2.1.2. Проверка пропуска максимального катастрофического расхода

Проверка пропуска максимального катастрофического расхода воды через водослив производится по условию:

H = ФПУ - ГВ = 235,9 –231= 4,9 м;

Скорость потока перед водосливом:

где -глубина потока перед водосливом

H_ВБ = ФПУ - дна = 235,9 – 217= 18,9 м;

-ширина водослива

Тогда напор с учетом скорости подхода:

Определяем пропускную способность:

=1400

2.2. Расчет сопряжения бьефов

Одной из важнейших задач проектирования любого водосбросного сооружения является создание благоприятных гидравлических условий на участках сопряжения бьефов и перехода потока в естественное состояние. Решения данных задач в значительной степени влияют на условия работы конструкций крепления нижнего бьефа, глубину размыва дна в НБ. Для низко- и средненапорных плотин чаще всего используется донный режим сопряжения бьефов, когда струя за водосбросом движется по дну. При этом струя может быть не затоплена (отогнанный гидравлический прыжок) или затоплена с образованием вальца над струей.

При донном режиме сопряжения бьефов и при затопленном гидравлическом прыжке происходит наиболее эффективное гашение избыточной энергии потока в нижнем бьефе. Это условие должно обеспечиваться при любой возможной в эксплуатации схеме маневрирования затворами, перекрывающими водосбросные отверстия. Выбор схемы маневрирования затворами зависит от многих факторов, таких как:

1. величины расхода;

2. числа водосливных отверстий;

3. типа затворов и подъемных механизмов;

4. наличия льда в верхнем бьефе (частичное открытие водосливных отверстий можно доводить только до величины 0,2H (H−высота отверстия ), после чего отверстие плотины необходимо открыть полностью достаточно быстро).

С учетом перечисленных факторов рекомендуется выполнять расчеты сопряжения бьефов для следующих схем маневрирования затворами:

1. все затворы подняты на 0,2H;

2. один затвор поднят полностью, а остальные – на 0,2H;

3. два затвора подняты полностью, а остальные – на 0,2H;

4. все затворы подняты полностью.

Уровни воды для каждой из схем принимается: в верхнем бьефе − на отметке НПУ, в нижнем бьефе − определяется по кривой связи уровней и расходов в зависимости от расхода, проходящего через водосброс.

Первая схема. Случай, когда все затворы подняты на 0,2Н.Расход при истечении из-под затвора на гребне водослива при высоте открытия отверстия a=0,2H=0,2·4=0,8 м определяется для случая, когда на гребне водослива после затвора отсутствует горизонтальный участок.

Где - коэффициент скорости;

n = 5 – число водосливных отверстий;

b = 12– ширина одного водосливного отверстия;

Н_о =4,05– напор, с учётом скорости подхода;

- коэффициент вертикального сжатия, определяемый по зависимости А.Д. Альтшуля:

;

Глубина воды в нижнем бьефе h_нб, соответствующая вычисленному расходу ,определяется по кривой связи уровней и расходов Q=ʄ(h). УНБ=219,9; h_нб= УНБ- дна=219,9-217=2,9м.

Определим глубину воды в сжатом сечении:

,м³/с;

;

где В_с=70,4 м – ширина потока в сжатом сечении;

Р=14 м - высота водослива;

=0,95- кэффициент скорости.

Так как формула для определения глубины в сжатом сечении приводится к кубическому уравнению, то рекомендуется использовать метод подбора.

1-е приближение: м;

2-е приближение: м;

3-е приближение: м.

Принимаем м.

Вычислим вторую сопряжённую глубину:

Где =0,193 м - глубина в сжатом сечении;

-критическая глубина, определяется по формуле:

= = м;

q-удельный расход, определяется по формуле:

Определяем вторую сопряженную:

м.

Так как =3,62 м < h_Нб=2,9 м - прыжок отогнан.

Необходимо искусственно затопить прфыжок при помощи водобойного колодца. Глубина водобойного колодца определяется из условия получения в нижнем бъефе за водосбросом глубины, равной или большей сопряженной:

Вторая схема. Случай, когда один затвор поднят полностью, а остальные на высоту а=0,2Н=0,8 м. Расход, проходящий через водослив определяется по формуле:

_;

где =1 - число водосливных отверстий, открытых полностью,

=4 - число водосливных отверстий, открытых на 0,2Н.

