Водосбросного сооружения

Для сброса паводковых вод из пруда в составе гидроузла проектируем водосбросное сооружение типа открытого берегового водосброса автоматического действия.
В состав водосброса входят: траншейный вход, подводящий канал, сопрягающее сооружение с водобойным колодцем и отводящий канал.
Расход водосброса (паводковый расход )- 63,6 м³ /с
Траншея проходит в скальных грунтах, имеет прямоугольное поперечное сечение, переменную (от 8 до 20 м) ширину, переменный уклон. Боковые стенки траншеи облицованы бетоном.
Подводящий канал проходит в земляном русле, имеет трапецеидальное поперечное сечение. Ширина канала по дну 20 м; глубина воды в канале 1,96 м, заложение откосов 1:1,5; уклон дна 0,00061. Сопрягающее сооружение запроектировано в виде быстротока (уклон дна быстротока 0.0838). Быстроток имеет прямоугольное сечение, постоянную ширину по дну - 12м. Вход в быстроток представляет собой незатопленный водослив с широким порогом. Скорость движения воды в конце быстротока 10,71 м/с не превышает допустимую на размыв.
Для гашения избыточной энергии потока заканчиваем быстроток водобойным колодцем глубиной 1,7 м и длиной 12,4м. Боковые стенки быстротока выполнены из железобетонных блоков Рб-150-23-600. Дно монолитное с подливкой цементным раствором ЦРМ-25 толщиной 2 см. Под дном быстротока устроен поперечный дренаж из песчано-щебенистой подсыпки с отводом воды в коллектор. На коллекторе устроены смотровые колодцы из колец К7-5.

5.2 Гидравлический расчёт водосбросного сооружения

Гидравлический расчет траншеи:

Расход Q=63,6 м³ /с

Напор Н=↓ФПУ-↓НПУ=13,5-12,5=1 м Отметка порога водослива ↓НПУ=12,5 м Траншея прямоугольного поперечного сечения. Ширина траншеи в торце — 8м Ширина траншеи на границе с каналом - 20 м Траншея в бетонной облицовке Коэффициент шероховатости п=0,014 Коэффициент расхода m=0,36 Максимальная скорость в траншее Vmах=1,6 м/с

1. Вход в траншею представляет собой незатопленный водослив с широким порогом. Пропускная способность его определяется по формуле:

Q=m·L ·H^3/2 м³/с (5.1)

где: L - длина водосливного порога, которую надо найти

L= =39,88 м
Принимаем длину порога водослива L=40 м. [л.8]

2. Разбиваем траншею на 8 участков длиной по 5 м. Получим 9 створов.

Для каждого створа надо подсчитать расходы Q, скорости движения воды, ширину траншеи, глубину наполнения, уклон, потери напора, отметку уровня воды в каждом створе, отметку дна траншеи.

Расстояние от торца траншеи до соответствующих створов обозначим через X.

Расчётная схема водосбросной траншеи.

Рис.5.1.
А - водосливной порог,
Б - торцевая часть водосбросной траншеи,
В - водосбросная траншея.

Расход, проходящий через соответствующий створ, определяем по формуле:

Q_х=mх ·H^3/2 м³/с

Скорость движения воды в створах 9....6 принимаем 1,6 м/с
В створах 5....4 — 1,5 м/с
В створах 3....1 м/с
Ширина траншеи - линейно изменяющаяся от 8 до 20 метров. Среднюю глубину воды в каждом створе определяем по формуле

h= ,м(5.2)

где: V- скорость течения в створе, м/с
b - ширина траншеи в створе, м;

Площадь поперечного сечения траншеи:
=b·h=20,0·1,96=3,92 м² (5.3)

Смоченный периметр:
(5.4)

Гидравлический радиус:
R= = (5.5)

По гидравлическому радиусу и коэффициенту шероховатости по табли­цам определяем коэффициент Шези С. [л.8].

Таблица 5.1. Определение величин при расчете водосбросной траншеи.

Отметки уровней воды в траншее.
Начальная отметка уровня воды в траншее:
↓порога+П1=12,5-0,14=12,64, м (5.8)
Во втором створе 12,64 –h_w(1.₂₎= 12,64-0,0133=12,6267 м
В третьем створе 12,6267-0,036=12,6231 м
В четвертом створе 12,6231-0,0022=12,6211 м
В пятом створе 12,6211-0,002=12,6191 м
В шестом створе 12,6191-0,0018=12,6173 м
В седьмом створе 12,6173-0,0017=12,6156 м
В восьмом створе 12,6156-0,0015=12,6006 м В девятом створе 12,6006-0,00135=12,5993 м
Отметки дна траншеи:
Первый створ - 12,5м
Второй створ 12,6267-п=12,6267-0,6=12,0267~12,03 м
Третий створ 12,6231-1,03=11,59 м
Четвертый створ 12,6211 -1,27= 11,3 511 = 11,3 5 м
Пятый створ 12,6191-1,51=11,10091=11,11 м
Шестой створ 12,6173-1,6=11,0173=11,02 м
Седьмой створ 12,6156-1,75=10,8656=10,87 м
Восьмой створ 12,6006-1,88=10,7206=10,72 м
Девятый створ 12,5993-1,96=10,6393=10,64 м [л.5]

Расчет канала:
Q= 63,6 м³/с
h= 1,96 м
m= 1,5
n= 0,025
b=20м

Площадь живого сечения:
𝟂=(b+mh)h=(20+1,5·1,96)·1,96=44,96 м² (5.9)
Смоченный периметр:
=b=2h (5.10)
Гидравлический радиус:
R=
Коэффициент Шези: С=44,46[л.8]
Скорость движения воды:
V=
Уклон:
i=

Расчет быстротока.

