Гидравлический расчет водобойных колодцев

Водонепроницаемое покрытие дна в верхнем бьефе, которое при­мыкает к телу водоподпорного сооружения и служит для удлинения пу­тей фильтрации и крепления дна, называют понуром. Массивную пли­ту, воспринимающую основное динамическое воздействие потока воды, сбрасываемого из верхнего бьефа в нижний и защищающую русло во­дотока и грунта основания сооружения от размыва, называют водо­боем.

Укрепленный участок русла водотока, расположенный за во­добоем, представляет собой рисберму.

Водобойный колодец - это углубление в водобое, ус­траиваемое с целью гашения кинетической энергии потока в нижнем бьефе.

При h″_c > h_НБ переход бурного потока в спокойное состояние про­исходит в нижнем бьефе в виде отогнанного гидравлического прыжка (см. рис.1), что, как правило, недопустимо или требует усиление водобоя.

Гашение энергии потока достигается путем перевода отогнан­ного прыжка в затопленный.

На рис.2 показан перелив воды через криволинейный безвакуумный водослив и движение воды в нижнем бьефе в предположении, что водобойный колодец выполнил свою функ­цию.

Рис. 2 - Сопряжение бьефов в виде затопленного гидравлического прыжка при наличии водобойного колодца

Требуется рассчитать глубину d_кол и длину L_кол водобойного колодца.

В данном случае колодец образован понижением отметки водо­боя на длине L_кол. При этом образуется вертикальный водобойный ус­туп высотой d_кол.

Будем рассматривать плоскую задачу: ширина потока в нижнем бьефе прямоугольная и одинаковая по длине потока.

Расход воды, ши­рина потока в верхнем бьефе и длина водослива по его гребню извест­ны.

Рекомендуется следующая методика гидравлического расчета водо­бойного колодца:

1. Определение напора над водосливом.

Воспользуемся формулой расхода жидкости через водослив практического профиля криволинейного очертания:

Так как вопрос о расчёте колодца возникает толь­ко при условии, что водослив неподтопленный, то

σ_п = 1,0

Выражая напор, получим:

2. Определение сжатой глубины воды в нижнем бьефе при отсутст­вии водобойного колодца (рис. 1)

Такой расчет необходим, так как сопряжение при затопленном гидравлическом прыжке возможно и при отсутствии водобойного колодца.

Запишем уравнение Бернулли для сечения потока перед водосли­вом и для сжатого сечения в нижнем бьефе относительно плоскости О - О:

где V_с - средняя скорость потока в сжатом сечении.

Рис. 2 - Сопряжение бьефов в форме затопленного прыжка при наличии во­добойного колодца

Решая это уравнение относительно V_с с учетом ранее принятых обо­значений полного напора и коэффициента скорости, получим:

Так как Q = b·h_c ·V_c, то

Глубина h_с находится способом последовательных приближений.

Чтобы найти ориентировочное значение h_с, в первом приближении можно под корнем принять h_с = 0.

---

Дата добавления: 2015-10-21