3.2 Быстротоки

Быстротоки – это наиболее простые сопрягающие сооружения. Это тот же канал, но с уклоном больше критического. В них поток воды движется с большими скоростями из верхнего канала в нижний, по лотку, без отделения воды от лотка.

Размеры быстротока и уклон водоската определяются гидравлическим расчетом. Быстроток состоит следующих основных элементов: входа, водоската, выхода.

Уклон быстротока -

, где

V_доп – допустимая скорость для материала сооружения, м/с

с – коэффициент Шези, м^0,5/с

R – гидравлический радиус сечения лотка, м.

Быстротоки – это сооружения из бетона и железобетона.

Входная и выходная части быстротока представляют собой открытый регулятор. При допускаемой скорости V_доп = 8-10 м/с, уклон быстротока может изменяться от i_б = 0,03 – 0,08. В нижней части лотка быстротока устраивают искусственную шероховатость в виде ребер жесткости, пирсов, шашек, для уменьшения скорости потока на выходе и увеличение аэрации потока.

Рисунок 39 – Бетонный быстроток

Гидравлический расчет быстротока.

1. Расчет входа – определяется ширина «b» сооружения из формулы расхода водослива с широким порогом.

– полный напор на входе с учетом скорости подхода, м

m – коэффициент расхода, m = 0,35 – 0,38

b – ширина водослива, м

2. Расчет водоската состоит в определении глубины воды в лотке, длины КСП при неравномерном движении, когда поток находится в бурном состоянии i > 0; i > i кр

3. Расчет выходной части состоит в определении местоположения гидравлического прыжка, размеров гасителя энергии для гидравлического прыжка.

Искусственная шероховатость на быстротоке бывает различной формы, размеров и конструкции.

На рисунке приведены четыре типа данной шероховатости проф. Е. А. Замарина

Рисунок 40 – Искусственная шероховатость на быстротоке

3.3 Перепады

Перепады применяют на местности, если рельеф не допускает устройства быстротока, т.е. когда уклоны местности сравнительно велики. В зависимости от высоты падение местности проектируют одноступенчатые или многоступенчатые перепады. Перепады устраивают из бетона, кирпича, и сборные железобетонные.

Основные элементы сооружения – вход, стенки падения и ступени, выход.

Гашение энергии на перепаде происходит на каждой ступени, для этого ступень делают наклонной в сторону ВБ или на ступени ставят небольшие стенки – гасители.

Рисунок 41 – Многоступенчатый перепад с наклонными ступенями

Гашение энергии потока на выходе перепада добиваются устройством гидравлических гасителей: водобойной стенки, водобойного колодца. Их расчёт состоит в определении размера – высоты водобойной стенки и глубины водобойного колодца. Длина гасителя рассчитывается по длине гидравлического прыжка.

Рисунок 42 – Многоступенчатый перепад колодезного типа

Гидравлический расчет перепада состоит в определении ширины входа, а так же ширину ступени перепада. Для этого используют формулу расхода водослива

где Н₀ – полный напор на входе с учетом скорости подхода

m = 0,35 – 0,38 - коэффициент расхода, для водослива с широким порогом

b – ширина входа, м

N – количество ступеней перепада

z – разность уровней в ВБ и НБ, м

Для перехвата и отвода фильтрационного потока, возникшего в следствие большого перепада уровней, в водосбросах-перепадах устраивают застенный дренаж. При выборе трассы водосброса-перепада необходимо стремиться к тому, чтобы высота длина ступеней были ограничены минимальными объёмами земляных выемок. При высоте стенки падения от 2 до 2,5 м, толщину днища водобойных колодцев принимают соответственно от 0,5 до 0,7 м. Устойчивость стенок перепада рассчитывают так же, как и подпорных стенок с учётом их нагрузки.

Гашение энергии воды происходит на каждой ступеньке перепада. Поэтому ее длина должна быть достаточной для размещения затопленного гидравлического прыжка с учётом длины струи, упавшей с вышележащей ступеньки.