Расчет наносоперехватывающих галерей.

БОКОВОЙ ВОДОЗАБОР

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТМЕТКИ НПУ

 

Отметку нормального подпертого уровня гидроузла назначают из условия обеспечения командования над уровнем магистрального канала в период максимального водозабора.

Для данного расхода канала Qкан. м /с известны:

■ максимальный расход:

 

- 1% обеспеченности - 370,0 м³/с;

- 5% обеспеченности - 284,0 ^м3/с;

■ расчетные расходы:

- магистрального канала — 15,4 м³/с;

- регулятора – 23,7 м³/с;

 

-отметка уровня воды в конце канала- УВк.к.= 21,5 м;

-расстояние на которое необходимо подать воду-Lк=11700 км;

-уклон расчетного канала-iк=0,00015;

-коэффициент шероховатости для облицовок канала n=0,016;

-ширина канала по дну –bк=6,0м;

-коэффициент заложения откосов-mк=2,0.

  Находим глубину ,соответствующую данному расходу канала. Определение выполняем методом подбора,задаваясь значением глубины  и определяя соответствующий расход.

Для трапециидального сечения канала в расчетах используем:

1) Площадь поперечного сечения: ;

2) Смоченый периметр: ;

3) Гидравлический радиус: ;

4) Коэффициент Шези: ;

5) Расход канала: ;

 

                                           Табл.1-Определение глубины воды в канале.

 

1,5	13,5	12,69	1,06	72,14	11,68	15,4
1,82	17,54	13,55	1,29	74,63	17,01	15,4
1,7	15,98	12,7	1,26	74,27	15,42	15,4

 

Таким образом, глубина воды в канале для Qкан.=15,42м /с равна = 1,7м.

Определяем отметку дна в конце канала:

                           =21,5-1,7=19,8 м.

  Определяем отметку дна в начале канала:

                 

  Отметка порога водоприемника,с учетом выполнения криволинейного порога для осаждения наносов перед головным регулятором магистрального канала, будет равна:

                    

   Потери на входе в магистральный канал определяем по зависимости:

                   

Где -коэффициент неравномерного распределения скоростей воды в русле. Принимается равным 1,05;

 

V-скорость на входе в магистральный канал, равная

                      

 

Где -площадь живого сечения головного регулятора на входе в магистральный канал.

     Принимая во внимание рекомендации Н.Ф.Данелия о величине скорости на пороге водоприемника, которая должна быть в пределах 1,5-2,0м/с,размещении галерей и перекрытия над ними, потери на входе в регулятор определяем исходя из принятой скорости на пороге водослива по зависимости:

                       

      Суммарные потери на входе в регулятор и магистральный канал:

                       .

         

Принимаем:

 

1.2. РАСЧЕТ ВОДОПРИЕМНИКА.

 

Напор на водоприемнике назначаем:

                              

   Расчет водоприемника ведем по формуле затопленного водослива с широким порогом на расход Qрег.=23,7м /с.:

                                  ,

Где -коэффициент бокового сжатия;

   -коэффициент скорости;

    b-ширина одного отверстия, м;

    n-принятое число отверстий, n=2;

    -глубина на пороге:

                                     

    -потери на входе в регулятор,м

Ширину одного отверстия вычисляем из формулы расхода затопленного водослива с широким порогом:

Принимаем b=4,0м.

Таким образом общая ширина входа с учетом толщины быков будет равна:

                        

Где n-число отдельных отверстий;

   b-ширина одного отверстия;

   d -тощина промежуточных ж/б быков водозабора,принимаем 0,8м.

За водоприемником размещается переходной участок,в конце которого располагаем головной регулятор магистрального канала. Перед этим регулятором устраиваем криволинейный порог и промывную галерею.

 

Промывная галерея рассчитывается на расход:

                       

Высоту галереи, исходя из условий удобства осмотра и ремонта, по всей длине принимают равной 1,0÷1,5м, а ширину назначают из условия получения в ней скорости не менее 1,5÷2,0м/с при заданном промывном расходе.

Площадь поперечного сечения промывной галереи определяют по формуле:

                                      

Принимаем высоту промывной галереи ,а ее ширину .

  

РАСЧЕТ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ.

 

Возвышение гребня плотины  определяется по формуле:

,

где -ветровой нагон воды в верхнем бьефе,м;

   -высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%,м

    а-запас возвышения гребня плотины, м.

Ветровой нагон воды определяем по формуле:

,

где -коэффициент,зависящий от скорости ветра,ориентировочно определяется по зависимости: ;

   -расчетная или поверочная скорость ветра м/с;

   L-длина разгона волны в водохранилище,м;

   Н-глубина воды в водохранилище при расчетном(НПУ) уровне,м;

   g-ускорение свободного падения;

   -угол между продольной осью водохранилища и направлением ветра,принимается=0° для фронтально проходящих волн.

Значение ,стоящее в знаменателе,первоначально принимаем=0,ввиду его малости по сравнению с величиной Н.

При =20м/с =2,1 ;

 

.

Высоту наката на откос ветровой волны обеспеченностью 1% по накату ,при глубине <<H>> следует определять по формуле:

,

Принимаем  и  для ж/б крепления.

коэффициент,принимаемый в зависимости от скорости ветра и коэффициента заложения защищаемого откоса.Для   и  принимаем значение 1,5.

-высота волны обеспеченностью 1% для глубоководной зоны,определяемая по зависимости:

,

где  -средняя высота волны,определяемая для глубоководной зоны,где дно не влияет на основные элементы волн,т.е. при ,м;

Н –глубина при расчетном уровне воды,м.

     

 

По графику для значений безразмерных величин  определяем соответствующие им значения  и принимаем меньшие:

и

 

Величина средней высоты волны:

.

Величина среднего периода волны: .

Средндюю длину волн определяют по формуле:

-коэффициент, определяемый в зависимости от безразмерной величины .

Для =122,625 принимаем значение =2,082.

 

Высота волны 1% обеспеченности для глубоководной зоны:

 

-коэффициент, зависящий от пологости волны  и заложения откоса .

Для =  и =3,0 принимаем =1,38.

Принимаем а=0,5м.

Возвышение гребня плотины:

Отметка гребня плотины будет равна:

 

Принимаем ↓ГП=27,2м.

 

РАСЧЕТ ПУЛЬПОВОДА.

 

Ширину лотка пульповода принимаем:

Тогда удельный расход будет равен:

 на 1м,

где Qпр-промывной расход камеры отстойника,м³/с.

По табл.23 М.У. для =1,08м²/с и Р=14% определяем промывную скорость Vпр=3м/с.

   Глубину воды в лотке пульповода

Исходя из рекомендаций принимаем ж/б монолитную конструкцию пульповода прямоугольного сечения 2,25×1,5м.

Уклон дна пульповода определяем по формуле Шези.

Гидравлический радиус для лотка прямоугольного сечения:

Коэффициент Шези:

где n-коэффициент шероховатости, принимается для грубой бетонной облицовки n=0,017.

Для этих условий уклон дна пульповода будет равен:

Проверку транспортирующего способности пульповода производим по Б.М.Шкундину для пульпы с частицами со средним размером 0,32(т.е. несколько большим, чем у нас идет в запас расчета):

что удовлетворяет условию, так как транспортирующая способность потока равна 81,9кг/м³.

В обоих случаях, и в камере и в пульповоде, транспортирующая способность потоков оказалась больше, что обеспечит успешную промывку камеры.

Для обеспечения нормальной работы пульповода отметка конца пульповода должна быть не ниже паводкового уровня воды в реке. Рабочий уровень воды в камерах отстойника должен располагаться на отметке, превышающей уровень воды в реке на величину суммарных потерь напора при промывке по трассе камера-пульповод.

где Z-превышение уровня воды в отстойнике над паводковым уровнем реки в створе выхода пульпо-провода,м;

-глубина воды в конце камеры,м;

-глубина воды в камере при промывке,м;

а-потери напора при выходе потока из камеры через промывники и сборную галерею в пульповод, принимаемые 0,05÷0,15м;

Iп-уклон дна пульповода;

Lп-длина пульповода, принимаемая равной:

  Увязываем уровни воды в верхнем и нижнем бьефах в отстойнике и магистральном канале начиная от уровня воды в реке в месте выхода пульповода в направлении верхнего бьефа отстойника.

  Отметка дна реки в створе плотины 16м. Глубина воды, соответствующая расходу 5%-ной обеспеченности, =1,97м.

  Отметка уровня воды в нижнем бьефе в створе водозабора будет равна

 

Отметка уровня воды в месте выхода пульповода в реку будет

где S-смещение пульповода вниз по реке с учетом его изломов, м.

