3.3. Проектирование водосбросных сооружений

В данной работе рассматривается башенный водосброс, совмещенный с водоспуском (рис. 6), и быстроток, имеющие большое распространение в гидроузлах на небольших реках (рис. 7).

Рис. 5.12. Башенный водосброс, совмещенный с водоспуском:

1 – стенка и 2 – фундамент башни; 3 – отверстие и 4 – затвор водоспуска; 5 – паз ремонтного затвора; 6 – отводящий трубопровод;

7–водобойный колодец; 8 – подводящий и 9 – отводящий каналы; 10 – диафрагма; 11 – поверхность земли; 12 –решетка; 13 – мостик

Рис. 5.13. Трубчатый водосброс с ковшовым оголовком:

1 – плотина; 2 – верховой оголовок; 3 – трубопровод; 4 – выходной низовой оголовок;

5 – основание трубопровода; 6 – диафрагма; 7 – сваи

Рис. … Сифонный водосброс:

1 – одиночное мощение; 2 – плита крепления; 3 – раструб; 4 – опора; 5 − трубы; 6 – гравий по песчаной подготовке

Рис. 5.30. Башенный водосброс и часть плотины гидроузла Протяжка на р. Саровка в Нижегородской области

3.3.1. Гидравлический расчет башенного водосброса

Периметр башни в плане вычисляется по формуле водослива с тонкой стенкой [7]:

В_баш=, м, (36)

где Q_макс – максимальный расход, пропускаемый водосливом, м³/с; m – коэффициент расхода [8]; h = ФПУ – НПУ, м.

Далее рассчитывается площадь поперечного сечения отводящих труб:

, м² , (37)

где = 0,6…0,7 – коэффициент расхода;Н_ф = ФПУ–СВУВНБ; СВУВНБ – самый высокий уровень нижнего бьефа, который определяется по кривой расходов рис. 1 при Q_макс.

Для определения числа труб нужно задаться стандартным диаметром одной трубы d_тр≤2 м [5] и вычислить площадь сечения одной трубы . Тогда число труб будет

, (38)

Расчет гасителя энергии воды рассматривается ниже.

3.3.2. Гидравлический расчет быстротока

В данном водосбросе (рис. 7) выделяется входная часть (водослив), наклонная часть (водоскат) и выходная часть (гаситель энергии потока).

Ширину быстротока следует принять постоянной и определять по формуле водослива с широким порогом [8]:

, м, (40)

где m – коэффициент расхода [8]; h_b – напор на пороге водослива; h_b = 2…4 м для водослива с затворами, h_b = ФПУ–НПУ для водослива без затворов.

Глубина воды в конце водоската может быть вычислена по приближенной формуле:

, м, (41)

где n_b = 0,01…0,02 – шероховатость бетонной поверхности; i_b – уклон водоската.

Далее выполняется расчет гасителя энергии воды (см. ниже).

Рис. 7. Быстроток

Рис. 5.1. Схемы русловых гидроузлов:

1 – здание ГЭС; 2 – водосброс; 3 – русловая плотина; 4 – пойменная плотина; 5 – струенаправляющая дамба; 6 – подводящий и 7 – отводящий каналы; 8 – склон долины реки; 9 – русло реки; 10 – направление течения; 11 – засыпка русла; 12 – пойма, используемая для пропуска максимальных расходов

5.3. Расчет гасителя энергии потока воды

Избыточная кинетическая энергия потока воды за водосбросами должна быть уменьшена до пределов, при которых невозможно размывание грунтов основания. Это осуществляется с помощью специального элемента водосброса – гасителя, одним из которых является водобойный колодец.

Его длина может быть определена по формуле [8]:

, м, (42)

где – площадь живого сечения потока при входе в гаситель; в случае башенного водосброса; для быстротока, гдеВ – ширина гасителя (рис. 6 и 7).

Глубина водобойного колодца вычисляется по уравнению:

, м, (43)

где h_нб = СВУВНБ – ДНО.

Если определенная по формуле (43) d_кр<0, то она принимается равной нулю. В пределах водобойного колодца дно и борта отводящего канала укрепляются неразмываемым материалов – бетоном, каменной наброской.