Гидравлический расчет водосбросного сооружения

В качестве водосброса на прудах устраивают открытый водосбросный канал, водослив или водоспуск.

Канал используют на небольших прудах для сброса небольших расходов воды. Его прокладывают в коренном берегу балки без укрепления дна и откосов. Иногда для обеспечения устойчивости в нижней части канала делают простейшие быстротоки или ступенчатые перепады. В начале канала устраивают льдозадерживающие сооружения.

Гидравлический расчет сбросного канала сводится к определению ширины канала по дну для пропуска максимального расхода при неразмывающей скорости течения воды в канале.

Вначале определяют площадь живого сечения канала, используя формулу расхода воды.

Qpacч = ωυ=>ω = Qрасч / υmax

Максимально допустимая скорость течения воды в канале принимается по табл. 8 в зависимости от грунтов. Глубина воды в канале принимается равной разности отметок на ГВВ и НПГ или в среднем 0,5-0,6 м.

Площадь живого сечения канала трапецеидальной формы (рис. 8) определяется по формуле

ω=(b + mh)h, (18)

Ь - ширина канала по дну, м;

m - коэ ффициент заложения откоса;

h - глубина воды в канале, м.

из формулы (18) выражают ширину канала по дну

b = (ω;– mh)²/h м. (19)

Таблица 8

Максимально допустимая скорость течения воды, м/с

Грунты	Средняя глубина воды в канале, м
	0,4	1,0
Пески:
мелкий	0,20-0,35	0,30-0,45
средний	0,35-0,50	0,45-0,60
крупный	0,50-0,60	0,60-0,75
Суглинки:
легкий	0,60-0,75	0,75-0,85
средний	0,75-0,85	0,85-1,00
тяжелый	0,85-1,00	1,00-1.20
|Глина	1,00	1,20

Коэффициент заложения откосов канала принимают в глинистых грунтах - 1,00; в суглинистых - 1,50; в песчаных и супесчаных - 2,00 (рис.8).

 

 

Также для канала вычисляют смоченный периметр.

X = Ь + 2h √1+m²; (20)

В рассчитываемом примере смоченный периметр составит

X = 3,5 + 2 • 1,20√1 + 1,5² = 3,5 + 2,40 * 1,80 = 7,82

Глубину канала (Т) принимают условно на 0,2 м больше максимальной глубины воды в канале (h+0,2 м).

Для проектирования канала необходимо вычислить максимальный уклон дна канала. При расчете уклона дна используется формула Шези

υ = С √Ri м/с, (21)

где С — скоростной коэффициент (прил.6);

R — гидравлический радиус, м;

i — уклон поверхности.

Гидравлическим радиусом называется отношение площади живого сечения к смоченному периметру канала

R =ω / χ (22)

Рассчитаем допустимый уклон по формуле

i расч = υ² max / CR (23)

При коэффициенте шероховатости русла 0,030 и гидравлическом

радиусе равном 0,82 м скоростной коэффициент равен С=31,62.

iрасч = υ² max / С²R = 1,20/ 31,62- 0,82 = 0,0015

 

Водослив устраивают обычно в виде канала с быстротоком или перепадом. Верхняя горизонтальная часть водослива называется понурным полом,наклонная часть - водобойным, и нижняя горизонтальная площадка – сливным полом. Противофильтрационную стенку или шпунтовый ряд забивают на глубину 1.5-2,0 м. Входная часть понурного пола делается расширенной для рассредоточения потока воды на входе. Водобойный пол заканчивается водобойным колодцем. Выходную часть водослива – сливной пол так же делаютрасширенным (рис. 9).

Рис. 9. Схема водослива (с трапецеидальным вырезом): b - ширина порога водослива; h - напор на пороге водослива

Ширину водослива приближенно рассчитывают по формуле

b = Q / µh√2gΔ h (24)

где Q — максимальный расход воды, м³/с;

µ — коэффициент закругления (при остром входе 0,85: при закругленном - 0,92);

h — глубина воды на пороге водослива (0,6-1,0 м);

g — ускорение свободного падения (9,81 м/с");

Δh — перепад - превышение уровня воды в пруд над уровнем при входном отверстии - принимается в пределах 0,08-0,10 м.

Максимальный расход воды рассчитывают по формуле

Q = q_maxF, (25)

Где q_max — максимальный модуль стока, л/с га (м³ /с км²)

F — площадь водосбора пруда, га (км²)

Максимальный модуль стока талых вод вычисляют по формулеД.Л.Соколовского

^qmax = 2,78aσα л/с га, (26)

где а — среднемаксимальния интенсивность снеготаяния,на Западе2-4 мм/г, на Урале 4, и 4-8 мм/гдо Дальнего Востока;

σ — коэффициент стока

α—коэффициент редукции, зависящий от величины водосбора

F, га 100 1000 10000

а ' 0,98 0,81 0,49

Водоспуск в отличие от водослива и канала устраивают в теле плотины. Он представляет собой камеру с отвесными стенками, закрываемую щитами (рис. 10). Для уменьшения фильтрации и предотвращения размыва под водоспуском поперек камеры забивают один или несколько шпунтовых рядов: первый в начале водосливной камеры, второй под щитом. Пол и стенки водоспуска изготавливают двойными из шпунтовых досок или бетонными. Щиты, закрывающие водоспуск, делают разборными в виде шандар из шпунтовых досок или в виде металлических щитов (затворов), закрепляемых (перемещаемых) в вертикальных пазах.

