2.2.2. Гідравлічний розрахунок баштового водоскиду

При гідравлічному розрахунку водоскиду необхідно визначити довжину водозливного фронту (периметр) башти, поперечні розміри або діаметр водопровідних труб, розміри водобійного колодязя (глибину d_к і довжину l_к ), довжину рисберми l_рис, розміри відвідного каналу.

Башта водоскиду

Довжина водозливного фронту визначається з залежності

(2.83)

де Q_max – максимальна розрахункова витрата, м³/с, т – коефіцієнт витрати (0,38…0,40), м, Н_ф – напір на порозі водозливу (↓ФПР-↓НПР). Після визначення довжини водозливного фронту l приймається форма окреслення башти в плані і визначаються основні планові розміри вибраної форми.

Водовідвідна труба

Підбір розміру і кількості відвідних труб здійснюємо наступним чином. Знаходимо загальну площу поперечного перерізу труб з формули

, (2.84)

де μ – коефіцієнт витрати (для попередніх розрахунків можна приймати 0,6), z_тр – різниця рівнів води усередині башти і нижньому б'єфі споруди (рис. 2.25). Відмітка рівня води в башті приймається нижче її верхньої кромки (відмітки НПР) на 0,3…0,4 м, щоб попередити перехід оголовка башти в режим затопленого водозливу.

Рис. 2.25. Схема до розрахунку відвідних труб водоскиду

Підбираємо діаметр труби, враховуючи, що він має бути меншим за глибину води в нижньому б’єфі. Стандартні діаметри труб (мм): 800, 1000, 1200, 1400, 1600.

Знаходимо площу поперечного перерізу однієї труби з формули

. (2.85)

Підбираємо кількість труб:

. (2.86)

Заокруглюємо отриманий результат в більшу сторону, маючи на увазі, що труб має бути не більше 4.

Водобійний колодязь

Перш ніж розрахувати водобійний колодязь, необхідно визначити ширину відвідного каналу по низу в_кан , прийнявши, що глибина води в ньому (h_кан ) буде такою ж, як і глибина води в річці Н₂ при пропусканні розрахункової витрати Q_max (по кривій Q=f(h)). Колодязь виконується у вигляді розтрубу, який розширюється в плані від ширини вихідного фронту труб до ширини відвідного каналу в_кан. Рисберма розташовується на початку відвідного каналу і виконується з розширенням або без нього (рис. 2.26, а, б).

а) б)

Рис. 2.26. Вихідна частина баштового водоскиду

Схема (рис. 2.26, а) застосовується в тому випадку, коли відвідний канал має значну ширину в_кан і довжина ділянки переходу при заданому куті розширення потоку θ˚ перевищує довжину водобійного колодязя в_к, в інших випадках приймається схема б. Спряження б'єфів при цьому проходить в умовах просторового розтікання потоку у водобійному колодязі [13]. В результаті розрахунку необхідно визначити значення спряжених глибин гідравлічного стрибка h₁ і , а потім співставивши глибину з глибиною h_кан, зробити висновок про необхідність влаштування водобійного колодязя глибиною d_к і довжиною l_к, а у випадку відсутності такої необхідності глибина колодязя приймається конструктивно, але не менше 0,5 м. Довжина колодязя l_к приймається як довжина ділянки переходу від до в_кан.

Для розрахунків необхідно скласти розрахункову схему, прийнявши центральний кут розширення потоку θ˚ (в межах 20…30˚) (при кутах розширення потоку більше 30˚ виникає інша форма спряження б'єфів - збійні течії, які тут не розглядаються).

Ширина вихідного фронту труб:

(2.87)

де d – діаметр, або внутрішня ширина труби, м, п – кількість труб, t – віддаль між окремими трубами, м, Δt – товщина стінки труби (Δt приймається 0,1…0,15 м).

Глибина води на виході з труби h₁ (або перша спряжена глибина) визначається для прямокутних труб h₁=а, де а – внутрішня висота труби, м, для круглих , де S – площа поперечного перерізу

Рис. 2.27.

труби, м². Визначається радіус r₁ , який відповідає спряженій глибині

(2.88)

де θ – кут розширення стінок колодязя в плані (в радіанах). θ=(π/180)θ˚ = θ˚/57,3 радіан.

