15. Ковшевые вс

Ковшевые водозаборы устраивают при заборе большого количества воды на шугоносных реках или на реках с высокой мутностью. Помимо борьбы с шугой водоприемные ковши используют для улучшения подвода воды из русла. С этой целью дно ковша углубляют на 1 – 1,5 метра ниже дна реки, что позволяет в некоторых случаях отказаться от водоподъемной плотины.

Любая конструкция ковша создает благоприятные условия для покрытия льдом его поверхности пере ледоставом. При этом всплывает шуга и примерзает ко льду. Одновременно ковш служит отстойником для крупных наносов.

Расчет водозаборных ковшей заключается в определении глубины, ширины и длины. Основой расчета является режим деления потока, когда в русле выделяется транзитная часть.

Критерием режима работы ковшей является показатель М=V_k/V_p, где V_k – средняя скорость воды в ковше; Vp – средняя скорость воды в реке.

Режим деления потока для ковшей, врезаемых в берег с углом отвода β=135⁰имеет место при М не менее 0,132. При β=150…30⁰ М=0,125…0,242.

Необходимую глубину ковша определяют по формуле

Н_к= Н_ок+1,33х0,9h_л+0,2+ h_пор,

где Н_ок - высота входных окон водозабора в конце ковша, м;

1,33 – коэффициент, учитывающий намерзание шуги;

h_л – толщина льда в реке;

0,2 – заглубление верхней кромки окон под лед;

h_пор – высота порога водоприемных отверстий, принимается равной

0,4…1,0м в зависимости от предполагаемого слоя отложений

наносов.

Расчетная отметка дна ковша Z_дк=Z_и – Нк,

где Z_и - отметка минимального расчетного уровня воды в источнике

(обычно зимой).

Средняя ширина ковша

где Q_k – расчетный расход в ковше;

V_k – средняя расчетная скорость воды в ковше.

Рекомендуемая скорость воды в ковше определяется по формуле

где е – основание натуральных логарифмов.

Значения параметра S приведено в таблице 2.3

Если обеспечивается подвод теплой воды для защиты решеток от обмерзания, то скорость воды в ковше может быть увеличена на 25…50%.

Ширина ковша по дну

где h_ж – глубина живого сечения ковша с учетом его стеснения льдом,

шугой и наносами;

m - заложение откосов ковша, в зависимости от вида грунта, m=1,0…3;

h_н - толщина наносов в ковше.

Учитывая прочистку ковша земснарядами принимают минимальную ширину дна 5…6 метров.

Длина ковша от начального сечения до водоприемника L_{k :}

L_k =L_вх +L_р + L_ш

где L_{вх –} длина входного участка с водоворотной зоной с интенсивным

засорением шугой в начале шугохода;

L_р - длина рабочей части ковша, в пределах которой к концу шугохода

обеспечивается всплывание шуги в транзитной струе;

L_ш - длина участка ковша, в котором намерзают захваченные в ковш шуга и ледяная взвесь; L_вх =(1,0…1,5) B;

где α – коэффициент неравномерности скоростей в сечении ковша,

α=(1,2…1,25);

w_{ш –} гидравлическая крупность шуги: w_ш =0,015…0,020 м/с.

Длина участка намерзания L_ш для ковшей с низовым входом, выдвинутым в русло и не имеющих низовых дамб – 5…10 метров, а для врезанных в берег – 15…20 метров. Для ковшей с верховым входом полностью или частично выдвинутых в русло – 20…35 метров. Для ковшей с большими водоотборами L_ш увеличивают в1,25 -1,5 раза.

Отметки гребня незатапливаемых дамб принимают на 0,5…1,0м выше максимальных уровней воды в реке, а отметки верховых затапливаемых дамб – равными отметкам уровней шугохода 25% обеспеченности. Гребень низовых дамб должен быть выше гребня верховых дамб.

Ширина гребня дамб ковшей принимается 4…5 м.

Затапливаемые дамбы ковша, устраиваемого на реках с низким весенним ледоходом, могут иметь отметки гребня такие же как и отметки расчетных максимальных уровней воды в реке при ледоходе.

Исследованиями установлено, что наиболее предпочтительны ковши с низовым входом с углом отвода 135⁰. Малые скорости воды в ковше 5 -15 см/с создают более благоприятные чем в реке условия раннего образовании ледяного покрова, исключающего переохлаждение воды в ковше и предотвращающего образование донного льда. При небольших скоростях шуга всплывает и примерзает к поверхностному льду. Толщина льда в ковше обычно на треть больше, чем в реке.