2929
.pdfдохранилище не может иметь объем меньше нуля, то в подобных случаях значение V1,2 принимается равным мертвому объему. В рассматриваемом примере на начало мая имеем: V1 = Vмо = 50 млн м3. Вообще в любом расчетном месяце всегда должно соблюдаться условие V1,2 ≥ Vмо.
В месяцы с избытками стока может возникнуть необходимость в сбросе этих избытков или их части в нижний бьеф. Значения сбросов R рассчитываются исходя из уравнения водного
баланса водохранилища в расчетном месяце: |
|
|
V1 + q V2 – R = 0. |
(2.10) |
|
Если в каком-либо месяце (V1 + |
q) > V2, то значение R = |
|
= (V1 + q) V2 > 0. При (V1 + q) = V2 |
значение R = 0. В частно- |
сти, в мае получим R = 50 + 1 067 – 328 = 789 млн м3. Значения R заносятся в графу 6 табл. 2.3.
В остальные месяцы сбросов не будет.
Правильность выполненных расчетов проверяется составлением уравнения водного баланса водохранилища за год в целом:
12 |
12 |
12 |
W |
W |
R 0. |
95% |
П |
|
1 |
1 |
1 |
(2.11)
В рассматриваемом примере имеем
3 945 – 3 156 – 789 = 0.
В результате анализа полученных значений V1, V2 (графа 5 табл. 2.3) находится наибольшее значение, которое и соответствует полному объему воды в водохранилище Vпол. Полезный объем ра-
вен: Vпо = Vпол Vмо. В рассмотренном примере Vпол = 792 млн м3,
Vпо = 742 млн м3.
Пo значению Vпол по батиграфическим характеристикам (кривая объемов) находится отметка нормального подпорного уровня (НПУ) водохранилища сезонного регулирования стока.
21
Тема 3. Определение основных параметров водосбросных сооружений и грунтовой плотины водохранилищного гидроузла
Воснове определения параметров водосбросных сооружений
игрунтовой плотины лежат результаты гидрологических и водохозяйственных расчетов.
Упражнение № 1. Расчет трансформации максимальных расходов весеннего половодья и параметров водосбросных сооружений
Цель работы: приобретение навыков расчета трансформации максимальных расходов половодья и закрепление знаний о влиянии водохранилища на расходы и уровни воды в нижнем бьефе, а также определение размеров водосливных сооружений.
Исходные данные: максимальный расход (см. прил. Е) и гидрограф весеннего половодья для чрезвычайных условий эксплуатации, батиграфические характеристики водохранилища (см. прил. Ж).
Требуется: определить величину сбросного расхода при пропуске максимального расхода весеннего половодья расчетной обеспеченности и параметры водосброса (поперечный профиль).
Порядок выполнения.
Расчет трансформации половодья выполняется для чрезвычайного случая эксплуатации. Предполагается, что к началу половодья водохранилище сезонного регулирования наполнено до НПУ и в процессе пропуска половодья возможна форсировка уровня воды в водохранилище.
1. Задается допустимая отметка форсированного подпорного уровня (ФПУ) на 1,0...1,5 м выше НПУ, которой соответствует пропуск максимального расхода половодья в чрезвычайных условиях эксплуатации.
В качестве головного водосбросного сооружения принимается водосливная плотина с затворами, работающая как незатопленный водослив практического профиля. Пропускная способность водослива Qmax, м3/с, в общем случае определяется по формуле
Q mB 2g H 3 / 2 |
, |
(3.1) |
max |
|
|
22
где m – коэффициент расхода, значение которого на предварительной стадии расчетов можно принять m = 0,48; B – ширина сливного фронта, м; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; H – напор на гребне водослива, м.
2. При пропуске максимального расхода Qmaxp% допускается форсировка уровня воды в водохранилище, поэтому возможна некоторая срезка пика половодья и значение Qmax в формуле (3.1) можно принять равным (0,85–0,90) Qmaxp%.
ФПУ
|
Q |
|
Н |
max p% |
ГВ |
|
Q max Водослив
Рис. 3.1. Схема к расчету водослива
3. Ширина сливного фронта B, м, рассчитывается с учетом величины удельного сбросного расхода по зависимости
B = Qmax /q0, (3.2)
в которой q0 удельный сбросной расход, м3/с на 1 м погонной длины, принимаемый по табл. 3.1.
Таблица 3.1
Значения удельных сбросных расходов q0, м3/с на 1 м погонной длины
Вариант |
Удельный расход q0 |
1, 2, 3, 7, 8, 18 |
40 50 |
|
|
6, 13, 15, 19 |
30 40 |
|
|
4, 5, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 17, 20 |
25 30 |
Рассчитанная по формуле (3.2) ширина сливного фронта B округляется до ближайшего целого значения, кратного 1,0 или 2,0 м. Общая ширина сливного фронта B разбивается на несколько пролетов стандартной ширины bст (табл. 3.2).
