2929

дохранилище не может иметь объем меньше нуля, то в подобных случаях значение V1,2 принимается равным мертвому объему. В рассматриваемом примере на начало мая имеем: V1 = Vмо = 50 млн м3. Вообще в любом расчетном месяце всегда должно соблюдаться условие V1,2 ≥ Vмо.

В месяцы с избытками стока может возникнуть необходимость в сбросе этих избытков или их части в нижний бьеф. Значения сбросов R рассчитываются исходя из уравнения водного

сти, в мае получим R = 50 + 1 067 – 328 = 789 млн м3. Значения R заносятся в графу 6 табл. 2.3.

В остальные месяцы сбросов не будет.

Правильность выполненных расчетов проверяется составлением уравнения водного баланса водохранилища за год в целом:

В рассматриваемом примере имеем

3 945 – 3 156 – 789 = 0.

В результате анализа полученных значений V1, V2 (графа 5 табл. 2.3) находится наибольшее значение, которое и соответствует полному объему воды в водохранилище Vпол. Полезный объем ра-

вен: Vпо = Vпол Vмо. В рассмотренном примере Vпол = 792 млн м3,

Vпо = 742 млн м3.

Пo значению Vпол по батиграфическим характеристикам (кривая объемов) находится отметка нормального подпорного уровня (НПУ) водохранилища сезонного регулирования стока.

21

Тема 3. Определение основных параметров водосбросных сооружений и грунтовой плотины водохранилищного гидроузла

Воснове определения параметров водосбросных сооружений

игрунтовой плотины лежат результаты гидрологических и водохозяйственных расчетов.

Упражнение № 1. Расчет трансформации максимальных расходов весеннего половодья и параметров водосбросных сооружений

Цель работы: приобретение навыков расчета трансформации максимальных расходов половодья и закрепление знаний о влиянии водохранилища на расходы и уровни воды в нижнем бьефе, а также определение размеров водосливных сооружений.

Исходные данные: максимальный расход (см. прил. Е) и гидрограф весеннего половодья для чрезвычайных условий эксплуатации, батиграфические характеристики водохранилища (см. прил. Ж).

Требуется: определить величину сбросного расхода при пропуске максимального расхода весеннего половодья расчетной обеспеченности и параметры водосброса (поперечный профиль).

Порядок выполнения.

Расчет трансформации половодья выполняется для чрезвычайного случая эксплуатации. Предполагается, что к началу половодья водохранилище сезонного регулирования наполнено до НПУ и в процессе пропуска половодья возможна форсировка уровня воды в водохранилище.

1. Задается допустимая отметка форсированного подпорного уровня (ФПУ) на 1,0...1,5 м выше НПУ, которой соответствует пропуск максимального расхода половодья в чрезвычайных условиях эксплуатации.

В качестве головного водосбросного сооружения принимается водосливная плотина с затворами, работающая как незатопленный водослив практического профиля. Пропускная способность водослива Qmax, м3/с, в общем случае определяется по формуле

22

где m – коэффициент расхода, значение которого на предварительной стадии расчетов можно принять m = 0,48; B – ширина сливного фронта, м; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; H – напор на гребне водослива, м.

2. При пропуске максимального расхода Qmaxp% допускается форсировка уровня воды в водохранилище, поэтому возможна некоторая срезка пика половодья и значение Qmax в формуле (3.1) можно принять равным (0,85–0,90) Qmaxp%.

ФПУ

Q max Водослив

Рис. 3.1. Схема к расчету водослива

3. Ширина сливного фронта B, м, рассчитывается с учетом величины удельного сбросного расхода по зависимости

B = Qmax /q0, (3.2)

в которой q0 удельный сбросной расход, м3/с на 1 м погонной длины, принимаемый по табл. 3.1.

Таблица 3.1

Значения удельных сбросных расходов q0, м3/с на 1 м погонной длины

Рассчитанная по формуле (3.2) ширина сливного фронта B округляется до ближайшего целого значения, кратного 1,0 или 2,0 м. Общая ширина сливного фронта B разбивается на несколько пролетов стандартной ширины bст (табл. 3.2).

23

Таблица 3.2

Размеры прямоугольных отверстий водопропускных сооружений, перекрываемых затворами (СНиП 2.06.01–86)

Примечание. За пролет отверстия принимается минимальный размер между боковыми вертикальными гранями.

4. Напор на гребне водослива Н, м (рис. 3.1), рассчитывается по формуле

где Вст суммарная (стандартная) ширина сливного фронта, равная:

Проектирование профиля водосливной плотины. Очертание гребня и сливной грани выполняется по координатам свободно падающей струи (X – горизонтальная ось; Y – вертикальная ось).

Очертание сливной грани водослива выполняется по координатам безвакуумного водослива практического профиля. Значения относительных (приведенных) координат сливной грани принимаются по данным табл. 3.3.

Таблица 3.3

Приведенные координаты гребня и сливной грани

24

Окончание табл. 3.3

Напорная грань водослива принимается вертикальной. Сопряжение сливной грани с дном нижнего бьефа выполняется по дуге радиусом R, м, определяемым по формулам:

– при высоте водослива p = ГВ – дно ≤ 10,0 м

R = 1,07H + 2,1;

– при p > 10,0 м

R = 1,26H + 3,37.

Напор на гребне будет равен:

H = ФПУ – ГВ.

Уровень воды в нижнем бьефе (УНБ) определяется по значению среднего годового расхода Q (табл. 3.4).

Толщина фундаментной плиты hпл и ширина подошвы водосливной плотины B назначаются конструктивно (рис. 3.2):

В = (1,5…2,2) Н0;

hпл = (0,15…0,20)ВН0 = НПУ − УНБ

и уточняются при построении.

Таблица 3.4

Уравнения связи расхода Q, м3/с, и глубины воды Н, см, в нижнем бьефе

Поперечный профиль водосливной плотины в принятом масштабе вычерчивается на миллиметровой бумаге формата А4 с нанесением всех размеров и отметок (рис. 3.2).

25

Рис. 3.2. Поперечный профиль водосливной плотины

Упражнение № 2. Определение отметки гребня глухой грунтовой плотины и ее параметров

Цель работы: определение отметки гребня глухой грунтовой плотины, ее основных параметров − ширины по гребню, заложения откосов, типа дренажа и крепления откосов.

Исходные данные: отметки дна и уровней воды в водохранилище – УМО, НПУ, ФПУ, скорость ветра и длина разгона ветровой волны в нормальных и чрезвычайных условиях эксплуатации, категория дороги, тип грунта тела плотины (см. ниже).

Требуется: определить отметку гребня грунтовой плотины для нормальных и чрезвычайных условий, принять тип крепления откосов и их заложение, назначить тип дренажа для русловой части плотины.

Порядок выполнения.

1. На миллиметровой бумаге (формат А4) вычерчивается расчетная схема грунтовой плотины (рис. 3.3), на которой обозначаются: дно реки и его отметка, уровни воды в водохранилище – УМО, НПУ и ФПУ, уровень воды в нижнем бьефе – УНБ, определяемый по аналитической кривой H(Q) (см. табл. 3.4) по величине среднего годового расхода воды Q0.

26

Рис. 3.3. Схема к определению отметки гребня грунтовой плотины (ГП)

2. Задается ширина грунтовой плотины по гребню с учетом категории дороги (b = 10 м). Заложения верхового m1 и низового m2 откосов принимаются (табл. 3.5) с учетом типа грунта тела плотины (суглинок), вероятной высоты плотины (предварительно принимаемой равной глубине воды в верхнем бьефе при НПУ) и наличия дренажа (дренажная каменная призма с шириной по верху ≈ 3,0 м, отметкой гребня УНБ + 1,0 м и заложениями откосов 1,0).

3. Принимается тип крепления верхового откоса – бетон или камень; низового откоса – посев трав по слою грунта. Граница крепления верхового откоса: верхняя – гребень плотины, нижняя УМО + 2h (h – высота волны, м).

