Слой испарения определяется по формуле

E = Z_вп – Z_с , (5)

где Z_вп – слой испарения с водной поверхности за год, м (прилож.1);

Z_с – слой испарения с суши, м:

Z_с = X – Y , (6)

где X — среднегодовой слой осадков, мм, (прилож.1);

Y — слой стока (Y = 31,5  M_о).

Потери воды на льдообразование вычисляются по формуле

W_л = _л∙h_л∙F_л , (7)

где _л – плотность льда;

h_л — среднемноголетняя толщина льда к концу ледостава, м (прилож.1);

F_л — площадь зеркала водохранилища к концу ледостава, принимается по кривым связи (рис.2) как площадь, соответствующая объему: W_мо+W_сл+W_ф+W_и .

Далее определяется полный объем водохранилища:

W_полн = W_мо+W_сл+W_ф+W_и+W_л . (8)

На кривых связей (рис.2) находят отметки нормального подпорного уровня (НПУ) и уровня мертвого объема (УМО), ниже которого эксплуатация водохранилища недопустима.

Рис. 2. Кривые объема и площадей водохранилища

Конструирование плотины

Ширина по гребню в назначается в зависимости от необходимых условий для проезда, а при отсутствии этих данных определяется в зависимости от высоты плотины.

При H_пл  10м в = 3 - 4 м;

При H_пл  10м в = 5 - 7 м.

Превышение гребня земляной плотины над НПУ определяется по формуле

h_гр = h_н + h + H + a , (9)

где h_н — высота наката ветровой волны на откос, м;

h — высота ветрового нагона волны, м (прилож.1);

H — допускаемый объем воды выше НПУ при паводке, м (прилж.1);

a — запас высоты плотины для плотин II класса принимается равным 0,7м, для III класса — 0,5м (прилож.1)

Максимальная высота наката волны на откосе земляной или каменно-набросной плотины определяется по формуле

, (10)

где k_ш — коэффициент, характеризующий тип покрытия откосов (табл.1);

m — тангенс угла заложения верхового откоса (прилож.4);

 — длина волны, м;

h — высота волны, отношение λ/h принимают от 1 до 1,5.

Для ориентировочного расчета h может быть применена формула

2h = 0,34 0,76  0,126 , (11)

где Z — длина разбега волны, км; (прилож.1).3

Заложение откосов земляной плотины ориентировочно можно принять в зависимости от высоты плотины (прилож.4 ).

При проектировании каменно-насыпных плотин уклоны откосов принимают: верхового – от 1:1,1 до 1:1,35, а низового – от 1:1,2 до 1:1,4. Слой сухой кладки под экран можно принимать толщиной в верхней части 1,5-2,0 м с постепенным утолщением в нижней части в 2-3 раза.

Для предохранения низового откоса земляной плотины от размыва дождевой водой на нем устраивают бермы через 7-10 м по высоте плотины.

Для предохранения верхового откоса от повреждения волной или льдом его укрепляют бетонными плитами толщиной 0,2-0,3 м.

Низовой откос, как правило, крепится дерном или посевом трав.

Для противофильтрационной защиты сухого откоса на низовой его части устраивают дренаж в виде упорной призмы.

ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ

Для построения депрессионной кривой земляной плотины с устройством дренажной призмы (рис.3) можно воспользоваться формулой

h₁ = 2l =,(12)

y² =2h₁ x.

Обозначения приведены на рис.3. Коэффициент e принимается равным 0,23 – 0,30. Размер а дренажной призмы равен 1,5 — 2 м.

Размер L определяется графически как расстояние от основания проекции отрезка eH на подошву плотины до откоса дренажной призмы.

Удельный фильтрационный расход определяется из выражения

, (13)

где k – коэффициент фильтрации, табл.1.

Таблица 1

Значения коэффициента фильтрации в зависимости от вида грунта

Вид грунта	Коэффициент фильтрации, k, м3/сут
Галечниковые	90 -900
Графитные	8,5 – 85
Пески мелкие	0,9 – 9,0
Пески крупные	8,5
Пески пылеватые	0,09 – 0,9
Супесь	0,009 – 0,09
Суглинок	0,0009 – 0,009
Глина	0,0009

Целью расчета является определение удельного фильтрационного расхода и построение кривой депрессии по вычисленным координатам X и Y.

Задаваясь значениями x, находим y и заносим полученные значения в табл.2.

Таблица 2

X, м
Y, м

По данным таблицы строится кривая депрессии (рис.3). Ось x направляем вдоль основания плотины. Ось y восстанавливается в конце отрезка L+l. При построении кривой верхняя ее часть корректируется так, чтобы конец кривой был перпендикулярен откосу в точке уреза воды (рис.3). Пунктиром обозначается не скорректированная часть кривой.

С целью упрощения расчетов допускается условно тело плотины выполнять из однородного грунта.

Рис. 3 Схема плотины и кривая депрессии:

1-дренаж; 2- тело плотины;3-кривая депрессии

РАСЧЕТ ВОДОСЛИВНОЙ ЧАСТИ ПЛОТИНЫ

Ширина водосливного отверстия плотины определяется по формуле

(14)

где m – коэффициент расхода, принимаемый равным 0,36 для водослива с широким порогом и 0,45 – 0,48 – для водослива практического профиля;

Q_сбр – максимальный сбросной расход, м³/с, (прилож.1);

H₀ – напор на водосливе, определяется по формуле

, (15)

где  – коэффициент Кариолиса, принимаемый равным 1,1;

₁ — напор на водосливе, м;

V₀ — скорость подхода, м/с.

Поскольку скорость подхода неизвестна, то ширину водосливного отверстия “в” определяют в два этапа.

Первый этап. Принимают H₀ = H₁ .Величину H₁ принимают обычно в пределах разности (НПУ - УМО). Коэффициент e , зависящий от величины отверстия плотины, принимают равным единице.

Тогда (16)

Для беспрепятственного пропуска льда ширину водосливного отверстия плотины разбивают на пролеты шириной порядка 15-20м.

Второй этап. Величину H₀ можно получить после определения V₀. Для этого определяют ширину B по формуле

b = b₁ + d (k - 1) , (17)

где d — ширина быка, принимаемая 2 м и более;

k — количество пролетов плотины.

Далее скорость прохода V₀ определяют по формуле

, (18)

где H_пор – высота порога плотины над дном подводящего канала, 1-2 м.

Зная V₀, определяем H₀.

После этого определяем коэффициент e по формуле

, (19)

Зная точные значения H₀ и e, определяем уточненное значение ширины водосливной части плотины — в.