23
Таблица 3.2
Размеры прямоугольных отверстий водопропускных сооружений, перекрываемых затворами (СНиП 2.06.01–86)
Ширина (пролет) |
Размер, мм |
|
отверстий |
||
|
||
|
|
|
bст |
3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 7; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 24; 30 |
|
|
|
Примечание. За пролет отверстия принимается минимальный размер между боковыми вертикальными гранями.
4. Напор на гребне водослива Н, м (рис. 3.1), рассчитывается по формуле
|
Qmax |
|
|
2 / 3 |
|
|
H |
|
|
|
|
, |
(3.3) |
|
|
|
||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
mBст 2g |
|
|
где Вст суммарная (стандартная) ширина сливного фронта, равная:
Вст = nbст, |
(3.4) |
n – число пролетов стандартной ширины. |
|
5. Рассчитывается отметка гребня водослива |
|
ГВ = ФПУ – H. |
(3.5) |
Проектирование профиля водосливной плотины. Очертание гребня и сливной грани выполняется по координатам свободно падающей струи (X – горизонтальная ось; Y – вертикальная ось).
В качестве профилирующего напора принимается |
|
Hпроф = ФПУ – ГВ. |
(3.6) |
Очертание сливной грани водослива выполняется по координатам безвакуумного водослива практического профиля. Значения относительных (приведенных) координат сливной грани принимаются по данным табл. 3.3.
Таблица 3.3
Приведенные координаты гребня и сливной грани
Координата |
|
|
|
Номер точки |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X/Hпроф |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y/Hпроф |
0,126 |
0,036 |
0,007 |
0 |
0,006 |
0,027 |
0,06 |
0,1 |
0,146 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
Окончание табл. 3.3
Координата |
|
|
|
|
Номер точки |
|
|
|
|
||
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
16 |
17 |
18 |
19 |
|
|
|
||||||||||
X/Hпроф |
0,9 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
|
2,0 |
2,4 |
2,8 |
3,0 |
Y/Hпроф |
0,2 |
0,26 |
0,39 |
0,56 |
0,76 |
0,99 |
|
1,24 |
1,89 |
2,46 |
2,82 |
Напорная грань водослива принимается вертикальной. Сопряжение сливной грани с дном нижнего бьефа выполняется по дуге радиусом R, м, определяемым по формулам:
– при высоте водослива p = ГВ – дно ≤ 10,0 м
R = 1,07H + 2,1;
– при p > 10,0 м
R = 1,26H + 3,37.
Напор на гребне будет равен:
H = ФПУ – ГВ.
Уровень воды в нижнем бьефе (УНБ) определяется по значению среднего годового расхода Q (табл. 3.4).
Толщина фундаментной плиты hпл и ширина подошвы водосливной плотины B назначаются конструктивно (рис. 3.2):
В = (1,5…2,2) Н0;
hпл = (0,15…0,20)ВН0 = НПУ − УНБ
и уточняются при построении.
Таблица 3.4
Уравнения связи расхода Q, м3/с, и глубины воды Н, см, в нижнем бьефе
Вариант |
Тип кривой связи |
Уравнение H = f (Q) |
|
|
|
|
|
1, 2, 20 |
I |
0,505 |
|
H = 8,798Q |
|||
|
|
||
|
|
|
|
3, 11 |
II |
0,484 |
|
H = 9,00Q |
|||
|
|
||
|
|
|
|
4, 5, 6, 7, 14 |
III |
0,49 |
|
H = 16,60Q |
|||
|
|
||
|
|
|
|
8, 13, 16, 18 |
IV |
0,514 |
|
H = 9,253Q |
|||
|
|
||
9, 10, 19 |
V |
0,461 |
|
H = 9,47Q |
|||
|
|
||
|
|
|
|
12, 15 |
VI |
0,509 |
|
H = 11,822Q |
|||
|
|
||
17 |
VII |
0,532 |
|
H = 15,328Q |
|||
|
|
||
|
|
|
Поперечный профиль водосливной плотины в принятом масштабе вычерчивается на миллиметровой бумаге формата А4 с нанесением всех размеров и отметок (рис. 3.2).
25
|
ФПУ |
|
|
|
|
|
|
НПУ |
|
|
|
|
|
|
|
Н |
ГВ |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
0 |
= НПУ – УНБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
0 |
1 |
|
УНБ |
|
|
|
R |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Дно |
|
|
|
|
|
Дно |
|
|
|
|
|
R |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
hпл |
||
|
|
В = (1,5 – 2,2)Н |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
Рис. 3.2. Поперечный профиль водосливной плотины
Упражнение № 2. Определение отметки гребня глухой грунтовой плотины и ее параметров
Цель работы: определение отметки гребня глухой грунтовой плотины, ее основных параметров − ширины по гребню, заложения откосов, типа дренажа и крепления откосов.