Нижнюю часть водоспуска (дно камеры) располагают на уровне дна пруда, поэтому через водоспуск при необходимости можно спустить всю воду пруда.

Ширину отверстия водоспуска определяют по формуле водослива с широким порогом

b = Q / mh√h ⁽²⁷⁾

где Q - максимальный расход воды, м³/с;

m — коэффициент, равный 1,42-1,52;

h — напор на пороге водоспуска (0,6-1,0 м).

Рассчитаем ширину отверстия водоспуска

Такжеиспользуют в качестве водосброса трубы и сифоны. Трубы для орошения укладывают при строительстве плотины на коренном берегу балки на отметке горизонта мертвого объема (ГМО). Сифоны устраивают из стальных труб, укладываемых через плотину со стороны пруда к основанию сухого откоса. Трубы и сифоны с обеих сторон оборудуют задвижками, а концы и откосы в местах выхода оформляют прочной каменной кладкой. В местах выпуска воды устраивают водобойные колодцы

В курсовой работе рассчитываются параметры необходимого водосбросного сооружения, данные выбранные по таблицам необходимо обосновывать.

3.3. Расположение водосброса на плане

Трасса водосбросного канала (продольная ось) проектируется на более пологом склоне балки. Водосбросный канал проектируется таким образом,чтобы дно канала располагалось па уровне НПГ. Канал начинаетсяв 30-40 м от плотины и проходит в виде плавной кривой в 20 м от конца плотины. Нижний конец сбросного канала выводят в основной тальвег балки на расстоянии не менее 50 м от сухою откоса плотины (см.

прил. 5).

Водослив также проектируется в коренном берегу балки, аналогично водосбросному каналу.

Водоспуск проектируется в теле плотины.

В курсовой работе ось водосбросного канала гаи водослива вычерчивается па плане балки красным цветом в соответствии с требованиями к проектированию водосброса Место расположения и размеры водоспуска отмечается на плане балки красным цветом. Отдельным чертежом выполняется поперечный профиль водосбросного канала (схема водослива с укреплением; схема водоспуска) по рассчитанным размерам в выбранном масштабе на листе ватмана формата А 4 черной тушью.

3 .4. IIродольный профиль водосброса

Продольный профиль строится для водосбросного канала и аналогично для водослива на основании плана пруда и плотины, где указана трасса канала (см. прил. 5). Продольный профиль вычерчивается условно только до оси плотины в масштабе: горизонтальном 1:1000, вертикальном 1:100.

В нижней части листа размещается панель (подзор) профиля из шести горизонтальных граф, шириной 1,0 см каждая (рис. 11). Название граф помещается слева.

От начала расположения канала откладывают расстояния между горизонталями и ставят отметки поверхности (горизонталей) в первой строчке.

Отметки поверхности откладывают в выбранном масштабе вверх от "^S-^V "«I ^ верхней графы (линии). Причем отметку этой линии принимают условно гак, чтобы ординаты профиля имели высоту 6-12 см. Когда отложены все отметки поверхности, полученные вертикали соединяют прямыми линиями черным цветом, обозначая рельеф местности в месте ^ расположения канала.

После этого проектируют дно канала. Красным цветом вычерчивают линию дна с выбранным уклоном (средний уклон мест ности или рассчитанный в пункте 3.2).

После проведения линии дна вычисляют отметки дна, используя формулу

i = Δh/l ₍₂₈₎

Δh - превышения между соседними отметка ми, м;

l - расстояние, за которое взято превышение, м.

Для вычисления превышений уклон умножают на расстояния. Отметки определяют с точностью до 0,01 м и записываются в графу 3.

По разностиотметок поверхности земли и дна находится глубина канала.

В графе «план трассы» отмечаются повороты оси каната и обозначают закругления.

Продольный профиль вычерчивают в цвете: проектные линии (дно канала, отметки дна, уклоны, глубина канала, план трассы) - красным, вода в канале - синим, а все остальное (линия поверхности, отметки поверхности, расстояния) - черным цветом.

В ' курсовой работе продольный профиль вычерчивается на миллиметровой бумаге формата А4 цветной тушью.

ГЛАВА 4. СТРОИТЕЛЬСТВО ПЛОТИНЫ

4.1. Тех пология строительства плотины

Для строительства плотинного пруда необходимо провести следующие виды работ.

1. Вынос проекта в натуру (разметка на местности).

2. Подготовка ложа пруда:

а) удаление из зоны затопления древесно-кустарниковой растительности;

б) устройство осушительных каналов для выпуска воды из всех понижений при полном опорожнении пруда.

3. Строительство плотины:

а) снятие растительного слоя под всей подошвой плотины на глубину 0,2-0,5 м;

б) устройство по всей длине замковой канавы и других запроектированных противофильтрационных сооружений под плотиной;

в) устройство водосброса (водосбросный канал и водослив строятся перед насыпкой плотины;

г) насыпка тела плотины с послойным уплотнением грунта; одновременно с устройством ядра или экрана, дренажа;

д) укрепление откосов плотины, устройство понура

е) устройство по гребню дорожной одежды;

ж) устройство водовыпуска для забора водыы из пруда (трубы, сифоны);

4. Облесение территории вокруг пруда, прогулочной зоны, зоны

отдыха.

В курсовой работе необходимо указать порядок и перечень работ, привести расчеты объемов этих работ для строительства плотинного пруда с указанием механизмов для проиизводства.