Глубина воды в нижнем бьефе h_нб, соответствующая вычисленному расходу, определяется по кривой связи уровней и расходов Q=ʄ(h). УНБ=221,4; h_нб= УНБ- дна=221,4-217,0=4,4 м.

Определим глубину воды в сжатом сечении:

1-е приближение: м;

2-е приближение: м;

3-е приближение: м.

Принимаем =0,449 м.

Критическая глубина определяется по формуле:

= м;

q= м²/с.

Тогда вторая сопряжённая глубина равна:

м.

Так как =5,1 > h_нб=4,4 –прыжок отогнан.

Необходимо искусственно затопить прфыжок при помощи водобойного колодца. Глубина водобойного колодца определяется из условия получения в нижнем бъефе за водосбросом глубины, равной или большей сопряженной:

Третья схема. Случай, когда два затвора подняты полностью, остальные на a=0,2Н=1 м. Расход, проходящий через водослив определяется:

где =2 - число водосливных отверстий, открытых полностью,

=3 - число водосливных отверстий, открытых на 0,2Н.

Глубина воды в нижнем бьефе h_нб, соответствующая вычисленному расходу ,определяется по кривой связи уровней и расходов Q=ʄ(h). УНБ=222; h_нб= УНБ- дна=222-217,0=5м.

Определяем глубину воды в сжатом сечении:

1-е приближение: м;

2-е приближение: м;

3-е приближение: м.

Принимаем =0,584м.

Критическая глубина определяется по формуле:

= м;

q= м²/с/

Тогда вторая сопряжённая глубина равна:

м.

Так как =5,79 > h_нб=5 –прыжок отогнан.

Необходимо искусственно затопить прфыжок при помощи водобойного колодца. Глубина водобойного колодца определяется из условия получения в нижнем бъефе за водосбросом глубины, равной или большей сопряженной:

Четвертая схема. Случай, когда все затворы подняты полностью. Q=1221,26 - был определён при проверке пропускной способности водосливных отверстий. Глубина воды в нижнем бьефе h_нб, соответствующая вычисленному расходу ,определяется по кривой связи уровней и расходов Q=ʄ(h). УНБ=223,0; h_нб= УНБ- дна=223,0-217,0=6 м.

Определим глубину воды в сжатом сечении:

1-е приближение: м;

2-е приближение: м;

3-е приближение: м.

Принимаем =1 м.

Критическая глубина определяется по формуле:

= м;

q= м³/с.

Тогда вторая сопряжённая глубина равна:

м.

Так как =7,35 > h_нб=6 –прыжок отогнан.

Необходимо искусственно затопить прфыжок при помощи водобойного колодца. Глубина водобойного колодца определяется из условия получения в нижнем бъефе за водосбросом глубины, равной или большей сопряженной:

Все расчеты сводим в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты расчетов сопряжения бьефов

Схема маневрирования	Q, м/с	hII,м	hc, м	hнб, м	Тип прыжка	Глубина колодца
1	241,3	3,62	0,193	2,9	Отогнан	0,72
2	556,72	5,1	0,449	4,4	отогнан	0,7
3	722,84	5,79	0,584	5	отогнан	0,79
4	1221,26	7,35	1	6	отогнан	1,35

Из таблицы видно, что самым невыгодным является четвёртый случай.

Так как устройство колодца, связанное с углублением дна нижнего бьефа, увеличивает полную удельную энергию воды верхнего бьефа относительно дна нижнего бьефа, производится уточнение найденного значения глубины колодца.

Таким образом, заново подбором определяется сжатая глубина, подставляя в формулу вместо P величину P+d_к:

1. в первом приближении:

во втором приближении:

в третьем приближении:

Окончательно глубина воды в сжатом сечении принимается равной h_c=0,961 м.

2. уточняется значение сопряженной глубины:

м;

3. определяется глубина водобойного колодца:

4. определяется длина водобойного колодца: