Вопрос 1: Выбор удельного расхода на рисберме.

Вопрос 1: Выбор удельного расхода на рисберме.

Удельный расход, т.е. расход, проходящий через 1 м ширины водопропускного фронта сооружения, является важнейшей характеристикой пропускной способности сооружения, а выбор его значения во многом определяет конструкцию водопропускного сооружения, режимы сопряжения бьефов и как следствие, технико-экономические показатели всего гидроузла.

Изменяя удельный расход, можно получить различные варианты конструктивного решения водопропускного сооружения и крепления верхнего и нижнего бьефов. При этом увеличение удельного расхода ведет к уменьшению ширины водопропускного сооружения и снижению его стоимости, но к увеличению затрат на крепление нижнего бьефа и его заглублении в основание.

На предварительных стадиях проектирования для выбора оптимального значения удельного расхода в нижнем бьефе водосливных плотин можно воспользоваться следующими способами:

1. По допустимым скоростям на рисберме:

Задаемся допустимой средней скоростью на рисберме в зависимости от вида грунта, на котором располагается рисберма:

- для песчаных грунтов: ; -для глинистых грунтов: .

Принимаем допускаемую не размывающую скорость , т.к. основание – суглинок.

Принимаем отметку поверхности воды на рисберме, равной отметке поверхности воды в реке в естественных условиях. И по кривой находим отметку уровня воды в нижнем бьефе при расчетном расходе. Расчетный расход равен , отметка нижнего бьефа равна . Зная отметку дна реки , находим глубину потока на рисберме:

Определяем удельный расход:

2. По яме размыва за креплением русла (способ Б.И. Студеничникова):

После схода потока с бетонного крепления рисбермы происходит размыв русла – образуется яма размыва. Задаваясь глубиной, при которой произойдет стабилизация ямы размыва, можно определить соответствующую предельную величину удельного расхода:

где - неразмывающая скорость на дне ямы размыва;

- глубина воды в яме размыва;

- коэффициент, учитывающий неравномерности распределения удельного расхода по ширине водосливного фронта (1,1-1,3).

Для определения неразмывающей скорости можно использовать эмпирическую формулу Студеничникова:

где - коэффициент размывающей способности потока (1,1);

- эквивалентный диаметр частиц грунта, залегающего на дне ямы размыва

3. По формуле Россинского:

,где

U01 – неразмывающая скорость при глубине потока 1м, для глины – 0.85

Определяем примерную ширину рисбермы плотины вдоль напорного фронта:

Удельный расход воды, т. е. расход через 1 м ширины В водопропускного фронта сооружения, равный q=Qв/B,

является важнейшей характеристикой пропускной способности сооружения, а выбор его значения во многом опреде­ляет конструкцию водопропускного со­оружения, режимы сопряжения бьефов, конструкцию крепления верхнего и нижнего бьефов и, как следствие, тех­нико-экономические показатели всего гидроузла.

Изменяя удельный расход, можно получить различные варианты конст­руктивного решения водопропускного сооружения и крепления верхнего и нижнего бьефов. При этом увеличение удельного расхода ведет к уменьшению ширины водопропускного сооружения и снижению его стоимости, но одновременно возрастают затраты на крепле­ние нижнего бьефа и его заглубление в основание. Очевидно, что увеличение удельных расходов экономически вы­годно лишь до известных пределов.

Наиболее обоснованно оптимальное значение удельного расхода q0 можно определить на основе технико-эконо­мического сравнения вариантов водо­пропускного сооружения с различными удельными расходами

Зависимость стоимости С крепления 1, водосбросного сооружения 2 и их общей стоимости 3 от удельного расхода

а — зона оптимальных удельных расходов

Имеется несколько упрощенных методов выбора оптимального значения удельного расхода. Все они основаны на том факте, что на набор удельного рас­хода определяющее влияние оказыва­ют грунты, слагающие русло реки, и деформации русла при размывах. По условиям обеспечения устойчивости и экономичности водосбросной плотины пропуск паводка с оптимальным удель­ным расходом приводит к деформациям русла, при которых глубина воды hp в яме размыва не превышает две-три глу­бины потока h2 на рисберме, т. е.

hp ≤(2 ÷ 3) h2.

На многоводных реках с большой (8— 10 м и более) глубиной воды принимают условие hp ≤ 2h2, а на реках с меньши­ми бытовыми глубинами — hp ≤ 3h2.

На основе опыта эксплуатации установлено, что условие (hp ≤(2 ÷ 3) h2), как правило, выполняется, если принять следующие значения скорости up, м/с, воды на рисберме: для песчаных грунтов up ≈ 2,5 ÷ 3, для глинистых up ≈ 3 ÷ 4, для полускальных (аргил­литы, известняки и др.) up ≈ 3,5 ÷ 4,5, для скальных up≥5. Тогда по принятой допустимой скорости up и при известной глубине h2 потока на рисберме удель­ный расход равен: q = up h2

На предварительных стадиях про­ектирования для выбора оптимального значения удельного расхода в нижнем бьефе водосливных плотин на много­водных реках можно воспользоваться формулой П. И. Гордиенко, основанной на обобщении большого натурного ма­териала и учитывающей мощность сбрасываемого протока воды q, м2/с:

q = 24Hс/ hp,

где HС=VНПУ—VНБmin— максимальный напор, действующий на плотину; hp — минимальный напор, действующий на плотину во время пропуска расчетного паводка.

Широко используется в проектной практике формула К. И. Российского: q = 1,7 u01 hp ^1,2

где u01— неразмывающая скорость при глубине потока 1 м; u01, м/с, для различных грунтов равна: песка среднего — 0,6; песка с гравием — 0,75; суг­линка и глины средней плотности — 0,85; гравия крупного или суглинка плотного — 1,0; песка гравелисто-галечникового, глины плотной или суг­линка тяжелого — 1,2.

Удельный расход на рисберме мо­жет быть также вычислен по формуле

,

если задаться глубиной ямы рамыва hp.

При выборе удельного расхода следует ориентироваться на практику про­ектирования. Например, для плотин с напором от 10 до 25 м принято: на песчаных основаниях — Цимлянская q=35м2/с, Куйбышевская q=41м2/с, Киевская q=51,2м2/с; на глинистых основаниях — Рыбинская (суглинок) q=55,8 м2/с, Нижне-Камская (глина) q=77 м2/с. На скальных основаниях допускаются еще большие удельные расходы: Кременчугская (граниты) q=107 м2/с, Колымская (граниты) q=150 м2/с, гидроузел Кариба (в ЮАР) q=176м2/с.

Дата добавления: 2015-09-29