Исходные данные: отметки дна и уровней воды в водохранилище – УМО, НПУ, ФПУ, скорость ветра и длина разгона ветровой волны в нормальных и чрезвычайных условиях эксплуатации, категория дороги, тип грунта тела плотины (см. ниже).
Требуется: определить отметку гребня грунтовой плотины для нормальных и чрезвычайных условий, принять тип крепления откосов и их заложение, назначить тип дренажа для русловой части плотины.
Порядок выполнения.
1. На миллиметровой бумаге (формат А4) вычерчивается расчетная схема грунтовой плотины (рис. 3.3), на которой обозначаются: дно реки и его отметка, уровни воды в водохранилище – УМО, НПУ и ФПУ, уровень воды в нижнем бьефе – УНБ, определяемый по аналитической кривой H(Q) (см. табл. 3.4) по величине среднего годового расхода воды Q0.
26
УВБ
УМО
H11
Гребень плотины
d |
b |
|
m1
Дно русла реки
m 2
Дренажная призма
УНБ
H 22
Рис. 3.3. Схема к определению отметки гребня грунтовой плотины (ГП)
2. Задается ширина грунтовой плотины по гребню с учетом категории дороги (b = 10 м). Заложения верхового m1 и низового m2 откосов принимаются (табл. 3.5) с учетом типа грунта тела плотины (суглинок), вероятной высоты плотины (предварительно принимаемой равной глубине воды в верхнем бьефе при НПУ) и наличия дренажа (дренажная каменная призма с шириной по верху ≈ 3,0 м, отметкой гребня УНБ + 1,0 м и заложениями откосов 1,0).
|
|
|
|
Таблица 3.5 |
Ориентировочные значения заложений откосов |
||||
|
земляных насыпных плотин |
|
||
|
|
|
|
|
Высота плотины, м |
|
Заложения откосов |
||
|
верхового m1 |
|
низового m2 |
|
|
|
|
||
Менее 5 |
|
2,0–2,5 |
|
1,5–1,75 |
5 10 |
|
2,25–2,75 |
|
1,75 2,25 |
10 15 |
|
2,5–3,0 |
|
2,0 2,5 |
15 50 |
|
3,0–4,0 |
|
2,5–4,0 |
3. Принимается тип крепления верхового откоса – бетон или камень; низового откоса – посев трав по слою грунта. Граница крепления верхового откоса: верхняя – гребень плотины, нижняя УМО + 2h (h – высота волны, м).
Рассчитываются параметры ветровых волн в водохранилище. Высота волны h, м, определяется по зависимости
h 0,073kW |
D(h / ), |
10 |
|
(3.7)
где k коэффициент интенсивности нарастания волны; W10 скорость ветра на высоте 10 м, м/с; D длина разгона волны, км; h/λ – соотношение высоты h и длины λ волны (принимается h/λ ≈ 0,1).
27
Значение коэффициента интенсивности нарастания волны рассчитывается по формуле
k 1 e |
0,4D/W |
, |
|
10 |
|
(3.8)
где e – основание натуральных логарифмов.
Значения h определяются для двух значений скорости ветра W10: 20 25 м/с при уровне в водохранилище НПУ и 10–12 м/с при уровне в водохранилище ФПУ. Длина разгона волны D в обоих случаях принимается от 3 до 5 км.
5. Отметка гребня грунтовой плотины ГП рассчитывается для двух уровней воды в водохранилище – НПУ и ФПУ и соответ-
ствующих этим уровням параметров волны: |
|
ГП = УВБ + d, |
(3.9) |
d = hн + h + а, |
(3.10) |
где d – превышение гребня плотины; hн – высота наката волны на откос, м; h – высота ветрового нагона волны, м; а – запас
(а ≥ 0,5 м).
Значения hн и h рассчитываются по зависимостям:
h |
|
2k |
ш |
h |
3 |
/ h, |
||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
н |
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
W |
2 |
D |
|
h 2 10 |
6 |
|
cos , |
|||||||
10 |
|
|||||||||
|
|
gH |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.11)
(3.12)
где kш – коэффициент шероховатости крепления верхового откоса: бетон 0,9, камень 0,5–0,6; cos α = 1,0; H – расчетная глубина воды в верхнем бьефе, м; g = 9,81 м/с2.
