Коренное улучшение затруднительного участка реки комплексом дноуглубительных и выправительных работ

Для вычисления скорости подхода v₀ заданный расход должен быть поделён на площадь щ_в.б живого сечения верхнего бьефа:

v₀ = Q_нс.п / щ_в.б.

Ширина водослива при определении напора на запруде принимается равной b = (0,7 ч 0,8) · B, где B - ширина несудоходного рукава в створе запруды при уровне верхнего бьефа (этим соотношением учитывается, что при меженных уровнях прикорневые части запруды осушены).

Для определения величины B на расчётном профиле сечения в створе запруды наносится линия, соответствующая уровню верхнего бьефа. Для этого от линии расчётного среднемеженного уровня H_ср.м необходимо отложить разницу между отметкой верхнего бьефа и отметкой свободной поверхности при бытовом состоянии в условной системе высот в створе запруды (Z_в.б ? Z^з_ср.м). Значение берётся из табл. 6 для сечения в створе запруды.

Расчёт напора на запруде H приходится выполнять подбором, так как до выполнения расчёта неизвестен тип водослива, определяющий величину коэффициента расхода m_р, а также не решён вопрос о затоплении водослива, а, соответственно, неизвестен и коэффициент подтопления у_п.

Расчёт в этом случае сводится к следующему:

1) Задаются формой водослива, то есть шириной по гребню b_г и заложением верхового m_в и низового m_н откосов. В курсовом проекте предполагается возведение запруды из каменной наброски с устройством расстилочного тюфяка в основании. Запруда из каменной наброски в поперечном профиле имеет форму трапеции с шириной по гребню 1,5 ч 4,0 м и откосами: верховым (напорным) от 1 : 1 до 1 : 1,5, низовым (сливным) от 1 : 1,5 до 1 : 2. В данной работе ширина по гребню принимается равной b_г = 3,0 м, а заложение верхового и низового откосов, соответственно, m_в = 1 и m_н = 2.

2) Определяют ширину несудоходного рукава в створе запруды B при уровне верхнего бьефа и вычисляют ширину водослива по длине запруды b. Для этого на отдельном листе вычерчивается поперечный профиль сечения в створе запруды и показываются все уровни воды. В данной работе принимаются B = 73,5 м и b = 0,8 · B = 0,8 · 73,5 = 58,8 м.

3) Вычисляют скорость течения v₀ на подходе к запруде. Для этого предварительно определяют площадь живого сечения верхнего бьефа щ_в.б. В данной работе v₀ = 125,2 / 173,3 = 0,72 м/с.

4) Подбор величины напора на запруде H начинают с предположения, что запруда работает как незатопленный водослив с широким порогом. В этом случае у_п = 1,0 и m_р = 0,34. Подставляют эти значения в формулу и вычисляют значение напора H. Затем выполняют проверки затопленности водослива и типа водослива. Если в результате подсчёта окажется, что H ? 0,5 · b_г (отвечает случаю работы запруды в качестве водослива с широким порогом) и при этом отношение h_п / H ? 0,8 (соответствует водосливу с широким порогом в незатопленном состоянии), то найденное значение напора H является окончательным. Высоту подтопления h_п вычисляют по зависимости h_п = H ? ДZ_з.

В данной работе по расчёту имеем следующее значение напора:

H = (125,2 / (0,34 · 1,0 · 58,8 · v(2 · 9,81))^2/3 ? 0,72² / (2 · 9,81) = 1,23 м.

По условию 1,23 < 0,5 · 3,0 запруда работает в качестве водослива с широким порогом. Далее определяется высота подтопления:

h_п = 1,23 ? 0,15 = 1,08 м

и отношение h_п / H:

h_п / H = 1,08 / 1,23 = 0,88 > 0,8.

Такое соотношение соответствует полузапруде, работающей в качестве водослива с широким порогом в затопленном состоянии.

Поскольку указанные выше условия не соблюдаются, то необходимо задаваться новыми значениями напора H для определения коэффициентов у_п и m_р и повторять расчёт до тех пор, пока значение H, которым задавались, совпадёт с таковым, полученным по формуле.

В этом случае задачу подбора величины напора можно упростить, если решать её графически. Для этого надо задаться 3 ч 4 значениями полного напора H₀ (с учётом скорости подхода), подсчитать отвечающие им значения h_п = H₀ ? ДZ_з, h_п / H₀ и найти по графику значения коэффициента подтопления у_п. Для водослива практического профиля (H > 0,5 · b_г) находят кроме того и зависящие от величины H₀ значения коэффициента расхода по графику m_р = f(H / b_г). Для водослива с широким порогом m_р = 0,34 является постоянным.

