Де d – ширина бика, яку приймають 0,2…0,3b1, але не менше 0,8м

Відмітка горизонту води у верхньому б’єфі в осінньо-зимовий період при заборі витрат QX-III дорівнює

, (2,8)

де – напір на порозі водозабірної споруди при водозаборі в осінньо-зимовий період Q_X-III, визначають із формул ( 2.4 ) або (2.5). При цьому в формулі (2.5) = - мінімальна глибина на порозі водозабірної споруди, що дорівнює мінімальній глибині води в магістральному початку h_MK , яка визначають за кривою залежності Q = f(h) для магістрального каналу при Q_X-III

Розрахунок донних промивних галерей

Донні промивні галереї ( рис. 2.1 ) розраховують за формулою [ 5, стор 233…235 ]:

, (2.9)

де – коефіцієнт витрати;

– ширина галереї;

– висота галереї, ширина і висота повинні задовольняти вимозі огляду і ремонту галерей, тобто не менше 1,5´1м.

– різниця рівнів в б’єфах, виправлена на швидкісний підхід (в навчальній роботі швидкісним підходом можна знехтувати). Z₀ визначають як різницю рівнів для основного розрахункового випадку, тобто при НПГ в верхньому б’єфі, якому відповідає витрата Q_5% і відповідний цій витраті горизонт в НБ (визначають за рис. Б.1)

Ширину галереї та висоту назначають виходячи з умови, що >=2 , де – максимальний діаметр наносів в метрах (у попередніх розрахунках можна приймати =0,15 – 0,25 м), а також крім цього та >= 1,0 м.

Коефіцієнт витрати визначають за формулою:

= (2.10)

де – коефіцієнт опору на вході, розраховують за [ 5, стор.234];

– довжина галереї знаходять з креслення ( див. рис.2,1); на попередньому етапі рекомендують прийняти 40 – 60м.

R= - гідравлічний радіус;

- коефіцієнт опору по довжині:

, (2.11)

- середній діаметр частинок насосів в метрах, рівних і менше котрих міститься в насосах (60…70)% ( в роботі можна прийняти ₌ (0,08…0,1) м., як для рівнинних річок.

Величину визначають в залежності від розрахункового випадку (основного, повірочного) (див. ф-лу 2.11)

Кількість галерей визначають розрахунком із умов, що витрата кожної галереї рівна , а дійсна швидкість води в галереї

(2.12)

Швидкість повинна бути не менше мінімально необхідної швидкості яку визначають за формулою

(2.13)

де - максимальний діаметр донних наносів в метрах ( в роботі приймаємо =0,15 – 0,25 м) (див. ф-лу 2.11).

Крім того, дійсна швидкість повинна бути не менше (4...6) м/с.

Кількість галерей повинно бути не менше двох.

Водоскидні греблі

3.1. Визначення розмірів отворів греблі (гідравлічний розрахунок)

Пропуск паводкових витрат через гідровузол виконують за допомогою гребель різних конструкцій.

Для проектування запропоновано два варіанта гребель:

а) щитова гребля;

б) комбінована (частина греблі по довжині є щитовою, а друга частина представляє собою автоматичний водозлив).

Кожен студент розраховує ту греблю, яка вказана в завданні.

Гідравлічний розрахунок водоскидних споруд виконують на пропуск розрахункових витрат різних забезпеченостей для двох розрахункових випадків: а) основного; б) повірочного. Відсоток забезпеченості розрахункових витрат залежить від класу капітальності споруди і визначають за [12].

Для споруд четвертого класу капітальності відсоток забезпеченості паводкової витрати складає 5% для основного і 1% - для повірочного розрахункових випадків.

Пропуск розрахункової паводкової витрати для основного розрахункового випадку повинен забезпечуватися через основні водоскидні влаштування при їхньому повному відкритті при нормальному підпірному горизонті (НПГ) води у верхньому б’єфі .

Пропуск розрахункової паводкової витрати для повір очного розрахункового випадку повинен забезпечуватися через всі водоскидні, водозабірні та промивні пристрої при повному їх відкритті при форсованому підпірному горизонті води в верхньому б’єфі.

Щитова гребля

а) основний розрахунковий випадок

Довжина водоскидного фронту щитової греблі залежить від прийнятої питомої витрати . Питома витрата залежить від виду ґрунту підошви греблі. Згідно рекомендацій [6, стр. 114 ] для низько- і середньо напірних гідровузлів питому витрату можна прийняти: для нескельних підвалин представлених щільними пісками та щільними глинами – до 8...10 м²/с, для дрібнопісчаних підвалин та неміцних грунтів зв’язних (з модулем деформації Е<15кгс/см²) – 2…6 м²/с; для напівскельних і скельних підвалин по (30...35) м²/с.

Тоді довжина водоскидного фронту щитової греблі

(3.1)

де - розрахункова паводкова витрата (витрата повені) для першого розрахункового випадку: (із завдання);

- загальна пропускна витрата донних промивних галерей.

Отримане значення довжини водоскидного фронту розділяють на прольоти стандартної величини [6]. В водозабірних гідровузлах бажано мати водоскидні прольоти греблі шириною 10...12 м [5, стр. 138].