Значения d определяются для двух значений уровней воды в верхнем бьефе: d1 – для НПУ и d2 – для ФПУ. Превышение гребня плотины d2 рассчитывают по скорости ветра разной обеспеченности.
Из двух отметок ГП, рассчитанных по формуле (3.9), в качестве окончательной отметки принимается наибольшая.
В заключительной части составляются сводные показатели водохранилищного гидроузла:
1)период наблюдений за стоком;
2)норма годового стока, м3/с; коэффициент вариации и асимметрии годового стока;
3)объем притока в средний год и объем обеспеченностью 95 %, млн м3/год;
28
4)максимальный расход весеннего половодья расчетной обеспеченности, м3/с;
5)мертвый, полезный и полный объемы водохранилища, млн м3;
6)потребление воды в расчетный год, млн м3;
7)нормативные уровни воды: УМО, НПУ и ФПУ;
8)суммарная ширина сливного фронта и число отверстий водослива;
9)отметка гребня и высота грунтовой плотины в русловой части, ширина по гребню и заложения откосов.
Библиографический список
1.Белоненко Г.В., Карнацевич И.В., Мезенцев В.С. Гидрологические и водохозяйственные расчеты водохранилищ на малых реках Западной Си-
бири. Омск, 1992. 80 с.
2.Гидрология и регулирование стока: Учеб. пособие / Г.В. Белоненко, П.М. Постников, А.Т. Иващенко, О.В. Соболева. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2011. 302 с.
3.Гидротехнические сооружения: Учеб. пособие / Г.В. Белоненко, П.М. Постников, А.Т. Иващенко, О.В. Соболева. Новосибирск: Изд-во СГУПСа,
2011. 192 с.
4.Гидрологические и водно-балансовые расчеты / Под ред. Н.Г. Галущенко. Киев: Вища школа, 1987. 248 с.
5.Гидротехнические сооружения: Справ. проектировщика. М.: Стройиздат, 1983. 543 с.
6.Гидротехнические сооружения / Н.П. Розанов, Я.В. Бочкарев, В.С. Лапшенков и др.; Под ред. Н.П. Розанова. М.: Агропромиздат, 1985. 432 с.
7.Практикум по гидрологии, гидрометрии и регулированию стока / Е.Е. Овчаров, Н.Н. Захаровская, И.В. Прошляков и др. М.: Агропромиздат,
1988. 224 с.
8.Пособие по определению гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 448 с.
9.СНиП 33-01–2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. М.: Госстрой России, 2004. 24 с.
10.СНиП 2.06.05–84. Плотины из грунтовых материалов. М.: Стройи-
здат, 1991. 35 с.
11.СП 33-101–2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М.: Госстрой России, 2004. 55 с.
12.Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Ч. 1. М.: Агропромиз-
дат, 1985. 319 с.
13.Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Ч. 2. М.: Агропромиз-
дат, 1985. 303 с.
29
|
|
|
|
Приложение А |
|
|
Перечень проектных створов водохранилищ |
||||
|
|
|
|
|
|
Вариант |
|
Площадь |
Слой стока ве- |
Расчетная |
|
Река створ |
обеспеченность |
||||
км2 |
водья, мм |
||||
|
водосбора, |
сеннего поло- |
|||
|
|
|
|
годового стока, |
|
|
|
|
|
% |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Томь – г. Междуреченск |
5 880 |
599 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Уса – г. Междуреченск |
3 320 |
932 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Кондома – пгт Аил |
7 080 |
420 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Мундыбаш – пгт Мунды- |
1 060 |
478 |
90 |
|
баш |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
5 |
Тельбес – Тельбесский |
1 110 |
507 |
95 |
|
Рудник |
|
||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
6 |
Чулым – с. Тегульдет |
55 300 |
176 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Чулым – с. Зырянское |
92 500 |
173 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Кия – г. Мариинск |
9 820 |
640 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
Яя – пгт Яя |
3 460 |
334 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
Золотой Китат – д. Тихе- |
1 220 |
597 |
95 |
|
евка |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
11 |
Бердь – с. Маслянино |
2 480 |
297 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
12 |
Иня – д. Кайлы |
15 700 |
69 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
13 |
Средняя Терсь – п. Мо- |
1 860 |
856 |
95 |
|
нашка |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
14 |
Тайдон – п. Медвежка |
1 330 |
1100 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
Чулым – с. Балахта |
14 700 |
257 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
16 |
Урюп – с. Изындаева |
3 080 |
171 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
17 |
Улу-Юл – Аргат Юл |
7 720 |
165 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
18 |
Кеть – п. Максимкин Яр |
38 400 |
198 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
19 |
Тым – с. Напас |
24 500 |
220 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
Лямин – ф. Горшково |
12 800 |
137 |
95 |
|
|
|
|
|
|
30