Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Гидравлический расчет запруд




Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 

Последовательность расчета одиночной запруды в двухрукавном разветвлении русла.Задача расчета запруды сводится к нахождению ее высоты и длины крепления дна в нижнем бьефе.

Общая схема определения высоты запруды состоит в расчете кривых свободной поверхности в рукавах в бытовом и проектном распределении расходов при расчетном уровне воды. В результате построения кривых свободной поверхности находят отметки уровней верхнего (перед запрудой) и нижнего (за запрудой) бьефов. Затем определяют напор воды на гребне запруды, необходимый для пропуска через ее гребень проектного расхода несудоходного рукава. Значение напора воды вычитают из отметки верхнего бьефа и получают искомую отметку гребня запруды. При этом весь расчет выполняют для бытового состояния русла и, следовательно, он соответствует первому моменту работы запруды непосредственно после ее возведения.

 

Расчет делается в таком порядке, как показано ниже.

1. Выбирают расчетный уровень и устанавливают расчетный расход воды. Часто при расчетах запруд меженного действия за расчетный уровень принимают среднемеженный уровень воды.



2. Производят разбивку затруднительного участка на расчетные участки с таким условием, чтобы в пределах каждого расчетного участка гидравлические элементы потока изменялись однозначно (только увеличивались или уменьшались). Обычно граничные поперечники назначают в глубоких и мелких, а также в широких и узких местах русла (рис. 10.22). Начальный (перед островом) и конечный (за островом) поперечники назначают в тех местах, где поперечный уклон воды незначительный.

3. Вычерчивают поперечные профили русла во всех граничных сечениях до расчетного уровня и подсчитывают гидравлические элементы потока: площадь w, ширину по зеркалу воды В, среднюю глубину h=w/В, модуль расхода (где – коэффициент Шези по Маннингу, п – коэффициент шероховатости русла) и модуль сопротивления русла , (где – среднеарифметическое значение модулей расхода в граничных сечениях расчетного участка, длина которого равна Dl).

 

Рис. 10.22. План участка разветвления русла с разбивкой на расчетные участки

при одиночной запруде (№1) и двух запрудах (№1 и №2)

 

При этом начальный и конечный профили русла делят на две части, относящиеся к судоходному и несудоходному рукавам (рис. 10.23).

 

 

Рис. 10.23. Поперечные профили русла при расчетном уровне для сечения:

а – начального (см. 1-1' на рис. 10.22); б – конечного (см. 5-5')

4. Подсчитывают бытовое распределение расхода воды по рукавам:

, (10.22)

где: Q – расчетный расход воды;

SFc, SFнс сумма модулей сопротивления соответственно судоходного и несудоходного рукавов.

 

5. Подсчитывают падения уровня на каждом расчетном участке в судоходном и несудоходном рукавах

, (10.23)

и затем определяют отметки свободной поверхности воды в каждом граничном сечении.

6. Вычисляют значение проектного расхода в судоходном рукаве

, (10.24)

где: wпрк – площадь поперечного сечения на гребне переката;

uп – расчетная скорость течения, необходимая для размыва дна в пределах

судового хода.

 

Здесь расчетная скорость подсчитывается по формуле

, (10.25)

где: Кзап = 1.2-1.5 – коэффициент запаса (для однородных грунтов меньше, а для разнородных грунтов больше);

uразм = 1.3uнр – размывающая скорость;

uнр – неразмывающая скорость (по формуле В.Н. Гончарова).

 

Если в судоходном рукаве несколько перекатов, то вычисления проводят для каждого из них. В случае двух или трех перекатов за проектный расход принимают наибольшее полученное значение расхода. При большем числе перекатов за проектный расход принимается среднеарифметическое значение из двух-трех полученных наибольших значений расхода.