Визначають напір на порозі греблі із рівняння витрати

, (3.2)

де - коефіцієнт бокового стискання (зжимання), =0,9 – 0,96;

- коефіцієнт підтоплення, попередньо приймаємо рівним 1,0;

- швидкість підходу води до водозливних прольотів (нею нехтуємо);

- коефіцієнт витрати, приймаємо в залежності від типу водозливу (як правило порог водоскиду виконують по типу водозливу практичного профілю полігонального обрису, або за формою водозливу з широким порогом.

Визначають відмітку порогу греблі

. (3.3)

Відмітку порогу одного із прольотів щитової греблі, який знаходиться біля водоскидної споруди, ув’язують з відміткою дна донних промивних галерей і приймають не вище останньої (для кращого змиву наносних відкладень у верхньому б’єфі при промивці).

Після цього уточнюють коефіцієнти , , , напір і .

Лід пропускають через козирки щитків, які мають висоту

а³(1,75¸2,00) d, (3.4)

де d - максимальна товща льоду (із завдання), або як для степової зони України, зокрема річок басейну Дніпра – 30 – 50см, басейну Сіверського Дінця – 43 – 55см, Південного Бугу – 30 – 42см, Дністра – 17 – 50см [15].

б) Повірочний розрахунковий випадок

Найменші розміри прольотів греблі повинні забезпечувати пропуск максимальної повірочної паводкової (повеневої) витрати води розрахункової забезпеченості при горизонті води в верхньому б’єфі, яка не перевищує ФПГ.. (В роботі за розрахункову приймають витрату . Так як ФПГ невідомий, то розрахунок полягає в визначенні ФПГ.

Визначають напір на порозі греблі за залежністю (6.2), де (із завдання).

Визначаємо :

. (3.5)

При відомих відмітках НПГ та ФПГ визначають відмітку гребня земляної греблі, верху прольотної будови бетонних споруд з урахуванням накату вітрової хвилі і нагону води. (В роботі можна прийняти перевищення відмітки гребня земляної греблі над відміткою НПГ рівним 2,0...2,5 м).

Комбінована гребля

Комбінована гребля складається із автоматичної водозливної частини, яка призначена в основному для пропуску льоду, шуги, плавника, зрізу піку раптового паводку, і щитової частини, яка розташовується поряд із водоскидною спорудою і призначеною для пропуску паводку і змиву наносних відкладень із верхнього б’єфу в нижній.

Комбіновану греблю також розраховують для двох розрахункових випадків: а) основного; б) повір очного.

а) Основний розрахунковий випадок.

Через щитову греблю скидають витрату приблизно рівну (0,4...0,5) .

Розрахунок виконують в послідовності, яка викладена в п. 3.1.1., за формулами (3.1), (3.2), (3.3). При цьому (із завдання), а в формулах (3.1) і (3.2) не враховують.

Витрату, яка залишилася під час паводку скидають через автоматичну водозливну греблю. Відмітку порогу і ширину водозливного фронту греблі визначають із умов підтримки необхідного мінімального рівня води в верхньому б’єфі для забору води в каналах і із умов пропуску паводкових вод. Розрахунок виконують шляхом сумісного рішення двох рівнянь (рис. 6.1):

, (3.6)

, (3.7)

де - ширина водозливної греблі;

=2,1 і =1,8 – приведені коефіцієнти витрати другого роду (m× )×;

- глибина води в верхньому б’єфі при ;

- глибина води в верхньому б’єфі при мінімальному рівні ;

- висота порогу автоматичної греблі.

Значення глибини та висоти порогу зручніше брати в відмітках відповідно до завдання.

Вирішуючи сумісно рівняння (3.6) і (3.7), визначають ширину греблі і її висоту .

Тоді відмітка порогу автоматичної греблі

. (3.8)

Під час льодоходу лід скидається через автоматичну греблю при відкритих отворах щитової греблі. При цьому напір на порозі автоматичної греблі

, (3.9)

де - витрата річки в період льодоходу (в роботі приймаємо = із завдання).

Для забезпечення пропуску льоду без перешкоджань через греблю необхідно, щоб виконувалась умова

, (3.10)

де - максимальна товща льоду (із завдання).

б) Повірочний розрахунковий випадок

Максимальна паводкова (повенева) повірочна витрата розрахункової забезпеченості (в роботі ) скидається через щитову і автоматичну греблі знайдених раніше розмірів при відмітці горизонту води в верхньому б’єфі, рівному . Так як невідома, то розрахунок полягає в визначенні .

, (3.11)

або

, (3.12)

де і - напори відповідно на порозі щитової і автоматичної греблі під час пропуску паводкової (повеневої) витрати

Так як і є невідомими, то задача вирішується підбором графоаналітичним способом наступним чином. Попередньо назначають 3 - 4 значення дещо більше (на 0,2...1,5 м), наприклад 0,15; 0,3; 0,7; 1,0 м.. Із рівняння (3.11) і (3.12) знаходять і , після чого визначають , , . Сумуючи отримані витрати і порівнюючи з , робимо відповідні висновки про правильність призначення , або будують графік åQ=f(ФПГ) за яким і визначають ФПГ. Так, якщо умова виконується, що

+ + = , (3.13)

то назначений правильно.

Розрахунки доцільно вести в табличній формі.