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;

φ – коэффициент скорости 0,93÷0,95

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 ; .

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 (рис. )

Р_В – превышение гребня водосливной плотины над уровнем дна подводящего канала, принимается 0,5÷1,5.

Ширину канала по дну:

Ширину канала по урезу воды:

Гидравлический расчет сопрягающего сооружения типа быстроток (Рис.3).

· 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 (0,1÷0,15)h_к).

Ширина лотка сопрягающего сооружения считается из формулы расходов:

; ,

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

σ – коэффициент подтопления принимаем равным 1, т.к. входная часть всегда не подтоплена.

ε – 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 (рис.2) (рис. ). . При уклоне i≤0.18÷0.20 сопрягающее сооружение быстроток; при i>0.18÷0.20 – 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	ω	χ	R	n	C	K
0,43		6,88	16,86	0,408066	0,012	69,65703	306,1391
0,65		10,4	17,3	0,601156	0,012	75,26901	606,9364
0,7		11,2	17,4	0,643678	0,012	76,30491	685,6538
0,87		13,92	17,74	0,784667	0,012	79,38819	978,8991
2,61		41,76	21,22	1,967955	0,012	95,41613	5589,717

ω – площадь живого сечения водного потока для данной глубины

χ – 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 (рис.4)

· Используя график (рис.4) 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.

ω_cp – средняя площадь:

χ_cp – средний смоченный периметр:

R_cp – средний гидравлический радиус:

n – коэффициент шероховатости материала лотка (0,012)

С_ср – средний коэффициент Шези:

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

η – относительная глубина потока:

φ(η_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 (рис.5). 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: