Определение параметров волн и высоты ветрового нагона воды в водохранилище

 

При проектировании земляных плотин выполняются расчеты по определению отметки гребня и размеров крепления верхового откоса. Исходными данными для выполнения таких расчетов являются высота ветрового нагона воды ∆ h_set и параметры волн в водохранилище. В число параметров волн входит высота волны 1% обеспеченности в системе волн h _1%, средняя длина волны λ_m, средний период волны T_m.

Высота ветрового нагона воды и параметры волн должны определяться для двух случаев стояния статических уровней воды в водохранилище:

а) при нормальном подпорном уровне (НПУ), относимому к основному сочетанию нагрузок и воздействий;

б) при форсированном подпорном уровне (ФПУ), относимому к особому сочетанию нагрузок и воздействий.

Значения величин ∆ h_set и h _1%, λ_m, T_m определяются согласно СНиП 2.06.04-82* [11] в зависимости от расчетной скорости V_w, направления и продолжительности действия ветра, длины разгона волны L, средней глубины водохранилища H_m. При определении значений величин ∆ h_set и h _1%, λ_m, T_m обеспеченность расчетной скорости ветра следует принимать в зависимости от расчетного сочетания нагрузок и воздействий. При основном сочетании нагрузок и воздействий (НПУ в верхнем бьефе) обеспеченность скорости ветра следует принимать для сооружений I, II классов – 2% (1 раз в 50 лет) и III, IV классов – 4% (1 раз в 25 лет). Для особого сочетания нагрузок и воздействий (при ФПУ в верхнем бьефе) обеспеченность скорости ветра следует принимать для сооружений I, II классов – 20%, для III класса – 30% и для IV класса – 50%.

Высота ветрового нагона воды ∆ h_set при известной скорости ветра V_w может быть найдена по формуле (СНиП 2.06.04-82* [11])

, (2.1)

где V_w – расчетная скорость ветра, м/с; L – длина разгона волны, м; H_m – средняя глубина воды в водохранилище при расчетном уровне, м; a_w – угол между продольной осью водохранилища и направлением ветра, град.; k_w – коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости ветра по линейной зависимости k_w = (0.3 + 0.09· V_w)·10^-6 (здесь V_w принимается в м/с).

Средняя высота волны h_m, средний период волны T_m, средняя длина волны λ_m и высота волны 1% обеспеченности в системе волн h _1% могут быть найдены по формулам

, (2.2)

, (2.3)

. (2.4)

. (2.5)

Как указывалось выше, значения высоты ветрового нагона и параметров волн должны определяться для двух уровней воды в водохранилище НПУ и ФПУ. Для каждого из этих уровней должны приниматься соответствующие значения расчетной скорости ветра, длины разгона волны и средней глубины воды в водохранилище. В задании на выполнение курсового проекта приведены значения расчетной скорости ветра и длины разгона волны при НПУ в водохранилище (V_{w 1}, и L ₁) и при ФПУ в водохранилище (V_{w 2}, и L ₂). Значение средней глубины воды в водохранилище в курсовом проекте следует принять равным 0.6 максимальной глубины воды перед плотиной соответственно при НПУ и ФПУ, т. е.

H_{m 1} = 0.6·(Z_НПУ - Z_дна), H_{m 2} = 0.6·(Z_ФПУ - Z_дна).

В курсовом проекте следует принять значение угла между продольной осью водохранилища и направлением ветра равным a_w = 0 град.

Вместо формул (2.2 – 2.6) можно воспользоваться графиками, приведенными в нормах проектирования (СНиП 2.06.04-82* [11]).

Ниже приведен пример расчета по определению высоты ветрового нагона и параметров волн в водохранилище.

Пример 2.1. Определение высоты ветрового нагона и параметров волн в водохранилище.

Исходные данные

1. Данные о расчетных уровнях воды в водохранилище

1.1. Отметка нормального подпорного уровня (НПУ) Z_НПУ = 162.3 м

1.2. Отметка форсированного подпорного уровня (ФПУ) Z_ФПУ = 163.1 м

2. Данные о расчетных скоростях ветра

2.1. Расчетная максимальная скорость ветра при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий V_{w 1} = 25.3 м/с

2.2. Расчетная максимальная скорость ветра при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий V_{w 2} = 20.1 м/с

3. Данные о длине разгона волны

3.1. Длина разгона волны при НПУ в водохранилище L ₁ = 2560 м

3.2. Длина разгона волны при ФПУ в водохранилище L ₂, = 2590 м

4. Данные о средних глубинах воды в водохранилище

4.1. Средняя глубина воды в водохранилище при НПУ H_{m 1} = 11.5 м

4.2. Средняя глубина воды в водохранилище при ФПУ H_{m 2} = 12.1 м

5. Угол между продольной осью водохранилища и направлением

ветра a_w = 0 град

Расчет

1. Определение высоты ветрового нагона воды ∆ h_{set 1}, средней высоты волны h_{m 1}, м, среднего периода волны T_{m 1}, с, средней длины волны λ_{m 1}, м, высоты волны 1% обеспеченности h _1%1, м, для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище

1.1. Находится высота ветрового нагона воды ∆ h_{set 1}, м

1.2. Вычисляются средние значения высоты h_{m 1}, м, и периода T_{m 1}, с, волны

1.3. Определяется средняя длина волны λ_{m 1}, м

м.

1.4. Находится высота волны 1% обеспеченности в системе волн h _1%1, м

2. Определение высоты ветрового нагона воды ∆ h_{set 2}, средней высоты волны h_{m 2}, м, среднего периода волны T_{m 2}, с, средней длины волны λ_{m 2}, м, высоты волны 1% обеспеченности h _1%2, м, для особого сочетания нагрузок и воздействий при ФПУ в водохранилище

2.1. Находится высота ветрового нагона воды ∆ h_{set 2}, м

2.2. Вычисляются средние значения высоты , м, и периода , с, волны

2.3. Определяется средняя длина волны λ_{m 2}, м

м.

2.4. Находится высота волны 1% обеспеченности в системе волн h _1%2, м