Быстроток прямоугольного сечения с постоянной шириной. Глубина воды в канале с учетом скорости подхода:

H₀=1,96+ (5,12)

Глубина воды в отводящем канале 1,96м. Коэффициент шероховатости n=0,014. Уклон быстротока i=0,0838. Определяем ширину входной части бы­стротока. Вход представляет собой незатопленный водослив с широким поро­гом, пропускная способность которого определяется по формуле:
Q=m·b (5.13)
где:
m - коэффициент расхода m=0,38
b- ширина порога, которую надо найти, м;
Н₀ - напор с учетом скорости подхода, м;

b=

Принимаем b=12 м [л.3]

q= ³/с/м (5.14)

Определяем критическую глубину:

h_кр=h₁= (5.15)

Определяем расходную характеристику:

K= = =220 м³/с (5.16)

где i - уклон быстротока.

Определяем нормальную глубину на быстротоке методом подбора. Ре­зультаты расчетов сводим в таблицу 5.2.

Таблица 5.5. Определение нормальной глубины в лотке быстротока.

h,м	b,м	М2	X=b+2 h,м	R м		I		n	C	C м/с	К =
1,42		17,04	14,84	1,148	1,07	0,0838	0,289	0,014	72,9	22,54
0,5				0,46	0,68	0,0838	0,289	0,014	66,54	13,08	271,48
0,45		5,4	12,9	0,419	0,647	0,0838	0,289	0,014	62,4	11,67
0,46		5,52	12,92	0,427	0,654	0,0838	0,289	0,014	62,5	11,81

Из таблицы видно, что при h=0,45 м полученная расходная характеристика К=218 м³ /с почти совпадает с расчетной К=220 м³ /с. Поэтому принимаем пн=0,45 м. Скорость в быстротоке V=11,67 м/с, что меньше допускаемой [V]=15 м/с
Определяем коэффициент, учитывающий изменение живой силы вдоль потока

I_cp= (5,17)

где:

Сср - среднее значение коэффициента Шези

C_cp=

i_b- уклон быстротока ; i_Ь=0,0838

b_ср- ширина лотка быстротока b_ср=Ь= 12 м;

Х_ср - среднее значение смоченного периметра, м

Определяем гидравлические показатели русла:

(5.18)

Определяем относительные глубины и значения функции Бахметьева:
(5.19)

h₂= (5.20)

Уравнение кривой свободной поверхности воды в быстротоке:

(5.21)

где L- длина быстротока равная 96 м.

Подставляем данные величины в уравнение свободной поверхности и решая его методом подбора находим т|₂ и ф(п₂)

= - 3,156 - (1 - 37_;2)[ - 0,047]

17,8773+3,156+1,7014= +36,2- ( )

22,7347= +36,2 )

При [Л.8]
Левая часть управления равна правой

=1,1·0,45=0,495 м

Определяем сопряженную глубину с глубиной :

(5.22)

Так как =1,96 м 3,32>1,96 , то прыжок будет отогнанный, для затопления прыжка необходим водобойный колодец. Принимаем глубину водобойного колодца d=1,5 м
Определяем сжатую глубину на дне колодца методом подбора по уравнению:
q= (5.23)

где - коэффициент скорости, принимаем его равным 0,96;
скоростной напор в сечении с глубиной п₂;
Скорость в конце быстротока:

V= м/с (5.24) 5,3=0,96-h_сж

При h_cж=0,46м уравнение обращается в тождество.

Определяем сопряженную глубину с глубиной h_сж=0,46 м…

h^'₂=

h^’₂=3,48м =1,96 + 1,5 = 3,46 м - прыжок не затоплен Принимаем глубину колодца d=1,7м;
Определяем сжатую глубину:

5,3=0,96h_сж

При hсж=0,455 м уравнение превращается в тождество. Определяем сопряженную глубину:

h^’₂=
h^’₂=3,5м =1,96 +1,7=3,66 м – прыжок затоплен

Определяем длину прыжка
l_пр=2,5(1,9h^’₂- = 2,5(1,9·3,5-1,455)=15,49м (5.25)

Определяем длину колодца:
L_кол= =0,8 15,49=12,4м (5.26)

где:
- коэффициент равный 0,8 [л.5]

6. ВОДОВЫПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ.