Расчет напора на оголовке и отметки гребня водослива

Расчет выполняется по универсальной формуле расхода водослива с учетом влияния скорости потока V₀ на подходе к нему, коэффициентов бокового сжатия и подтопления.

где m - коэффициент расхода водослива; σ_n - коэффициент подтопления водослива; ε - коэффициент бокового сжатия при входе потока в водосливной пролет; g- ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с²; Н₀ - полны напор на гребне водослива с учетом скорости подхода потока, м;

В - суммарная геометрическая ширина водосливных пролетов

, (1.2)

где b - ширина одного водосливного пролета, b = 14 м (строка 6 в табл. 1.1); N - количество водосливных пролетов в плотине, N = 10 (строка 5в табл. 1.1).
При наличии на гребне водослива горизонтальной вставки шириной С (строка 8 в табл. 1.1) коэффициент расхода m уменьшается на 3%, то есть в формулу (1.1) вводится множитель 0,97.

, (1.3)

Положим, что подтопление водослива отсутствует, что позволяет принять σ_n = 1 и привести формулу (1.3) к виду

, (1.4)

где В_Э - эффективная ширина водосливного фронта

, (1.5)

где b_Э - эффективная ширина водосливного пролета, определяемая по формуле Френсиса

, (1.6)

где ζ - коэффициент формы оголовков разделительных быков, принимается равным ζ = 0,4 в соответствии с заданной криволинейно-заостренной формой (строка 9 в табл. 1.1); n' - число боковых сжатий, в одном пролете: в соответствии с заданием на курсовую работу n'₁ = 2 в 8 внутренних пролетах и n'₂ = 1 в двух крайних (строка 14 в табл. 1.1.).

Тогда эффективная ширина водосливного фронта будет равна

. (1.7)

 

Расчет по формуле (1.4) производится методом последовательных приближений (итераций), принимая согласно исходных данных Q_max = 3250 м³/с (строка 1 в табл. 1.1), и m = 0,49 для безвакуумного водослива практического профиля типа А (строка 2 в табл. 1.1)

В первом приближении положим ε = 1, тогда В_Э = В и полный напор на гребне водослива составит

По формуле (1.7) вычислим при найденном полном напоре эффективную ширину водосливного фронта

Второе приближение

Определим невязку между вторым и первым приближениями

Таким образом, невязка составила менее 3%, что позволяет завершить расчет с окончательным результатом

Вычислим скорость подхода потока к водосливу. В соответствии с данными задания на курсовую работу, в частности с заданной шириной разделительных быков а = 2 м (строка 7 в табл. 1.1), находи общую ширину водосливного фронта

и в соответствии с заданными отметками НПУ = 35 и дна = 0 (строки 3 и 4 в табл. 1.1) находим глубину потока перед водосливом

Отсюда скорость подхода потока к водосливу составит

Тогда геометрический напор на водосливе будет равен

здесь коэффициент Кориолиса принят равным α = 1,05.

По найденному геометрическому напору H определяем отметку гребня водослива

и высоту водослива

Принимая в соответствии с заданием на курсовую работу русло за водосливом прямолинейной прямоугольной формы (строки 12 и 13 в табл. 1.1), находим бытовую глубину потока в нижнем бьефе

здесь приняты шероховатость русла для грунтового канала n = 0,025 (строка 11 в табл. 1.1), уклон дна русла отводящего канала i = 8*10^-4 (строка 10 в табл. 1.1).

Поскольку в результате расчета установлено, что водослив не подтоплен, так как

то коэффициент подтопления будет равен σ_n = 1. Следовательно, перерасчет найденных значений напоров H₀ = 5,04 м и H = 5,02 м, а также отметки гребня водослива Гр=29,98 м и его высоты
P = 29,98 м не требуются.

 

Построение очертаний водосливной поверхности

Координаты водосливной поверхности водослива получают умножением табличных значений координат Кригера - Офицерова, полученных для условного напора 1 м, на найденное выше значение геометрического напора, равное H = 5,02 м по формулам

(1.9)

Результаты расчетов сведены в табл. 1.2. Расчеты выполнены для безвакуумного водослива практического профиля типа А (строка 2 в табл. 1.1).

Таблица 1.2

Координаты водослива практического профиля типа А

при геометрическом напоре H = 5,02 м

По Кригеру-Офицерову	Проектный водослив	По Кригеру-Офицерову	Проектный водослив
x,м	у,м	X,м	Y,м	x,м	у,м	X,м	Y,м
	0,126	0,00	0,63	2,00	1,235	11,04	6,20
0,10	0,036	0,50	0,18	2,10	1,369	11,54	6,87
0,20	0,007	1,00	0,04	2,20	1,508	12,04	7,57
0,30		1,51	0,00	2,30	1,653	12,55	8,30
0,40	0,006	3,01	0,03	2,40	1,894	13,05	9,51
0,50	0,027	3,51	0,14	2,50	1,960	13,55	9,84
0,60	0,060	4,01	0,30	2,60	2,122	14,05	10,65
0,70	0,100	4,51	0,50	2,70	2,289	14,55	11,49
0,80	0,146	5,02	0,73	2,80	2,462	15,06	12,36
0,90	0,198	5,52	0,99	2,90	2,640	15,56	13,25
1,00	0,256	6,02	1,29	3,00	2,824	16,06	14,18
1,10	0,321	6,52	1,61	3,10	3,013	16,56	15,13
1,20	0,394	7,02	1,98	3,20	3,207	17,06	16,10
1,30	0,475	7,53	2,38	3,30	3,405	17,57	17,09
1,40	0,564	8,03	2,83	3,40	3,609	18,07	18,12
1,50	0,661	8,53	3,32	3,50	3,818	18,57	19,17
1,60	0,764	9,03	3,84	3,60	4,031	19,07	20,24
1,70	0,873	9,53	4,38	3,70	4,249	19,57	21,33
1,80	0,987	10,04	4,95	3,80	4,471	20,08	22,44
1,90	1,108	10,54	5,56	4,00	4,930	21,08	24,75

 

Сопряжение водосливной поверхности плотины с дном водобоя производится по дуге окружности радиуса R. Значение сопрягающего радиуса находим по формуле

СОПРЯЖЕНИЕ БЬЕФОВ ЗА ВОДОСЛИВОМ

И РАСЧЕТ ВОДОБОЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