7. Производят сравнение бытового и проектного расходов воды в судоходном рукаве. При этом встречаются три случая:

1. Qс.п<Qс.б<Qзапруда не нужна;

2. Qс.б<Qс.п<Q – нужна запруда меженного действия;

3. Qс.б<Qс.п>Q – нужна запруда весеннего действия.

В первом случае запруда не нужна, требуется ликвидировать интенсивное поступление наносов в судоходный рукав или углубить трудноразмываемое дно перекатов дноуглубительными снарядами. В третьем случае необходимо выбрать за расчетный уровень не среднемеженный, а более высокий, чтобы углубление перекатов судоходного рукава произошло под действием большого расхода воды в период спада паводка. Однако чаще всего встречается второй случай, предусматривающий активную работу запруды только в меженный период времени.

8. Задаются двумя другими значениями уровня воды во всех поперечных сечениях расчетных участков, подсчитывают дополнительные значения величин w, В, h, К, F и строят графики зависимости F=f(Zc) судоходному и несудоходному рукавам (рис. 10.24). Здесь Zc – средняя отметка уровня воды на соответствующем расчетном участке (I–X).

 

 

Рис. 10.24. Графики зависимости :

а – судоходный рукав; б – несудоходный рукав

 

По способу Н.Н. Павловского графически находят падения уровня на расчетных участках, отметки уровня верхнего Zв.б и нижнего Zн.б бьефов и величину перепада воды на запруде DZ3 при проектном распределении расходов по рукавам.

Для этого предварительно вычисляют значения:

. (10.26)

 

Построения начинают по судоходному рукаву от известной отметки уровня в нижнем сечении Zн, проводя лучи под углом jс к вертикальной оси Zс с использованием кривой F=f(Zc) соответствующего расчетного участка (см. рис. 10.24). В результате находят падения уровней на расчетных участках DZi и отметку уровня Zв в верхнем сечении участка.

Полученная отметка Zв по горизонтали или с учетом поперечного уклона переносится на график F=f(Zc) несудоходного рукава, где построения выполняют, спускаясь от Zв под углом jнс, и находят отметку Zв.б верхнего бьефа запруды. Затем под тем же углом jнс проводят лучи, поднимаясь от Zн, и определяют отметку Zн.б нижнего бьефа запруды.

После этого легко определяется перепад уровней на запруде как разница отметок верхнего и нижнего бьефов запруды.

По данным расчетов п.5 и п.8 строят кривые свободной поверхности воды в рукавах при бытовом и проектном расходах. Это построение дает наглядное представление о влиянии запруды на положение уровней воды в рукавах по длине затруднительного участка (рис. 10.25).

 

Рис. 10.25. Кривые свободной поверхности в рукавах:

I и III – проектное и бытовое состояния в несудоходном рукаве;

II и IV – то же в судоходном рукаве; 1-10 – поперечные сечения

 

9. Вычисляют значение напора воды на запруде (рис. 10.26) по формуле водослива

, (10.27)

 

где: Qнс.п = Q – Qсп – проектный расход, переливающийся через гребень запруды;

u0 – скорость течения на подходе потока к створу запруды.

 

 

Рис. 10.26. Схема к определению напора воды на запруде

 

Значения коэффициента расхода тр, приведенные на рис. 10.27, зависят от отношения напора воды на запруде Н и ширины ее гребня bг. Значения коэффициента подтопления sп для водослива с широким порогом и практического профиля, приведенные на рис. 10.28, находятся в зависимости от отношения величины подтопления hn=H–DZ3 и напора воды на запруде Н.

Таким образом, вычисление напора воды на запруде по формуле (10.27) можно выполнять методом подбора, предварительно задаваясь значением Н. При отношении (Н/bг)>0.5, что соответствует случаю работы запруды в потоке в стадии водослива практического профиля, значения коэффициента расхода тр снимаются с графика тр=f(H/bг) с учетом заложения низового откоса сооружения.

Значения (Н/bг)£0.5 соответствуют случаю работы запруды в потоке в стадии водослива с широким порогом, для которого значение коэффициента расхода принимается постоянным тр=0.34.

