Определение ширины водосливного фронта плотины

Под ширинойB_фрводосливного фронтапонимают суммарную ширину всех водосбросных отверстий, включая толщину быков и устоев, устроенных в плотине:

,

где — ширина водосбросного отверстия в свету;

— толщина разделительного бычка.

Рис. 3.5. Вид плотины со стороны нижнего бьефа: 1 — глухая часть плотины; 2 — устой; 3 — затвор; 4 — бык; 5 — водосбросная часть плотины

Сжатую ширину водосливного фронта можно определить с помощью зависимости:

,

где — расход воды, проходящий только через водосбросные сооружения гидроузла в период пропуска расхода воды основного расчетного случая при НПУ или пропуска воды поверочного расчетного случая при ФПУ, который определяется:

,

где — основной и поверочный расходы воды заданной обеспеченности (в зависимости от класса сооружения, см. СНиП 33-01-2003) при уровня НПУ и ФПУ, соответственно;

— расход воды, проходящий через водовыпуски и водоспуски гидроузла;— расход воды, пропускаемой все турбины ГЭС;

— расход воды через прочие сооружения гидроузла (водозаборы, судоходные шлюзы, фильтрационный расход и др.)

— удельный расход, т. е. расход, приходящийся на 1 м длины водосливного фронта при полностью открытых затворах при установленном ФПУ.

Указанная величина удельного расхода изменяется в довольно широких пределах. При определении ширины водосливного фронта именно она является определяющей, ведь при ее уменьшении поток становится более спокойным, однако при этом увеличивается ширина водосливного фронта, а при увеличении — скорости потока возрастают вместе с расходами на обустройство нижнего бьефа.

В первом приближении задаются значениями на основании данных практики:

• при скальном основании — от 50 ÷ 70 до 90 ÷ 120 м²/с;

• при нескальном основании — от 10 до 30 м²/с (иногда до 60 ÷ 70 м²/с).

Полную ширину водосливного фронта плотины необходимо определять с учетом пропускной способности водопропускных отверстий водосливной плотины с учетом сжатия:

,

где — коэффициент, учитывающий сжатие потока между разделительными бычками;

— коэффициент подтопления;

— коэффициент расхода;

— напор на гребне водослива с учетом скорости подхода потока воды.

Сопряжение бьефов плотин. Виды режимов сопряжений: донный, с отбросом струи, поверхностный, свободно падающей струи

Водный поток, движущийся из верхнего бьефа в нижний, приобретает значительную скорость, а вместе с ней и избыточную энергию, которая значительно воздействует на дно в нижнем бьефе сооружения. Условия работы конструкций крепления и необходимость их устройства зависят в значительной мере от режима сопряжения с нижним бьефом сбросного потока.

Различают следующие гидравлические режимы в нижнем бьефе плотины.

1. Донный(рис. 3.6,а), когда струя, опускаясь с плотины, непосредственно за плотиной движется по дну, постепенно плавно расширяясь кверху, причем образуется вихревой валец, который может затапливать сжатое сечение струи (затопленный прыжок) или быть на некотором отдалении от него (отогнанный прыжок).

а
б
в	г	д

Рис. 3.6. Режимы сопряжения бьефов: а — донный; б — отброшенной струи; в, г — поверхностный; г — свободно падающей струи

2. Режим с отбросом струи(рис. 3.6,б), представляющий собой струю сходящую с носка водослива, с трамплина или из отверстия. В месте падения струи образуется воронка. При отбросе струи на значительное расстояние может наблюдаться распад струи в воздухе. Такое сопряжение используется при скальных основаниях у плотин высотой более 40 м.

3. Поверхностный режим(рис. 3.6,в) сопряжения образуется при сходе струи с носка или уступа при уровне нижнего бьефа выше уступа. При определенных условиях непосредственно на уступе может наблюдаться погруженная струя, которая плавно растекается к поверхности воды.

4. Режим свободно падающей струи(рис. 3.6,г), когда струя падает в нижний бьеф с высоко расположенного водослива и соударяется со свободной поверхностью воды под углом близким к 90 ° к горизонту. В толще потока вода растекается образуя два основных вальца по разные стороны от струи.