Организация водохозяйственного строительства

    

При высоком  положении уровней фильтрационного  потока по трассе быстротока устраивается дренаж под днищем и за боковыми стенками. Чаще всего применяется  трубчатый дренаж.

    

Превышение боковых  стенок быстротока над уровнем воды в нем (кривая свободной поверхности  воды в быстротоке устанавливается  гидравлическим расчетом) принимается  по табл. 4.2.

    

                                                                                Таблица 4.2

    

Гидравлический  расчет быстротока при заданных параметрах поперечного сечения, длины и  уклона дна заключается в построении кривой свободной поверхности потока и определении максимального  значения его скорости, а также  расчете сопряжения бьефов и выполняется  в следующем порядке:

    

Глубина воды на входе в быстроток (h₁) принимается равной критической глубине

    

                           h₁ = h_кр = ,                                         (4.15)

    

где  

a

= 1...1,1;

    

Q - расход в быстротоке;

    

b_б - ширина быстротока. 

    

2. Глубина воды  на выходе из быстротока определяется  из уравнения Б.А. Бахметьева 

    

                  =

h

₂ -

h

₁ - (1 - j)[

j

(

h

₂) -

j

(

h

₁)],                     (4.16)

    

где  i₀    - уклон дна быстротока;

    

l    - длина быстротока;

    

h₀ - нормальная глубина (при равномерном движении потока на быстротоке); 

    

h

_{1  =} ,

h

₂ = - относительные глубины в начале и в конце быстротока;

    

j

(

h

₁),

j

(

h

₂)            - функции относительных глубин, определяемые по таблице 9.3 с 111 [6];

    

                           j =  

    

- смоченный периметр.

    

3. Подбором, задаваясь  рядом значений глубины потока  на быстротоке, определяют нормальную  глубину из условия равенства  модуля расхода, вычисленного по зависимостям

    

                                     k =                                               (4.17)   

    

                                     k = wc                                            (4.18)

    

Величина j определяется по средним значениям c, b_б и

c

 в начале  и в конце быстротока, принимая  в первом приближении глубину  в конце быстротока h₂ = h₀

    

                                      j =                                        (4.19)

    

Гидравлический  показатель русла х определяется из соотношения модулей расхода  и глубин в начале и в конце  быстротока

    

                                              (     ,                                   (4.20)

    

По таблице 9.3  [6]  определяются значение  функции 

j

(

h

₁)

    

и все найденные  величины подставляются в уравнение  (4.16), решая подбором которое определяют значение функции 

j

(

h

₂).

    

          7. По найденному значению 

j

(

h

₂)  определяется относительная глубина

h

₂ и находится глубина воды в конце быстротока  h_2.

    

           8. Максимальная скорость в конце  быстротока определяется по зависимости 

    

                            V_max = ,                                              (4.21) 

    

величина которой  не должна превышать допустимого  значения, равного 14...15м/с.

    

  9.Глубина  в конце быстротока принимается  в качестве первой сопряженной  (h_{2 =} h')  и определяется вторая сопряженная глубина

    

                 

    

                                       (4.22)

    

Если  , где h_нб -глубина воды в нижнем бьефе при пропуске расчетного паводкового расхода, (определяется по кривой связи Q = f(h), то гидравлический прыжок будет затоплен и не требуется устанавливать гасители кинетической энергии потока на водобое. Если  , то для затопления гидравлического прыжка необходимо запроектировать гаситель кинетической энергии потока (водобойный колодец или стенку).

                

Глубина водобойного  колодца определяется как 

    

                                          d_к = -

D

z,                                  (4.23)                         

    

где

D

z - перепад, образующийся при выходе потока из колодца в НБ. На практике величиной

D

z можно пренебречь, выполняя расчет с "запасом". Длина водобойного колодца, когда струя входит в колодец не отрываясь от сливной грани (без уступа), определяется по формуле

    

                                       l_к = (0,75...1)l_{пp ,}                                                     (4.24)

    

а длина водобоя  при отсутствии на нем гасителей  кинетической энергии потока равна 

    

                                        l _в= (1...1,25)l_{пp ,}                                                     (4.25)

    

где  l_пр  - длина гидравлического прыжка

    

                                        l_пр = 5( - h₂),                                        (4.26)

    

 

    

 

    

На скальных грунтах при значительных скоростях  в конце быстротока чаще всего  применяются трамплины для отброса  струи в НБ.

    

Быстроток с  усиленной шероховатостью. В том  случае, когда скорость потока на быстротоке превышает допустимую, а уменьшение  его    уклона нецелесообразно, устраивается быстроток с усиленной  шероховатостью. Искусственная шероховатость выполняется в виде поперечных ребер, прямолинейных, ломаных или зигзагообразных, устраиваемых на дне, а  иногда и на боковых стенках лотка быстротока.

    

Расчет ребристой  донной шероховатости квадратного  сечения (

D

´

D

) с расстояниями  между осями ребер 

d

= 8

D

 и при i_кр < i₀<0,6 выполняется по методу О.М.Айвазяна. Расчет, ведется для условий равномерного движения по зависимостям:

    

                            1 - = i₀                                                  (4.27)

    

           =  0,04 + 2,29i₀² +  Ki₀^0,1 ,  (4.28)   

    

 где Q         - расчетный расход,                                

    

V- скорость потока на быстротоке;

    

D

        - высота ребер усиленной шероховатости;

    

i₀              -  уклон дна быстротока;

    

w,

c

,R - соответственно площадь живого сечения, смоченный

    

              периметр и гидравлический радиус  потока;

    

К - опытный коэффициент, зависящий от типа шероховатости (К = 0,88 - для прямолинейных ребер; К = 1,85- для зигзагообразных ребер).

    

Порядок расчета. Задаются значения скорости потока на быстротоке для условий его равномерного движения v = 6... 8 м/с. По формуле (4.27) находится глубина потока, а по (4.28) вычисляется высота ребер искусственной шероховатости.

    

Консольный перепад. В состав консольного перепада входят лоток быстротока и консольная часть, служащая для отброса 

    

струи воды на безопасное расстояние с точки зрения подмыва  сооружения (рис.4.2б). Чаще всего консоль  располагается горизонтально, иногда ей придается обратный уклон от 0⁰ до 15⁰. Длина обычно 1...2 м. В зависимости от геологических условий и размеров консоли конструкция ее опор может быть свайной, стоечной или рамной. Подошва крайних опор назначается ниже дна воронки размыва.

    

Гидравлический  расчет консольного перепада заключается  в расчете быстротока, определении  дальности полета струи и размеров воронки размыва.

    

Дальность полета струи при горизонтальной консоли 

    

                   L₁ =  0,45

j

V ,                                               (4.29)

    

где  

j

     -  коэффициент скорости;

    

h    - глубина воды в конце консоли (принимается равной глубине, вычисленной в конце быстротока h₂);

    

        V     -  скорость в конце быстротока;

    

р     -   высота падения струи.

    

В случае если консоль  имеет обратный уклон, дальность  полета струи

    

l₁ =

j

,             (4.30)

    

где

b

- угол наклона  консоли к горизонту.

    

Скорость входа  падающей струи в воду воронки  размыва

    

                              V₀ = ,                                        (4.31)

    

где V_x, V_y  - горизонтальная и вертикальная составляющие скорости входа в воронку размыва, м/с.

    

Горизонтальная  составляющая определяется по формуле