4. Водоспуски и водовыпуски

4.1. Типы водоспусков и водовыпусков

Водоспуски и водовыпуски, используемые для опорожнения водохранилища и подачи санитарного расхода в нижний бьеф, различают двух видов: совмещенные с водосбросами (рис . 2.11) или отдельно стоящие трубчатые донные водоспуски с задвижками (рис. 2.15).

Первые имеют меньшую стоимость, но последние предпочтительнее по условиям зимней эксплуатации. Разновидностью трубчатых водоспусков являются сифонные водоспуски (рис. 2.16), зарядка которых осуществляется заливкой воды или откачкой воздуха вакуум-насосом.

4.2. Конструкции водоспусков и водовыпусков

Конструкция совмещенного с водосбросом водоспуска показана на рис. … Водоспуск представляет собой отверстие в стенке башни водосброса. Отвер­стие перекрывается затвором. Для опорожнения водохранилища затвор подни­мают с помощью специального механизма. При этом отверстие освобождается и пропускает воду из водохранилища.

Отдельно расположенный водоспуск представлен на рис. … Он состоит из труб (или нескольких труб), перекрытых задвижками. Для пропуска воды производят открытие задвижек путем поворота их рукояток.

4.3. Проектирование водоспусков и водовыпусков

Рассматривается водоспуск, совмещенный с водосбросом (рис….).

Площадь отверстия водоспуска может быть принята как:

, м², (39)

где Н_м=УМО–СНУВНБ.

Для пропуска санитарных расходов и опорожнения водохранилища наиболее целесообразно применение трубчатого водоспуска (рис. 8). Площадь живого сечения и число труб водоспуска можно определить по формулам (39) и (38) при диаметре одной трубы d_сп≤0,3 м. Конструирование водоспуска показано на рис. 8.

Форма этого отверстия может быть квадратной или прямоугольной. Уточнение площади отверстия водоспуска производится по времени опорожнения водохранилища, которое в данной работе не определяется.

Расчет отдельно расположенного водоспуска аналогичен предыдущему водоспуску.

Для пропуска санитарных расходов и опорожнения водохранилища наиболее целесообразно применение трубчатого водоспуска (рис. 8). Площадь живого сечения отверстия труб можно определить по формуле (39):

Число труб водоспуска при диаметре одной трубы d_сп≤0,3 м рассчитывается по зависимости:

,

где ω₁ – площадь сечения одной трубы при d_сп.

Конструирование водоспуска показано на рис. 8.

Рис. 2.15. Схема донного трубчатого водоспуска:

1 – тело плотины; 2 – входной оголовок водоспуска; 3 – стальной трубопровод; 4 – стальная противофильтрационная диафрагма; 5 – железобетонный колодец; 6 – люк; 7 – задвижки; 8 – гаситель энергии воды; УОП – уровень опорожнения водохранилища

5. Водохранилища

5.1. Основные параметры водохранилищ

Естественные емкости в долинах рек или временных водотоков, перегороженных плотинами, используемые для аккумулирования воды, принято называть водохранилищами. Основные параметры водохранилищ можно разделить на три группы (рис. 5.1).

К первой группе относятся уровни воды водохранилищ, называемые уровнями верхнего бьефа (УВБ). Из них выделяются характерные уровни:

− нормальный подпорный уровень (НПУ), являющийся максимальным УВБ при нормальных условиях эксплуатации;

− уровень мертвого объема (УМО), являющийся минимальным УВБ при нормальных условиях эксплуатации;

− форсированный подпорный уровень (ФПУ), являющийся максимальным УВБ при особых условиях эксплуатации, обычно соответствующих пропуску максимальных расходов половодий и паводков; возможны водохранилища, в которых ФПУ=НПУ, т.е. форсировка УВБ не предусматривается; могут быть водохранилища, где УМО=НПУ, т.е. сработка в нормальных условиях эксплуатации не предполагается, это обычно характерно для водохранилищ небольшого объема;

− уровень максимальной сработки (опорожнения) водохранилища, представляющий минимальный УВБ для понижения уровня воды в целях ремонта гидросооружений, удаления наносов, отлова рыбы или для других целей.

Вторая группа параметров представляет собой объемы воды водохранилища, из которых выделяют характерные:

− полезный объем V_плз, заключенный между НПУ и УМО и являющейся емкостью для регулирования речного стока; при УМО=НПУ по полезный объем равен нулю, и регулирование речного стока не осуществляется;

−

полный объем V_n, представляющий собой сумму полезного и мертвого объемов;

Рис. 5.6. Основные параметры речного водохранилища

− мертвый объем V_М, расположенный между УМО и дном долины реки, в обычных условиях эксплуатации не срабатываемый, предназначенный для создания необходимой глубины, аккумулирования наносов, обеспечения нужного качества воды и для других целей;

− форсированный объем V_ФС, заключенный между ФПУ и НПУ и предназначенный для регулирования максимального стока при пропуске половодий и паводков.

Третья группа параметров − площади водной поверхности:

− площадь водной поверхности при НПУ – F_НПУ;

− площадь водной поверхности при УМО – F_УМО;

− площадь водной поверхности при ФПУ – F_ФПУ.

Эти площади характеризуют и площади затопления территории. Так, площадь постоянного затопления − это площадь водной поверхности при УМО за вычетом площади водной поверхности реки; площадь долговременного затопления − это площадь при НПУ минус площадь водной поверхности при УМО; площадь кратковременного затопления соответствует площади ФПУ за вычетом площади водной поверхности при НПУ; к третьей группе параметров относят также площадь мелководья (литорали), характеризующую прибрежную зону водохранилища с глубиной воды до 2 м.

Кроме названных параметров, можно отметить также длину распространения подпора − статическую L_СТ и динамическую L_ДИН. Первая соответствует условиям, когда скорость потока воды в водохранилище равна нулю и УВБ по длине его горизонтален (эти условия достаточно редки); вторая соответствует обычным условиям, т. е. движению потока воды в водохранилище, когда уклон водной поверхности уменьшается вниз по течению; в этих условиях горизонтальность УВБ возможна вблизи створа плотины.

Поскольку параметры разных водохранилищ существенно отличаются, водохранилища принято классифицировать.

В классификации водохранилищ чаще всего используют их объем и площадь. Такая классификация представлена в табл. 5.2. [Водохранилища, 1987].

Таблица 5.2.

Классификация водохранилищ по объему и площади

Категория	Полный объем, км3	Площадь зеркала при НПУ, км2
Крупнейшие	Более 50	Более 5000
Очень крупные	50…10	5000…500
Крупные	10…1	500…100
Средние	1…0,1	100…20
Небольшие	0,1…0,01	20…2
Малые	Менее 0,01	Менее 2

Водохранилища с полным объемом менее 1 млн. м³ (0,001 км³) часто называют прудами.