Рассчитываются параметры ветровых волн в водохранилище. Высота волны h, м, определяется по зависимости

где k коэффициент интенсивности нарастания волны; W10 скорость ветра на высоте 10 м, м/с; D длина разгона волны, км; h/λ – соотношение высоты h и длины λ волны (принимается h/λ ≈ 0,1).

27

Значение коэффициента интенсивности нарастания волны рассчитывается по формуле

где e – основание натуральных логарифмов.

Значения h определяются для двух значений скорости ветра W10: 20 25 м/с при уровне в водохранилище НПУ и 10–12 м/с при уровне в водохранилище ФПУ. Длина разгона волны D в обоих случаях принимается от 3 до 5 км.

5. Отметка гребня грунтовой плотины ГП рассчитывается для двух уровней воды в водохранилище – НПУ и ФПУ и соответ-

где d – превышение гребня плотины; hн – высота наката волны на откос, м; h – высота ветрового нагона волны, м; а – запас

(а ≥ 0,5 м).

Значения hн и h рассчитываются по зависимостям:

где kш – коэффициент шероховатости крепления верхового откоса: бетон 0,9, камень 0,5–0,6; cos α = 1,0; H – расчетная глубина воды в верхнем бьефе, м; g = 9,81 м/с2.

Значения d определяются для двух значений уровней воды в верхнем бьефе: d1 – для НПУ и d2 – для ФПУ. Превышение гребня плотины d2 рассчитывают по скорости ветра разной обеспеченности.

Из двух отметок ГП, рассчитанных по формуле (3.9), в качестве окончательной отметки принимается наибольшая.

В заключительной части составляются сводные показатели водохранилищного гидроузла:

1)период наблюдений за стоком;

2)норма годового стока, м3/с; коэффициент вариации и асимметрии годового стока;

3)объем притока в средний год и объем обеспеченностью 95 %, млн м3/год;

28

4)максимальный расход весеннего половодья расчетной обеспеченности, м3/с;

5)мертвый, полезный и полный объемы водохранилища, млн м3;

6)потребление воды в расчетный год, млн м3;

7)нормативные уровни воды: УМО, НПУ и ФПУ;

8)суммарная ширина сливного фронта и число отверстий водослива;

9)отметка гребня и высота грунтовой плотины в русловой части, ширина по гребню и заложения откосов.

Библиографический список

1.Белоненко Г.В., Карнацевич И.В., Мезенцев В.С. Гидрологические и водохозяйственные расчеты водохранилищ на малых реках Западной Си-

бири. Омск, 1992. 80 с.

2.Гидрология и регулирование стока: Учеб. пособие / Г.В. Белоненко, П.М. Постников, А.Т. Иващенко, О.В. Соболева. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2011. 302 с.

3.Гидротехнические сооружения: Учеб. пособие / Г.В. Белоненко, П.М. Постников, А.Т. Иващенко, О.В. Соболева. Новосибирск: Изд-во СГУПСа,

2011. 192 с.

4.Гидрологические и водно-балансовые расчеты / Под ред. Н.Г. Галущенко. Киев: Вища школа, 1987. 248 с.

5.Гидротехнические сооружения: Справ. проектировщика. М.: Стройиздат, 1983. 543 с.

6.Гидротехнические сооружения / Н.П. Розанов, Я.В. Бочкарев, В.С. Лапшенков и др.; Под ред. Н.П. Розанова. М.: Агропромиздат, 1985. 432 с.

7.Практикум по гидрологии, гидрометрии и регулированию стока / Е.Е. Овчаров, Н.Н. Захаровская, И.В. Прошляков и др. М.: Агропромиздат,

1988. 224 с.

8.Пособие по определению гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 448 с.

9.СНиП 33-01–2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. М.: Госстрой России, 2004. 24 с.

10.СНиП 2.06.05–84. Плотины из грунтовых материалов. М.: Стройи-

здат, 1991. 35 с.

11.СП 33-101–2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М.: Госстрой России, 2004. 55 с.

12.Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Ч. 1. М.: Агропромиз-

дат, 1985. 319 с.

13.Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Ч. 2. М.: Агропромиз-

дат, 1985. 303 с.

29

30