Проектирование и расчет водоспуска

Водоспуск предназначен для выполнения двух задач:

а) круглогодичной подачи воды потребителю;

б) предпаводочного опорожнения водохранилища с целью создания дополнительной емкости для уменьшения величины сбросного расхода.

Водоспуск состоит из таких сооружений: башни (1) (рис. 10) или затопленного оголовка (1) (рис. 11), галереи (проходного или полупроходного типа) с трубопроводами (2), камеры переключений (4) (рис. 11) и отводящего канала.

Рисунок 10. Схема водоспуска башенного типа:

1 – башня управления; 2 – труба водоспуска

 

Рисунок 11. Схема донного трубчатого водоспуска:

1 – входной оголовок водоспуска; 2 – труба водоспуска; 3 – выходной оголовок; 4 – железобетонный колодец; 5 – задвижки; 6 – люк; 7 – стальная противофильтрационная диафрагма

 

В башне размещаются ремонтные и рабочие затворы, перекрывающие входные сечения труб, сороудерживающие решетки и механизмы для маневрирования ими, а также служебные помещения. Сечение башни в плане может быть круглым или прямоугольным. Размеры ее зависят от диаметра трубопроводов. Толщина стенок башни обычно уменьшается снизу вверх, но она не должна быть меньше 20 см.

Трубы малого диаметра могут быть металлическими или железобетонными. Металлические трубопроводы чаще всего укладываются внутри железобетонных галерей, которые используются в период возведения гидроузла для пропуска строительных расходов. Снаружи металлические трубопроводы покрываются антикоррозионным покрытием.

Трубы больших поперечных сечений выполняются из железобетона с круглыми, овальными или прямоугольными отверстиями. Трубы должны располагаться на плотном грунте основания на уровне подошвы плотины или ниже ее, в траншее. По длине трубы разрезаются температурно-осадочными швами на секции длиной не более I0...15 м. Для предотвращения фильтрации воды через швы они уплотняются шпонками, а для борьбы с контактной фильтрацией воды вдоль трубы, в местах стыков секций устанавливаются противофильтрационные ребра (диафрагмы).

Расчетный (максимальный) расход водоспуска может быть определен по одному из двух расчетов:

1-й расчет – круглогодичный пропуск воды потребителю через одну из двух труб, расположенных в галерее, м³/с:

Q_р1=V_в.о./55.2·10⁶, (35)

где V_в.о – полезная водоотдача водохранилища из табл.2.

2-й расчет – предпаводочное опорожнение, м³/с:

Q_р2= , (36)

где W_НПУ – объем водохранилища на отметке НПУ;

W_ОГВ – объем водохранилища на отметке ОГВ, определяется по построенным зависимостям объема водохранилища от отметок уровня воды;

Т – принятое время опорожнения водохранилища, с, (за 1-2 месяца перед половодьем);

n – число труб, не менее двух.

При этом следует предусматривать возможность отключения одной трубы (авария, плановый ремонт), и в этом случае оставшиеся трубы должны пропустить не менее 70% суммарного расхода.

Расчетным расходом будет больший из двух, как правило второй.

Установив расчетный расход, определяем диаметр трубопровода из соотношения:

(37)

где Н_ср - действующий напор, принимаемый равным:

(38)

m - коэффициент расхода трубопровода, определяемый из соотношения:

(39)

где ∑ξ – сумма всех местных коэффициентов сопротивления водоспуска:

Sx=x_вх+x_реш+x_з+x_дл, (40)

x_дл= (41)

где l - коэффициент сопротивления по длине трубы, принимаемый равным 0,025;

l_тр – длина трубопровода, м.

Все потери выписываем из [10]:

входное отверстие (плавный вход) x_вх=0,05; решетка при входе x_реш=0,2; затвор водоспуска (при неизвестной конструкции) x_з=0,2

Подбор диаметра трубы производим графоаналитически. Для этого, задаваясь рядом значений d, заполняем табл.3 и по ее данным строим график (рис.12).

Таблица 3

d,м		xдл	Sx	m
0,5
1,5
...

 

Расчетной величине d_р будет соответствовать ордината точки графика, абсцисса которой равна

 

 

Рисунок 12 График определения диаметра трубы водоспуска

Размеры галереи принимаем в зависимости от числа труб и их диаметра. Расстояние между трубами в свету 1.5×d, от верха галереи до трубопровода - 1.5×d, от труб до стен - 1.5×d. Низ труб над дном галереи возвышается не менее 0,3м.

Приложение 1

Гидрологические районы	Норма средне­годового стока (в л/сек с кв.км)	Лесистость (в проц.)	Заболоченность (в проц.)
Iа	3,5	4-55
I6	4.6	<1-44
IIа1	5,5	2-33
IIа2	3,5	1-2,0
IIб	2,5	1-20
IIв1	1,5	2-8
IIв2	2,5	1-11
IIв3	3,0	4-10
IIIа	1,0	<1-19
IIIб	1,5	<1-4
IIIв	0,2	0-1	<1
IIIг	1,5	<1	<1
IIIд	0,5	<1-14	<1
Б1		22-77
Б2		18-95
Б3		9.2-87
В1		8,4-96

Приложение 2

Ординаты кривых трехпараметрического гамма-распределения

Приложение 3

Потери воды на фильтрацию

Гидрологические условия	Величина фильтрации в год
слой воды, м	от объема, %
1. Хорошие гидрогеологические условия (водонепроницаемые грунты)	до 0,5	6-12
2. Средние условия (слабоводопроницаемые грунты)	0,5-1,0	12-24
3. Тяжелые условия (проницаемые породы)	1,0-2,0	24-36

Приложение 4

Основные параметры поперечного профиля автомобильных дорог

Катего- рия дороги	Ширина, м
проезжей части (А)	обочин (Б)	разделительной полосы	гребня плотины (bгр)
I.	15,0	3,75		27,5
II.	7,5	3,75	-	15,0
III.	7,0	2,5	-	12,0
IV.	6,0	2,0	-	10,0
V.	4,5	1,75	-	8,0

 

Рис. 1. Конструкции гребня плотины:

а – без парапета; б - с парапетом:

1 - проезжая часть, 2 - обочина; 3 - столбы-надолбы; 4 - парапет: 5 - крепление откоса (размеры в м)

 

Рис. 2. Конструкция гребня плотины с двухпутным железнодорожным полотном и автомобильной дорогой I категории

1 – силовое ограждение; 2 – леерное ограждение; 3 – водосборник; 4 – труба (dу=200 мм); 5 – лоток на откосе

 

Рис. 3. Конструкция гребня плотины с односкатным профилем и рассредоточенным водоотводом:

1 – силовое ограждение; 2 – леерное ограждение; 3 – решетка

 

Рис. 4. Конструкция гребня плотины с односкатным профилем и водосборным лотком:

1 – банкет; 2 – леерное ограждение; 3 – водосборник; 4 – труба

(dу = 200 мм); 5 – лоток на откосе

 

 

Приложение 5

Коэффициенты заложения откосов земляных насыпных плотин

 

Высота плотины, м	Заложение откосов
верхового	низового
<5	2,00-2,50	1,50-1,75
5-10	2,25-2,75	1,75-2,25
10-15	2,50-3,00	2,00-2,50
15-50	3,00-4,00	2,50-4,00
>50	4,00-5,00	4,00-4,50

 

Приложение 6

Значение коэффициента шероховатости

Характер откоса (тип покрытия)	Кш
1. Сплошное непроницаемое гладкое покрытие (асфальтобетон) 2. Бетонное покрытие 3. Мостовая 4. Наброска из округлых камней (булыжник); рваного камня крупных камней и массивов	1,0   0,9 0,75 0,6 0,5 0,3

 

 

Приложение 7

Ориентировочные значения коэффициента фильтрации грунтов

Грунт	k, м/сут
Галечниковый (чистый)	>200
Гравийный (чистый)	100—200
Крупнообломочный с песчаным заполнителем	100—150
Песок: гравелистый крупный средней крупности мелкий пылеватый	50—100 25—75 10—25 2—10 0,1—2
Супесь	0,1—0,7
Суглинок	0,005—0,4
Глина	< 0,005
Торф: слаборазложившийся среднеразложившийся сильноразложившийся	1—4 0,15—1 0,01—0,15

 

 

Приложение 8

 

Приложение 9

Параметры k₀ и n₁ для равнинных рек

 

 

Природная зона	n1	k0 при категории рельефа
первая вторая третья
Зона тундры и лесная зона
Европейская территория РФ и Восточная Сибирь	0,17	0,010	0,008	0,006
Западная Сибирь	0,25	0,015	0,013	0,010
Лесостепная и степная зоны
Европейская территория РФ (без Сев. Кавказа)	0,25	0,030	0,017	0,012
Северный Кавказ	0,25	0,030	0,025	0,015
Западная Сибирь	0,25	0,030	0,020	0,015
Зона засушливых степей и полупустынь
Западный и Центральный Казахстан	0,35	0,060	0,040	0,030

 

Приложение 10

Значения коэффициента µ

 

Природная зона	Вероятность превышения, %
0,1	1,0	3,0	5,0
Зона тундры и лесная зона
Европейская территория РФ	1,0	1,0	0,95	0,92
Восточная и Западная Сибирь	1,04	1,0	0,98	0,96
Лесостепная и степная зоны
При F> 200 км^2	1,05	1,0	0.96	0.94
При F< 200 км^2	1,10	1,0	0,93	0,87
Зона засушливых степей и полупустынь	1,02	1,0	0,98	0,97

