1. Определение отметки гребня плотины и его конструкции

Гребень плотины, как правило, используется для проезда автотранспорта. Ширина его в этом случае определяется категорией дороги. В нашем случае категория дороги – 4, тогда ширина гребня – 10 м.

Дороге проходящей по гребню плотины, придаем двухсторонний поперечный уклон, проезжей части 20 ‰, обочинам – 40 ‰ и по краям дороги устанавливаем низкие оградительные стенки на расстоянии 0,5 м от бровки гребня плотины.

Превышение отметки гребня плотины над уровнем воды в водохранилище определяется по расчетной формуле:

(2.2)

где: Δh_set – высота ветрового нагона волны на откос,

h_{run 1%} – высота наката волны на откос,

a – конструктивный запас по высоте плотины (a = 0,5 м.).

Расчет выполняем для двух расчетных случаев:

а) уровень воды в водохранилище находится в отметке НПУ

б) уровень воды в водохранилище находится в отметке ФПУ

Для двух расчетных случаев определяем высоту наката и нагона волны, окончательную отметку гребня плотины выбираем максимальную из двух случаев.

(2.3)

а). Уровень воды в водохранилище находится в отметке НПУ

Высоту нагона волны определяем по формуле:

(2.4)

где: K_W – коэффициент принимаемый в зависимости от скорости ветра (принимаем равным 2,1 10^-6 м.),

V² – расчетная скорость ветра (по условию 12 м/с),

L – длина разгона волны (по условию 3000 м.),

g – ускорение свободного падения (9,81 м/с²),

H₁ – глубина воды в верхнем бьефе (7,5 м.),

β – угол направления господствующих ветров (по условию 30^о)

Решая квадратное уравнение, находим, что Δh_set = 0,0106 м.

Высоту наката волны определяем по формуле:

(2.5)

где: K_p, K_r – коэффициенты шероховатости и проницаемости,определяемые по таблице 4 [1] равные 0.9 и 1 соответственно(K_p=0,9; K_r=1)

K_sp – коэффициент, зависящий от пологости верхового откоса и скорости ветра, определяемый по таблице 5 [1] равный 1,18

K_run – коэффициент, зависящий от параметров волны, определяемый по рисунку 3 [1] равный 1,42

Для определения коэффициента h_1% и высоты волны h определяем безразмерные коэффициенты и по формулам:

и (2.6)

где: t – продолжительность действия ветра равное 6 ч. или 21600 с.

и 17658

По огибающей кривой рисунок 4 [1] находим значения коэффициентов ε и η:

при 204,38 ε₁ = 2,00 η₁ = 0,027;

при 17658 ε₂ = 4,40; η₂ = 0,095;

По наименьшим значениям ε и η определяем:

период волны:

с. (2.7)

высоту волны:

м. (2.8)

длину волны:

м. (2.9)

Для определения h_1% проверяем наличие мелководной или глубоководной зоны, если Н₁ < 0,5λ ,то зона мелководная, если Н₁ > 0,5λ ,то зона глубоководная (7 > 0,59,38). Имеем глубоководную зону. Тогда h_1% определится по формуле:

(2.10)

где: K_i – коэффициент определяемый по рисунку 6 [1] равный 2,08

м.

Зная все значения коэффициентов, найдем h_run1%:

м.

Вычислив значения нагона и наката волны, определяем значение hs:

м.

б). Уровень воды в водохранилище находится в отметке ФПУ

Высоту нагона волны определяем по формуле:

где: K_W – коэффициент принимаемый в зависимости от скорости ветра (принимаем равным 2,1 10^-6 м.),

V² – расчетная скорость ветра (по условию 9 м/с),

L – длинна разгона волны (по условию 3000 м.),

g – ускорение свободного падения (9,81 м/с²),

H – глубина воды в верхнем бьефе (7,5 м.),

β – угол направления господствующих ветров (по условию 30^о)

Решая квадратное уравнение, находим, что Δh_set = 0,0055 м.

Высоту наката волны определяем по формуле:

где: K_r, K_p – коэффициенты проницаемости и шероховатости верхового откоса, определяемые по таблице 4 [1] равные 1 и 0,9 соответственно,

K_sp – коэффициент, зависящий от пологости верхового откоса и скорости ветра, определяемый по таблице 5 [1] равный 0,99

K_run – коэффициент, зависящий от параметров волны, определяемый по рисунку 3 [1] равный 1,6

Для определения коэффициента h_1% и высоты волны h определяем безразмерные коэффициенты и по формулам:

и

где: t – продолжительность действия ветра равное 6 ч. или 21600 с.

363,30 и 23544

По огибающей кривой рисунок 4 [1] находим значения коэффициентов ε и η:

при 363,38 ε₁ = 2,42; η₁ = 0,032;

при 23544 ε₂ = 5,8; η₂ = 0,11;

По наименьшим значениям ε и η определяем период волны:

с.

высоту волны:

м.

длину волны:

м.

Для определения h_1% проверяем наличие мелководной или глубоководной зоны, если Н₁ < 0,5λ то зона мелководная, если Н₁ > 0,5λ то зона глубоководная (7,5 >0,57,7). Имеем глубоководную зону. Тогда h_1% определится по формуле:

где: K_i – коэффициент определяемый по рисунку 6 [1] равный 2,09

м.

Зная все значения коэффициентов, найдем h_run1%:

м.

Вычислив значения нагона и наката волны, определяем значение hs:

м.

Определим отметку гребня плотины для двух случаев:

м.

м.

Из двух отметок принимаем наибольшую:м.