Далее вычисляют значения расходов воды Q по формуле водослива:

Q = у_п · m_р · b · v(2 · g) · H₀^3/2

и найденные 3 ч 4 значения расхода воды Q наносятся на график в зависимости от заданных значений H₀, и по полученным точкам проводится кривая Q = f(H₀). Искомая величина полного напора H₀ снимается с кривой по заданному проектному расходу в несудоходном рукаве Q_нс.п. В данной работе H₀ = 1,81 м. Так как расчёт даёт величину напора с учётом скорости подхода (полный напор), то для получения напора H необходимо воспользоваться соотношением:

H = H₀ ? v₀² / (2 · g) = 1,81 ? 0,72² / (2 · 9,81) = 1,78 м.

Расчёты расхода Q сводятся в табл. 10.

Таблица 10

Вычисление расхода воды Q по формуле водослива

По условию 1,78 > 0,5 · 3,0 запруда работает в качестве водослива практического профиля.

Исходя из полученных данных, имеем 2 варианта для запруды:

- в первом случае запруда работает как водослив с широким порогом;

- во втором случае запруда работает как водослив практического профиля.

При этом разница между расчётными напорами является достаточно большой. По этой причине в данной работе был выбран первый вариант, в котором запруда работает как затопленный водослив с широким порогом. Тогда окончательное значение напора H = 1,23 м.

5) После того, как напор на запруде будет найден, определяют отметку гребня запруды:

Z_г = Z_в.б ? H = 10,18 ? 1,23 = 8,95 м

и определяют высоту запруды:

P_з = Z_г ? Z_д = 8,95 ? 6,39 = 2,56 м.

где Z_д - отметка дна в створе сооружения.

Отметка дна Z_д находится по известной отметке свободной поверхности воды при бытовом состоянии Z^з_ср.м в условной системе высот и максимальной глубине h_max в створе запруды:

Z_д = Z^з_ср.м ? h_max = 10,04 ? 3,65 = 6,39 м.

5.5 Определение режима сопряжения бьефов и назначение длины крепления дна в нижнем бьефе запруды

Весьма важным для работы запруды является режим сопряжения переливающегося через гребень сооружения потока с нижним бьефом. Возможны 2 режима сопряжения потока с нижним бьефом - поверхностный и донный.

На режимы сопряжения потока с нижним бьефом влияют 4 основных фактора:

- поперечный профиль запруды (заложение низового откоса m_н);

- переливающийся через запруду удельный расход воды q;

- уровень нижнего бьефа (величина подтопления h_п);

- фаза колебания уровня воды (спад или подъём).

В зависимости от режима сопряжения потока назначается длина крепления дна в нижнем бьефе запруды. Крепление устраивается для предотвращения размыва дна ниже сооружения.

Определение режима сопряжения потока выполняется в следующей последовательности:

1) Подсчитывается величина подтопления h_п = 1,23 ? 0,15 = 1,08 м и удельного расхода воды, переливающейся через гребень запруды:

q = Q_нс.п / b = 125,2 / 58,8 = 2,13 м²/с.

2) Высота подтопления h_п и удельный расход q пересчитываются для запруды высотой 1 м по формулам:

h_п = h_п / P_з = 1,08 / 2,56 = 0,42 м;

q = q / P_з^1,5 = 2,13 / 2,56^1,5 = 0,52 м²/с.

3) По найденным значениям h_п и q и известному значению низового откоса m_н = 2 с помощью экспериментальных графиков устанавливают наиболее вероятный режим сопряжения потока с нижним бьефом при пропуске через гребень запруды проектного расхода воды. При этом предполагается, что после возведения запруды ожидается спад уровней. В данной работе подсчитанные значения попали в переходную зону, по которой нельзя явно определить режим сопряжения бьефов. Однако, поскольку предполагается спад уровня воды, то из рекомендаций учебника находим, что наиболее вероятный режим сопряжения бьефов в таком случае - поверхностный.

После установления режима сопряжения потока вычерчивается схема полученного режима с указанием основных вычисленных отметок и размеров поперечного профиля запруды.

4) Определяется длина крепления дна в нижнем бьефе запруды в зависимости от режима сопряжения потока. В данной работе длина крепления дна принимается равной l_кр = (3 ч 5) · P_з = (3 ч 5) · 2,56 = 10,0 м.

Размещено на Allbest.ru