 

 

Приложение 11

Значение параметра В в формуле Д.Л. Соколовского

Зона	Значение В при обеспеченности, %
		2–3
Лесная и лесостепная	2–3	4–6	7–10	8–12
Предгорные районы Урала	3–5	6–8	10–15	15–20
Ливнеопасные районы Дальнего Востока, Кавказа и Карпат	8–12	15–20	25–30	40–60

 

Приложение 12

Изолинии ливневых осадков 1%-ной обеспеченности на

территории Украины

Приложение 13

Коэффициент паводочного стока j

Наименование почв или грунтов	Н 1% мм	Площадь водосбора, км^2
<0,1	0,1-1,0	1,0-10	10—100	>100
Подзолистые и серые лесные почвы, суглинистые, сероземы тяжелосуглинистые, тундровые и болотистые почвы	<80 81-100 101-150 151-200 >200	0,70 0,80 0,85 0,85 0,90	0,60 0,75 0,80 0,85 0,90	0,55 0,70 0,75 0,80 0,80	0,50 0,65 0,65 0,70 0,75	0,45 0,65 0,65 0,70 0,75
Тяжелосуглинистые, чернозем обыкновенный и южный, темнокаштановые и каштановые почвы	<80 81-150 151-200 >200	0,55 0,65 0,75 0,80	0,54 0,63 0,70 0,75	0,45 0,56 0,65 0,70	0,35 0,45 0,60 0,65	0,20 0,30 0,55 0,60
Песчаные, гравелистые почвы		0,25	0,20	0,15	0,10	0,10

Приложение 14

Допустимые удельные расходы воды на рисберме

Грунты основания плотины	, м^3/с·м
Нескальные основания (несвязанные и связанные грунты)	24÷40
Полускальные основания (мергели, аргиллиты)	40÷72
Скальные основания	72÷96

 

 

Приложение 15

Стандартная ширина и высота водосливных отверстий

Ширина пролета в, м		1.25	1.5	1,75		2,25		3,5		4,5
Высота отверстия, H, м	1,25	1,5	1,75		2,5		3,5		4,5		5,5
6,5		7,5		8,5

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Кузник И.А. и др. Гидрология и гидрометрия: Учеб. для сельхозтехникумов / И. А. Кузник, Е. И. Луконин, В. Я. Пилипенко.-М.: Колос, 1968. - 384 с.

2. Кудин С.Н. и др. Водохозяйственное строительство на малых реках / С.Н. Кудин, И.А. Назаров, И.И. Назаров и др.; Под общ. ред. д-ра техн. наук В.Р. Булдея. - Киев: Будiвельник, 1977. - 192 с.

3. Гидротехнические сооружения: Справочник проектировщика / Г.В. Железняков, Ю.А. Ибад-заде, П.Л. Иванов и др.: Под общ. ред. Н.П. Розанова. - М.: Стройиздат, 1983. - 543 с.

4. Cавкин А. А. Гидрология: Учеб. пособие / А.А. Савкин, С.В. Фёдоров. – СПбГАСУ: СПб., 2010. – 98 с.

5. Лебедев В.В. Гидрологические и водохозяйственные расчеты для проектирования сооружений водоснабжения / В.В. Лебедев. - М. - Л.: Стройиздат, 1965. - 396 c.

6. СНиП 2.06.05–84* Плотины из грунтовых материалов (с изменениями, утвержденными постановлением Госстроя СССР от 17.09. 1990).

7. Лапшенков В. С. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям. Агропромиздат - М., 1989. – 448 с.

8. ДБН В.2.4-3:2010. Гідротехнічні споруди. Основні положення. – К.: Мінрегіонбуд України, 2010.

9. Чугаев Р.Р. Гидравлика. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 672 с., ил.

10. Справочник по гидравлическим расчётам. Под редакцией П.Г. Киселёва. Изд. 4-е, переработ, и доп. - М.: «Энергия», 1972. - 312 с. с ил.

11. Огиевский А. В. (проф.) Гидрология суши (общая и инженерная) / Переиздание украинского текста, переработанное и значительно дополненное. — М.-Л., ОНТИ, 1952. — 512 с

 

Учебное издание

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

по дисциплине «Инженерная гидрология и гидротехнические сооружения» на тему:

«РАСЧЕТ ВОДОХРАНИЛИЩА ОДНОГОДИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ»

 

(для студентов специальности 6.06010108 "Водоснабжение и водоотведение" всех форм обучения)

 

 

Составители:

СИНЕЖУК Инна Борисовна И.Б.

ЗАЙЧЕНКО Людмила Геннадиевна

ЖИБОЕДОВ Александр Викторович

ЗАДОРОЖНАЯ Елена Павловна