Расчет водосбросных сооружений при грунтовой плотине

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Факультет инженерных систем и природоохранного строительства

Кафедра природоохранного и гидротехнического строительства

Курсовой проект

Речные ГТС

«Расчет водосбросных сооружений при грунтовой плотине»

Выполнил:

студент IV курса,

ФИСПОС, группы Г-11

Баландин М.А.

Проверил:

Вундер Н.Я.

Самара 2004



Содержание

Введение

1. Проектирование водосброса

1.1 Гидравлический расчет входного оголовка

1.2 Гидравлический расчет промежуточного сбросного канала

1.3 Сопряжение бьефа входного оголовка

1.4 Гидравлический расчет подводящего канала

1.5 Гидравлический расчет сопрягающего сооружения типа быстроток

1.6 Гидравлический расчет отводящего канала

2. Проектирование водовыпускного сооружения

Список литературы



Введение

Водосбросы предназначены для следующих технологических операций: сбросный канал гидравлический бьеф

· пропуска экстремальных и часто повторяющихся паводков и половодий

· частичного предпаводкового опорожнения водохранилища для срезки пика паводка и уменьшения сбросных расходов

· глубокого опорожнения водохранилища при осмотре и ремонте подводных частей сооружения

· быстрой сработки водохранилища при внезапно появившихся отклонениях в работе сооружений гидроузла

· пропуска воды на нужды народного хозяйства

· пропуска плавающих предметов и промывка водохранилища от наносов

· регулирование наполнения водохранилища

Открытые береговые водосбросы состоят из трех основных частей:

· входная

· транзитная

· концевая

Входная часть: подводящий канал, головное сооружение (входной оголовок).

Транзитная: промежуточный (соединительный) канал сопрягающее сооружение.

Концевая: отводящий канал.



1. Проектирование водосброса

1.1 Гидравлический расчет входного оголовка

· определяем расчетный сбросной расход который необходимо сбросить из водохранилища:

Q_р = Q_мах ?Q_соор.,

где Q_мах - максимальный паводковый расход, который задается при проектировании данного гидроузла и равен Q_мах=220м³/с.

?Q_соор. - расход, который пропускается через другие сбросные сооружения гидроузла (в данном случае водовыпуск) ?Q_соор.=8,5 м³/с.

Q_р = 220 - 8,5 =211,5 (м³/с)

· Задаемся удельным расходом на погонный метр длины входного оголовка. Удельный расход зависит от грунтов оснований: для связных грунтов 25-50м²/с, для несвязных 15-25м²/с. Это на рисберме q_p=20 м²/с.

q_в=(1,15ч1,2)q_p

q_в=1,2•21=25,2 (м²/с)

· Определяем длину водосливного фронта входного оголовка:

· Задаемся количеством отверстий и размером одного входного отверстия таким образом чтобы полученная длина водосливного фронта мало отличалась от расчетной длины: , где n - количество отверстий принимаемое не меньше двух; b - ширина одного отверстия принимаемая в соответствии со СНиП (2) четной величиной от 4 до 30.

n = 4 ; b = 4

· Уточняем удельный расход на погонный метр длины входного оголовка:

· Определяем сжатую ширину водосливного фронта

B_c=n•b_c ;

Где b_c - сжатая ширина одного входного отверстия b_c=b•е, где е - коэффициент бокового сжатия, который зависит от формы оголовка бычка, принимается по справочнику Киселева (1) е = 0,96

b_c = 4•0.96=3.84 ; B_c = 3.84•4=15,36

· Уточняем удельный расход с учетом сжатия

· Определяем напор на гребне входного оголовка с учетом скорости подхода из формулы расходов:

m - коэффициент расхода который принимается 0,48ч0,49

Н₀ - напор на гребне входного оголовка с учетом скорости подхода

у_п - коэффициент подтопления, принимаем равным 1,0 , т.к. входная часть всегда не подтоплена

g - ускорение свободного падения 9,81 м/с²

· Определяем геометрический напор на гребне входного оголовка

;

где б - коэффициент Кориолиса, принимаемый 1ч1,2

V₀ - допустимая не размывающая скорость (для песка 0,8)

· Определяем отметку гребня входного оголовка

· Контур входного оголовка строится по таблицам Кригера-Офицерова из справочника Киселева (1), данные даны для напора Н=1, поэтому следует увеличить все координаты на полный геометрический напор Н.

1.2 Гидравлический расчет промежуточного сбросного канала

· Определяем площадь поперечного сечения канала:



, где

[V] - допустимая не размывающая скорость для грунта, в котором проходит промежуточный канал (для песка 0,8м/с).

