скорость в живом сечение перед плотиной.

Округлим полученное значение до ближайшего стандартного:

Отметка гребня водослива:

3. Проверка на пропуск поверочного расхода

Определять отметку при нет необходимости, так как :

По проектному напору определяются координаты для построения оголовка плотины практического профиля. Табличные координатные данные умножаются на . Расчеты сведем в таблицу 1.

Таблица 1

Координаты для построения оголовка безвакуумного водослива с оголовком профиля типа А (Рисунок 1) для напора = 4,5 (м) (по данным Кригера-Офицерова)

№ точки	x	y	№ точки	x	y
1	0,00	0,567	21	9,00	5,558
2	0,45	0,162	22	9,45	6,161
3	0,90	0,032	23	9,90	6,786
4	1,35	0,000	24	10,35	7,439
5	1,80	0,027	25	10,80	8,235
6	2,25	0,122	26	11,25	8,820
7	2,70	0,270	27	11,70	9,549
8	3,15	0,450	28	12,60	10,301
9	3,60	0,657	29	13,05	11,079
10	4,05	0,891	30	13,50	11,880
11	4,50	1,152	31	13,95	12,708
12	4,95	1,445	32	14,40	13,559
13	5,40	1,773	33	14,85	14,432
14	5,85	2,138	34	15,30	15,332
15	6,30	2,538	35	15,75	16,241
16	6,75	2,975	36	16,20	17,181
17	7,20	3,438	37	16,65	18,140
18	7,65	3,929	38	17,10	19,121
19	8,10	4,442	39	17,55	20,120
20	8,55	4,986	40	18,00	21,141

За отметку гребня быка бетонной водосливной плотины принимается большая из двух:

;

,

где – отметка гребня водослива, равная 209,5 м; – напор на гребне водослива, равный 4,5 м.

Таким образом, за отметку гребня быка принимаем , для устройства дороги по гребню плотины принимаю .

4. РАСЧЕТ СОПРЯЖЕНИЯ ПОТОКА В НИЖНЕМ БЬЕФЕ

Схема к расчету сопряжения бьефов представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема к расчету сопряжения бьефов

В бытовых условиях при уклоне дна отводящего русла поток находится в спокойном состоянии , а непосредственно за водосливом – в бурном. Сопряжение бурного потока со спокойным происходит в форме гидравлического прыжка. При этом в зависимости от соотношения глубины и бытовой глубины устанавливаются следующие типы сопряжения бьефов:

а) – сопряжение по типу отогнанного прыжка;

б) – сопряжение в виде прыжка в сжатом сечении;

в) – сопряжение в виде затопленного прыжка.

Определяются параметры гидравлического прыжка для прямоугольного русла. Предварительно определяется критическая глубина:

Вычисляется полная удельная энергия в сечении перед водосливом:

Определяется отношение:

По графику М. Д. Чертоусова в зависимости от коэффициента скорости и определяются и :

Определим сопряженные глубины:

Глубина в НБ h_НБ = 5,59 м, следовательно, прыжок отогнанный.

Т.к. в нижнем бьефе водосливной плотины получился отогнанный прыжок, т.е. относительно большая потенциальная энергия воды верхнего бьефа непосредственно за плотиной переходит в кинетическую энергию, в связи с чем скорости движения воды в нижнем бьефе резко увеличиваются. Наличие больших скоростей за плотиной приводит к необходимости крепить дно нижнего бьефа на большой протяженности, что может привести к большим экономическим затратам.

Поэтому для того чтобы уменьшить мощность этого крепления и снизить его стоимость, необходимо на возможно более короткой длине за плотиной:

а) преобразовать часть получившейся в нижнем бьефе избыточной кинетической энергии в потенциальную, доводя глубину до величины , т.е. затопляя отогнанный гидравлический прыжок.

б) погасить оставшуюся часть избыточной кинетической энергии, т.е. преобразовать в тепло за счет работы сил трения.

Для гашения кинетической энергии в нижнем бьефе различают следующие типы гасителей энергии:

1. водобойный колодец.

2. водобойная стенка.

3. водобойный колодец комбинированного типа

4. специальные гасители энергии.

В качестве гасителя энергии в данном курсовом проекте произведем расчет водобойной стенки.