Смещение пульповода зависит также от топографических условий. В предварительных расчетах можно принимать

Рабочая отметка уровня воды в отстойнике должна быть не ниже

 

РАСЧЕТ ШЛЮЗОВ РЕГУЛЯТОРОВ.

При расположении отстойника в составе гидроузла, водоприемик выполняют в виде открытого шлюза-регулятора. Пролеты шлюзов-регуляторов обычно принимают на входе и на выходе одинаковыми и равными ширине камер отстойника.

   Гидравлически шлюзы-регуляторы рассчитывают по схеме водосливов с широким порогом при подтопленном истечении. Отметки порогов входного и выходного шлюзов-регуляторов принимают одинаковыми, глубина же воды на порогах различна.

Расчет шлюзов-регуляторов выполняем по формуле:

,

где δ-коэффициент, учитывающий характер подвода воды к водосливу;

ε-коэффициент бокового сжатия;

φ-коэффициент скорости;

В-ширина пролета, равная ширине отстойной камеры,м;

Н-глубина воды на пороге,м;

  z-потери на входе в регулятор,м.

Так как подходные скорости незначительные, скоростной напор в расчетах не учитываем.

Выходной шлюз-регулятор рассчитываем на расход одного пролета Qкам=3,59м³/с при глубине воды на пороге, соответствующей глубине в канале, то есть Н= =1,7м.

Из формулы подтопленного водослива разность уровней будет:

Коэффициент δ в формуле учитывает характер подвода воды к водосливу и зависит от угла α.

При фронтальном подводе воды принимаем δ=1,0.

Боковое сжатие учитываем коэффициентом, определяем по формуле Е.А.Замарина

где -числовой коэффициент, зависящий от формы очертания оголовка бычка. Принимаем =0,1;

Н-глубина воды на пороге, м;

В-ширина пролета, равная ширине отстойной камеры, м;

Коэффициент скорости в соответствии с таблицей 29 М.У. будет φ=0,95.

Входной шлюз-регулятор рассчитываем также на расход, проходящий через один пролет и равный Qкам.=3,59м³/с.

Глубина воды на пороге водослива равна

Принимая во внимание рекомендации Н.Ф.Данелия о величине скорости на пороге водоприемника, которая должна быть в пределах 1,5÷2,0м/с, потери при входе в отстойник определяем из зависимости

На входном пороге устанавливаем уравнительную решетку из железных полос сечением δ·1=1,5·8 см с просветами =8см; потери в решетке по А.Р.Березинскому, составят:

;

 

где β-коэффициент, учитывающий форму спиц, β=0,318;

V-скорость входа(скорость течения перед решеткой), принятая 1,5м/с.

Общие потери на пороге водоприемника будут:

Отсюда напор

Отметка НПУ будет равна

Отметка порога водоприемника:

Размеры шлюзов-регуляторов определяют из условия пропуска через них расчетных расходов при полностью поднятых затворах. При пропуске части расчетного расхода или форсировке уровней отверстия частично перекрывают затворами. Особенность расчетов в этом случае состоит в том, что их выполняют при известных размерах сооружения, и они являются, как правило, проверочными. При таких расчетах определяют расход воды, проходящий через суженное отверстие шлюза-регулятора, или находят его размеры, если известен расход, который нужно пропустить через отверстие.

В период промыва одной из двух камер отстойника подача требуемого расхода в магистральный канал обеспечивается некоторой кратковременной перегрузкой работающих камер.

Расход, проходящий через один пролет верхового шлюза-регулятора, будет:

где n-количество отстойных камер.

 

Разность уровней  увеличится и при δ=1,0,φ=0,95,ε=0,971 станет

а с учетом потерь в решетке

следовательно, в водоприемнике необходима форсировка уровня.

Во время промывки одной из камер отстойника шлюз-регулятор будет работать по схеме неподтопленного истечения из-под затвора.

Расчетная формула для этого случая:

,

где φ-коэффициент скорости φ=0,95;

  ε΄-коэффициент вертикального сжатия;

-высота входного отверстия,м;

В-ширина пролета,м;

-напор на пороге при форсировке уровней с учетом скорости подхода, м.

Коэффициент вертикального сжатия зависит от отношения высоты отверстия к глубине воды перед затвором.

Из расчетной формулы определим высоту поднятия затвора – а, где

где V-скорость на пороге водоприемника, V=1,5м/с;

-напор на пороге при форсировки уровней, м;

-потери на входе с учетом форсировки уровня, м.

После подстановки получим:

Высоту поднятия затвора определяем методом подбора. Расчет выполняем в табличной форме.

   Табл.6- Определение высоты поднятия затвора.

а,м		ε΄	Q,м³/с
0,4	0,2	0,63	9,35	5,39
0,35	0,159	0,627	6,86	7,7
0,26	0,118	0,623	7,8	7,7

 

Из таблицы следует, что высота поднятия затвора входного шлюза-регулятора при промывке камер отстойника будет равна =0,5м.

Для быстроты и бесперебойности промывки высоту поднятия затвора выходного шлюза-регулятора «» примем больше глубины воды в камере при промывке, равной =0,38м; пусть =0,7м.

БОКОВОЙ ВОДОЗАБОР

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТМЕТКИ НПУ

 

Отметку нормального подпертого уровня гидроузла назначают из условия обеспечения командования над уровнем магистрального канала в период максимального водозабора.

Для данного расхода канала Qкан. м /с известны:

■ максимальный расход:

 

- 1% обеспеченности - 370,0 м³/с;

- 5% обеспеченности - 284,0 ^м3/с;

■ расчетные расходы:

- магистрального канала — 15,4 м³/с;

- регулятора – 23,7 м³/с;

 

-отметка уровня воды в конце канала- УВк.к.= 21,5 м;

-расстояние на которое необходимо подать воду-Lк=11700 км;

-уклон расчетного канала-iк=0,00015;

-коэффициент шероховатости для облицовок канала n=0,016;

-ширина канала по дну –bк=6,0м;

-коэффициент заложения откосов-mк=2,0.

  Находим глубину ,соответствующую данному расходу канала. Определение выполняем методом подбора,задаваясь значением глубины  и определяя соответствующий расход.

Для трапециидального сечения канала в расчетах используем:

1) Площадь поперечного сечения: ;

2) Смоченый периметр: ;

3) Гидравлический радиус: ;

4) Коэффициент Шези: ;

5) Расход канала: ;

 

                                           Табл.1-Определение глубины воды в канале.

 

1,5	13,5	12,69	1,06	72,14	11,68	15,4
1,82	17,54	13,55	1,29	74,63	17,01	15,4
1,7	15,98	12,7	1,26	74,27	15,42	15,4

 

Таким образом, глубина воды в канале для Qкан.=15,42м /с равна = 1,7м.

Определяем отметку дна в конце канала:

                           =21,5-1,7=19,8 м.

  Определяем отметку дна в начале канала:

                 

  Отметка порога водоприемника,с учетом выполнения криволинейного порога для осаждения наносов перед головным регулятором магистрального канала, будет равна:

                    

   Потери на входе в магистральный канал определяем по зависимости:

                   

Где -коэффициент неравномерного распределения скоростей воды в русле. Принимается равным 1,05;

 

V-скорость на входе в магистральный канал, равная

                      

 

Где -площадь живого сечения головного регулятора на входе в магистральный канал.

     Принимая во внимание рекомендации Н.Ф.Данелия о величине скорости на пороге водоприемника, которая должна быть в пределах 1,5-2,0м/с,размещении галерей и перекрытия над ними, потери на входе в регулятор определяем исходя из принятой скорости на пороге водослива по зависимости:

                       

      Суммарные потери на входе в регулятор и магистральный канал:

                       .

         

Принимаем:

 

1.2. РАСЧЕТ ВОДОПРИЕМНИКА.

 

Напор на водоприемнике назначаем:

                              

   Расчет водоприемника ведем по формуле затопленного водослива с широким порогом на расход Qрег.=23,7м /с.:

                                  ,

Где -коэффициент бокового сжатия;

   -коэффициент скорости;

    b-ширина одного отверстия, м;

    n-принятое число отверстий, n=2;

    -глубина на пороге:

                                     

    -потери на входе в регулятор,м

Ширину одного отверстия вычисляем из формулы расхода затопленного водослива с широким порогом:

Принимаем b=4,0м.

Таким образом общая ширина входа с учетом толщины быков будет равна:

                        

Где n-число отдельных отверстий;

   b-ширина одного отверстия;

   d -тощина промежуточных ж/б быков водозабора,принимаем 0,8м.