· Определяем параметры канала:

b_к - ширина канала по дну

m - заложение откосов, который принимается по справочнику Киселева (1) (для песка 3,5)

h_k - глубина воды в канале

Вводится относительный коэффициент ширины канала:

; ; ;

; ;

· Определяем ширину канала по урезу воды:

· ;

· Определяем смоченный периметр промежуточного канала:



;

· Определяем гидравлический радиус канала:

;

· Определяем коэффициент Шези:

,

где n - коэффициент шероховатости дна не облицованных каналов (0,025); y = 5

· Определяем уклон канала из формулы расходов:

;

;

· Определяем отметку дна канала:

;



1.3 Сопряжение бьефа входного оголовка

Расчет сводится к определению типа прыжка и длины крепления за водобоем, для этого определяются сжатые и сопряженные глубины по формулам методом приближений:

, где

q_в'' - удельный расход на погонный метр ширины с учетом сжатия;

ц - коэффициент скорости 0,93ч0,95

Н₀ - напор с учетом скорости подхода

Р_н - высота водосливного оголовка со стороны нижнего бьефа (в 1-м приближении Р_н=h_к)

h₁ - сжатая глубина

,

т.к. h'₁ и h₁ отличаются больше чем на 0,05 делаем второе приближение:

h'₁ и h''₁ отличаются на 0,02 принимаем h₁=1,19

Определяем сопряженную глубину:

;



, т.к. h₂<h_к, то прыжок затоплен, нижний бьеф укрепляется водобойной плитой.

Определяем длину водобойной плиты

.

1.4 Гидравлический расчет подводящего канала

Подводящий канал принимается трапециидальной формы без крепления дна и откосов, поэтому водного потока недолжна превышать допустимой размывающей скорости для грунта, в котором располагается подводящий канал.

Определяем площадь поперечного сечения канала:

, где

[V] - допустимая не размывающая скорость для грунта, в котором проходит подводящий канал (для песка 0,8м/с).

Определяем параметры канала:

Глубину воды в канале:



где Н - напор на гребне водосливной плотины

Р_В - превышение гребня водосливной плотины над уровнем дна подводящего канала, принимается 0,5ч1,5.

Ширину канала по дну:

Ширину канала по урезу воды:

1.5 Гидравлический расчет сопрягающего сооружения типа быстроток

· Расчет входной части сопрягающего сооружения

Входная часть принимается в виде водослива с широким порогом автоматической работы (без затворов и пролетов). Входная часть выполняется в конце соединительного канала.

Геометрический напор над входной частью:

где h_к - глубина воды в промежуточном канале; с - превышение входной части над промежуточным каналом (принимается (0,1ч0,15)h_к).

Ширина лотка сопрягающего сооружения считается из формулы расходов:

;

,

где m - коэффициент расхода для входной части в виде водослива с широким порогом (0,32ч0,34)

у - коэффициент подтопления принимаем равным 1, т.к. входная часть всегда не подтоплена.

е - коэффициент сжатия 0,96

Н₀ - напор на гребне с учетом скорости подхода:

;

Полученную ширину В_вх округляем до стандартных величин 6, 8, 10, 12 и уточняем напор с учетом скорости подхода над входной частью.

В = 16 м.



Уточняем геометрический напор над входной частью:

Уточняем превышение отметки входной части над отметкой дна промежуточного канала

;

Затем определяется отметка верха входного порога:

.

· Определяем тип сопрягающего сооружения

Для определения уклона местности необходимо сделать разрез АВ

. При уклоне i?0.18ч0.20 сопрягающее сооружение быстроток; при i>0.18ч0.20 - перепад. В данном случае быстроток, т.к. i = 0,11.

· Определяем модуль расхода:

;

· Задаваясь глубинами воды в быстротоке, определяем площадь живого сечения, смоченный периметр, гидравлический радиус и коэффициент Шези. Глубиной воды задаются до h_кр.

Расчет рациональнее вести в табличной форме:

hл	b	щ	ч	R	n	C	K
0,43	16	6,88	16,86	0,408066	0,012	69,65703	306,1391
0,65	16	10,4	17,3	0,601156	0,012	75,26901	606,9364
0,7	16	11,2	17,4	0,643678	0,012	76,30491	685,6538
0,87	16	13,92	17,74	0,784667	0,012	79,38819	978,8991
2,61	16	41,76	21,22	1,967955	0,012	95,41613	5589,717

щ - площадь живого сечения водного потока для данной глубины

ч - смоченный периметр



R - гидравлический радиус

С - коэффициент Шези

n - коэффициент шероховатости материала лотка быстротока, принимаем в зависимости от материала по справочнику Киселева (1), для бетона 0,012.

По данным таблицы строится график

· Используя график и модуль расхода определяется нормальная глубина водного потока в лотке (h₀=0,68).

· Расчет положения кривой свободной поверхности водного потока в лотке.

Для определения глубины водного потока в любом сечении необходимо построить кривую свободной поверхности, т.к. движение потока не равномерно, то построить можно свободную поверхность по уравнению:

.