    Рис. 10.27. График зависимости коэффициента тр=f(H/bг): 1 – при вертикальном и одиночном заложении низового откоса; 2 – при двойном заложении низового откоса       Рис. 10.28. График зависимости коэффициента sр=f(hп/Н): 1 – при водосливе практического профиля; 2 – при водосливе с широким порогом  

 

Подбор значения напора воды Н при расчетах по формуле (10.27) удобнее начинать с предположения, что запруда работает как незатопленный водослив с широким порогом. В этом случае коэффициенты таковы: тр=0.34 и sп=1.0. Если в результате подстановки значений этих коэффициентов по формуле (10.27) получится Н<0.5bг и при этом , то найденное значение напора воды является окончательным.

Если указанные условия не соблюдаются, то необходимо задаваться новыми значениями напора воды Н и расчет по формуле (10.27) повторять до тех пор, пока значение Н, которым задались, совпадет с таковым, полученным по формуле (10.27).

10. Находят отметку гребня запруды

. (10.28)

 

Определив Zг, легко найти ее высоту (см. рис. 10.26) при известных отметках дна Zг в створе сооружения

. (10.29)

 

11. Подсчитывают величины подтопления и удельного расхода воды, переливающегося через гребень запруды

, (10.30)

где: lз – длина гребня запруды.

Высоту подтопления hn и удельный расход воды q пересчитывают для запруды высотой 1 м по таким формулам:

, (10.31)

. (10.32)

По найденным значениям и q' и известному поперечному профилю сооружения с помощью графиков, приведенных на рис. 10.21, устанавливают наиболее вероятный режим сопряжения потока с нижним бьефом при пропуске через гребень запруды проектного расхода воды.

12. Определяют длину крепления дна в нижнем бьефе запруды в зависимости от режима сопряжения потока. Для очень низких, всегда затопленных запруд, работающих в потоке при поверхностном режиме, длина крепления дна принимается равной lкр=3Р3.

В случае низких полузатопленных запруд, у которых преобладает поверхностный режим, но в начальной стадии перелива при низких меженных уровнях может быть донный режим, длина крепления дна lкр=(5¸6)Р3.

Если запруды достаточно высокие, с преобладанием донного режима, то длина крепления дна lкр=10Р3, так как в этом случае размыв дна возможен даже за пределами водоворотной области до створа полного выравнивания эпюры скоростей течения.

При проектировании нескольких запруд в двухрукавном разветвлении русла большой длины задача расчета сводится к нахождению высоты каждой запруды и длины крепления дна в их нижних бьефах.

Выше, на рис. 10.22, приведена расчетная схема расположения двух запруд в двухрукавном разветвлении русла. Последовательность расчета остается такой же, как и в случае одиночной запруды, однако, имеется некоторая особенность выполнения расчетов перепадов уровней на запрудах в несудоходном рукаве (см. рис. 10.29).

Для этого на графике F=f(Zc) проводят лучи под углом jнс, спускаясь от Zв, и находят отметку верхнего бьефа запруды № 1. Затем проводят лучи под тем же углом jнс, поднимаясь от Zн, и определяют отметку нижнего бьефа запруды № 2.

После этого задаются перепадом уровней на одной из запруд, например на запруде № 1, равным , и находят отметку нижнего бьефа запруды № 1.

 

 

Рис. 10.29. График зависимости коэффициента F=f(zc)

при расчете двух запруд в несудоходном рукаве

 

Отметка является исходной для нахождения падений уровня на расчетных участках между запрудами. В результате, спускаясь от , находят отметку верхнего бьефа запруды № 2 и определяют перепад уровней на этой запруде .

Затем определяют напор воды, отметку гребня и длину крепления дна в нижнем бьефе раздельно для каждой запруды по тем же формулам, что и для одиночной запруды.




Читайте также:
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...
Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние...
Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас...
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (803)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.018 сек.)
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7