За водоприемником размещается переходной участок,в конце которого располагаем головной регулятор магистрального канала. Перед этим регулятором устраиваем криволинейный порог и промывную галерею.

 

Промывная галерея рассчитывается на расход:

                       

Высоту галереи, исходя из условий удобства осмотра и ремонта, по всей длине принимают равной 1,0÷1,5м, а ширину назначают из условия получения в ней скорости не менее 1,5÷2,0м/с при заданном промывном расходе.

Площадь поперечного сечения промывной галереи определяют по формуле:

                                      

Принимаем высоту промывной галереи ,а ее ширину .

  

РАСЧЕТ НАНОСОПЕРЕХВАТЫВАЮЩИХ ГАЛЕРЕЙ.

   Исходя из рекомендаций профессора Н.Ф.Данелия определяем:

,

 Где Н-глубина перед плотиной,м:

   относительная ширина всех галерей, располагаемых под пролетами водоприемника,м

   n-количество галерей,располагаемых под пролетами водоприемника.

Принимаем высоту галерей а ее высоту .

  Галереи работают в напорном режиме и рассчитываются по формуле:

Где -напор над центром выходного отверстия,м

   -площадь поперечного сечения галереи, м²:

-коэффициент расхода:

,

Суммарный коэффициент местных сопротивлений составит

,

Где коэффициенты местных сопротивлений:

На вход- плавный поворот- по длине -

Где R-гидравлический радиус, м: ;

χ- смоченный периметр,м:

n-коэффициент шероховатости, для бетонных труб принимаем 0,014;

С-скоростной коэффициент Шези:

=50м-длина галереи.

,

,

.

Расход одной галереи:

.

Таким образом, рекомендуемый расчетный расход галерей, равный расходу водоприемника 23,7 м³/с, может быть пропущен через две галереи.

Тогда общая ширина перед галереями

и отношение  находится в рекомендуемых пределах. Относительная ширина галерей, расположенных под водозаборными пролетами, составляет

и отношение  находится в рекомендуемых пределах.

Скорость потока в галереях должна обеспечивать транспортирование всех влекомых наносов, включая максимальные фракции

Крупность камня, транспортируемого в галереях,при данной скорости потока может достигать величины:

,

Что больше максимального диаметра наносов 0,25м<0,49м.

 

РАСЧЕТ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ.

 

Возвышение гребня плотины  определяется по формуле:

,

где -ветровой нагон воды в верхнем бьефе,м;

   -высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%,м

    а-запас возвышения гребня плотины, м.

Ветровой нагон воды определяем по формуле:

,

где -коэффициент,зависящий от скорости ветра,ориентировочно определяется по зависимости: ;

   -расчетная или поверочная скорость ветра м/с;

   L-длина разгона волны в водохранилище,м;

   Н-глубина воды в водохранилище при расчетном(НПУ) уровне,м;

   g-ускорение свободного падения;

   -угол между продольной осью водохранилища и направлением ветра,принимается=0° для фронтально проходящих волн.

Значение ,стоящее в знаменателе,первоначально принимаем=0,ввиду его малости по сравнению с величиной Н.

При =20м/с =2,1 ;

 

.

Высоту наката на откос ветровой волны обеспеченностью 1% по накату ,при глубине <<H>> следует определять по формуле:

,

Принимаем  и  для ж/б крепления.

коэффициент,принимаемый в зависимости от скорости ветра и коэффициента заложения защищаемого откоса.Для   и  принимаем значение 1,5.

-высота волны обеспеченностью 1% для глубоководной зоны,определяемая по зависимости:

,

где  -средняя высота волны,определяемая для глубоководной зоны,где дно не влияет на основные элементы волн,т.е. при ,м;

Н –глубина при расчетном уровне воды,м.

     

 

По графику для значений безразмерных величин  определяем соответствующие им значения  и принимаем меньшие:

и

 

Величина средней высоты волны:

.

Величина среднего периода волны: .

Средндюю длину волн определяют по формуле:

-коэффициент, определяемый в зависимости от безразмерной величины .

Для =122,625 принимаем значение =2,082.

 

Высота волны 1% обеспеченности для глубоководной зоны:

 

-коэффициент, зависящий от пологости волны  и заложения откоса .

Для =  и =3,0 принимаем =1,38.

Принимаем а=0,5м.

Возвышение гребня плотины:

Отметка гребня плотины будет равна:

 

Принимаем ↓ГП=27,2м.