Задаваясь глубинами от h_кр определяем расстояние от начала быстротока до данной глубины, расчет сводим в таблицу:

h_i - глубина воды в i сечении

h_ср - средняя глубина на участке:

b - ширина лотка быстротока, которая принимается прямоугольной формы шириной равной ширине входной части.

щ_cp - средняя площадь:

ч_cp - средний смоченный периметр:

R_cp - средний гидравлический радиус:

n - коэффициент шероховатости материала лотка (0,012)

С_ср - средний коэффициент Шези:

hi	hcp	B	щcp	чcp	Rcp	n	Ccp	i	jcp	x	h0	з	ц(з)	l
2,61	2,61	12	31,32	17,22	1,82	0.012	93,92	0.11	68.93	2.98	0,68	3.84	0.035	0
2.26	2.34	12	29.22	16.87	1.73		93.01		69	2.99	0,68	3.32	0.045	1.02
1.91	2.26	12	27.12	16.52	1.64		92.01		68.96	3.01	0,68	2.81	0.065	6.24
1.56	2.08	12	25.02	16.17	1.55		90.94		68.81	3.04	0,68	2.29	0.098	16.9
1.21	1.91	12	22.92	15.82	1.45		89.75		68.05	3.06	0,68	1.78	0.177	46.5
0.85	1.73	12	20.76	15.46	1.34		88.4		68	3.09	0.68	1.25	0.37	122.8

i - уклон быстротока

j_ср - коэффициент учитывающий изменения кинетической энергии вдоль потока:

х - гидравлический показатель русла:

з - относительная глубина потока:

ц(з_i) - принимается по справочнику Киселева (1), в зависимости от гидравлического показателя х.

l - расстояние до сечения в котором измеряется глубина:



· По заполненной таблице строится график По данному графику определяется глубина водного потока в конце быстротока, для чего необходимо определить истинную длину быстротока:

; h =0.98м.

Если глубина водного потока в конце быстротока меньше нормальной глубины, то быстроток считается длинным; если глубина воды в конце быстротока больше нормальной глубины, то быстроток считается коротким. В данном случае быстроток короткий - h=0.98>h₀=0.68

· Определяется режим сопряжения водного потока с нижним бьефом. Глубина воды в конце быстротока принимается сжатой глубиной, затем определяется сопряженная глубина:

q₀ - удельный расход на метр ширины лотка быстротока:

;

· определяем тип прыжка:

h₂ = d_2max - прыжок в критическом состоянии

h₂> d_2max - прыжок отогнан

h₂< d_2max - прыжок затоплен

В данном случае прыжок затоплен - h₂=4,87< d_2max=5,3, колодец не устраивается.

· Определяем длину водобойной плиты:

1.6 Гидравлический расчет отводящего канала

Отводящий канал принимается трапециидальной формы без крепления дна и откосов, поэтому скорость водного потока недолжна превышать допустимой размывающей скорости для грунта, в котором располагается отводящий канал.

Определяем площадь поперечного сечения канала:

, где

[V] - допустимая не размывающая скорость для грунта, в котором проходит отводящий канал (для песка 0,8м/с).

Определяем параметры канала:

Глубину воды в канале:

Ширину канала по дну:



Ширину канала по урезу воды:



2. Гидравлический расчет водовыпуска

Водовыпуск служит для пропуска расходов для целей орошения, водоснабжения и для частичного опорожнения водохранилища.

Водовыпуски могут быть башенного и безбашенного типа. Трубы водовыпусков принимаются чаще прямоугольной формы и не укладываются в галереи. Принимается минимум две трубы, в нижнем бьефе воды нет т.к. водовыпускное сооружение укладывается на пойме и глубина воды в отверстии равна глубине воды в трубе.

Из формулы расходов определяем ширину трубы:

е - коэффициент бокового сжатия (0,9ч0,95)

ц - коэффициент скорости (0,9ч0,95)

b - ширина трубы

h - глубина воды в трубе которой задаются 1-2 м.

Н₀ - глубина погружения входного отверстия водовыпуска под уровень сработки водохранилища, зависит от высоты трубы:

?z - величина над водного пространства в трубе, принимается 0,2-0,4 м.

z - величина потери напора в башне (0,1-0,15 м.)



Расход Q принимается равным Q_расч/2, т.к. сброс воды производится через две трубы: Q=8.5/2=4.25 м.

За выходом труб водовыпуска устраивается отводящий канал, длина канала зависит от грунтов и скорости потока и принимается до 20 м.

Трубы водовыпуска укладываются на подготовку (0,2-0,3 м.) на естественный грунт сечения.



Список литературы

1. Справочник по гидравлическим расчетам под ред. Киселева П.Г., М, «Энергия» 1974

2. СНиП 2.02.02.-85 Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986

3. Гидротехнические сооружения: Справочник проектировщика. Под общей редакцией В.П. Недриги. М.: Стройиздат, 1983

Размещено на Allbest.ru

...