Критична глибина h_кр і число Фруда Fr в початковому перерізі

(2.89) і (2.90)

Значення корективу кінетичної енергії α  1,0. Якщо h_кр h₁ , то потік знаходиться в бурхливому стані. Для визначення розмірів водобійного колодязя визначається довжина стрибка

, м (2.91)

де значення f = 10,3 -1)^0,81 . Це значення можна взяти з [9, с. 189] при відповідному значенні числа Fr .

Довжина водобійного колодязя l_к= 0,9l_стр , м (2.92). Радіус, який відповідає другій спряженій глибині визначається шляхом підбору із залежності

, (2.93)

де значення β = 0,9;

α – коректив кількості руху (α≈1);

r₂ – радіус, що відповідає другій спряженій глибині , він знаходиться за залежністю

r₂= r₁+l_стр. (2.94)

Задаючись значеннями будується графік залежності φ(h)=f( ) і графічно визначається .

Порівнюючи одержане значення із глибиною у відвідному каналі h_кан визначається глибина водобійного колодязя

d_k=1,1…1,15 ( - h_кан). (2.95)

Попередня довжина рисберми визначається із залежності

l_рис(1,5…2)l_к. (2.96)

Відвідний канал

Відвідний канал (рис. 2.28) спряжує кінцеву частину споруди і відвідне русло річки. Глибина води в каналі h_кан приймається такою, як і глибина води в річці Н₂ . Гідравлічний розрахунок каналу необхідно провести перед розрахунком водобійного колодязя, але матеріали розрахунків розташувати так, як і в методичних вказівках.

Для розрахунку ширини каналу по дну в_к можна скористатися залежністю:

в_к = (2.97)

Рис. 2.28.

Таблиця 2.13. Значення Vдоп і m
Грунти	Vдоп , м/с	m
Піски: дрібні середні крупні	0,5 0,6 0,75	2,5 2,0 1,5
Супісок	0,8	1,5
Суглинок	0,9	1,25

m – коефіцієнт закладання укосів каналу, V_доп - допустима швидкість руху води в каналі, м/с. Значення V_доп і m вибираються в залежності від ґрунтів в яких проектується канал. Для цього необхідно проаналізувати грунти основи і вибрати значення V_доп і m з таблиці 2.13. Якщо ширина каналу в_кан буде значна (в_кан10…15 м), то дно і укоси каналу необхідно закріпити бетоном (плити) і вибрати швидкість V_доп в межах 2…2,5 м/с.

Література до розділу 2

Підручники і навчальні посібники

1. Волков И.М., Кононенко П.Ф., Федичкин И.К. Гидротехнические сооружения. М.: колос, 1968.

2. Дмитрієв А.Ф. та інші. Гідротехнічні споруди. Рівне: РДТУ, 1999.

3. Кириенко И.И., Химерик Ю.А. Гидротехнические сооружения. Проектирование и расчёт. К.: Вища школа, 1987.

4. Розанов Н.П. и др. Гидротехнические сооружения. М.: Стройиздат, 1978.

5. Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Глухие плотины. М.: Высшая школа, 1975.

6. Розанов Н.П. и др. Гидротехнические сооружения. М.: Стройиздат, 1978.

7. Замарин Е.А., Фандеев В.В. Гидротехнические сооружения. М.: "Колос", 1965.

Довідкова література

8. Справочник по гидравлическим расчётам под. редакцией Большакова В.А. К.: "Вища школа", 1977.

9. Справочник по гидравлическим расчётам. Под ред. Киселёва П.Г. М.: Энергия, 1975.

Нормативна література

10. Руководство по определению нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения (волновых, ледовых, от судов) П 58-76, Л.: ВНИИГ, Энергия, 1977.

11. Строительные нормы и правила. Определение расчётных гидрологических характеристик. СниП 2.01.14-83. М.: 1984.

12. Строительные нормы и правила. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. СниП 2.06.01-86.М.:Госстрой СССР, 1989.

13. Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые, от судов) СниП 2.06.04-82. М.:Госстрой СССР, 1989.

14. Строительные нормы и правила. Плотины из грунтовых материалов. СниП 2.06.05-84. М.: Госстрой СССР, 1987.