Расчет автоматического водослива.

 

Автоматический водослив предназначен для сброса части расхода при быстром нарастании паводка. Это сооружение выполняется в виде криволинейного в плане бокового водослива с тонкой стенкой,размещаемого вдоль левого берега и соединяющего струенаправляющую дамбу с левым быком щитовой плотины.

 

Максимальный напор в паводок:

 

где Н-напор перед плотиной, м:

-напор для автоматического водосброса, м.

 

Скорость в паводок перед сооружением составит:

,

где В-ширина подводящего русла, м

 Ей соответствует скоростной напор:

Длину автоматического водослива по гребню приближенно определяют из формулы:

=0,42*0,8*51,8*1,077

Следовательно                        ,

где -расход через автоматический водослив, м³/с

m-(0,47 0,402)-коэффициент расхода водослива с тонкой стенкой, принимаем m=0,42.

-коэффициент криволинейности гребня,принимаем 0,8.

Н -полный напор на автоматическом водосливе с учетом скорости подхода:

 

 

Принимаем =52,0м

Ниже автоматического водосброса эта часть потока проходит створ плотины через специальный пролет, ширину которого принимаем равной =10,0м.

При этом глубина на пороге этого пролета:

,

где  -расход через автоматический водослив,м³/с;

  -коэффициент расхода водослива с широким порогом, принимаем m=0,35;

-пролет плотины для сброса расходов автоматического водосброса, м;

  -коэффициент неравномерного распределения скоростей воды в створе, =1,0;

V-скорость потока в русле, м/с:

Где -площадь живого сечения реки при пропуске паводкового расхода,м².

,

что позволяет сделать вывод о неподтопленном переливе через автоматический водослив (т.к. высота водослива 5,0м) и, следовательно, правильном применении расчетной формулы.

 

1.6. РАСЧЕТ ВОДОСБРОСНОЙ ЩИТОВОЙ ПЛОТИНЫ.

Водосбросная щитовая плотина располагается нормально к оси потока около водоприемника и предназначается для создания необходимых уровней в верхнем бьефе, пропуска паводковых расходов, частичного смыва наносов, сбора плавающих тел и создания благоприятной структуры потока.

Водосбросная плотина обычно состоит из входной части, водосбросного оголовка, водобоя и рисбермы.

Порог водослива располагается на отметке понурной части:

↓ПВ=↓ПН=18,5м

По рекомендации Н.Ф.Данелия эту плотину рассчитывают на пропуск расхода 5%-ной обеспеченности, то есть 274,0м³/с при максимальном напоре =6,0м.

Число пролетов n и ширину каждого из них  определяют из формулы водослива с широким порогом:

где -коэффициент бокового сжатия, =0,97;

  m-коэффициент расхода водослива с широким порогом,m=0,36;

-коэффициент подтопления, зависящий от отношения ;

  -напор,исправленный на скорость подхода,м:

=6+ =6,72м.

 

При пропуске =284,0м³/с отметка уровня воды в нижнем бьефе равна 15,4м

Водослив неподтоплен,т.к.

.

Ширина водосливного фронта определяется методом последовательных приближений. В 1-ом приближении принимают напор без учета скорости подхода.

Имея ширину и глубину на пороге, скорость движения на пороге определяем по следующей зависимости:

 

 

Во ІІ-ом приближении напор определяется с учетом скоростной составляющей

                                                                            

Принимаем два пролета по 6,0м.

Тогда окончательная ширина водосбросного фронта будет равна:

Высоту уступа определяем методом подбора. Задавшись величиной уступа<<a>> и имея в виду, что при пропуске =370,0м³/с отметка в нижнем бьефе равна =18,5м и глубина за уступом ,проверим условие существования незатопленного поверхностного прыжка по эмпирической зависимости:

Относительные величины, входящие в эту зависимость, определяются так:

,

где  -критическая глубина,м:

,

-коэффициент Кориолиса,при расчете критической глубины =1,0;

-общая протяженность водосливного фронта плотины с учетом пролета,через который проходит вода от автоматического сброса,м:

,

-толщина быка,принимаем =2,0м;

-удельная энергия потока,м

 

-бытовая глубина отвечающая критическому режиму,м:

.

Табл.2-Определение высоты уступа а

 

4,0	18,5	11,24	0,35	-0,35	4,04	1,43	7,22	2,6	6,00	7,22
9,0	13,5	17,53	0,51	-0,51	6,30	3,23	15,9	3,99	11,00	11,00
5,95	16,55	14,48	0,41	-0,41	5,20	2,14	8,18	2,86	7,95	7,95

Принимаем а=7,95,что удовлетворяет условию существования поверхностного прыжка, так как 7,95м 7,95м.

При , принимая коэффициент скорости для широкого порога, не имеющего скругления  входного ребра ,определяем  и

Отметка уровня воды на уступе:

;

 

 

Скорость на уступе:

 

Скорость в пределах донного водоворота:

Скорость в транзитном потоке в конце водоворотной зоны:

незначительна и не может вызывать размыва ложа реки, поэтому длину колодца можно принять равной 40,0м.

Колодец выполняем в виде каменной наброски. Необходимую крупность камня определяем по формуле:

,

где q-удельный расход воды на водобое, м³/с:

.

Толщина каменной наброски равна:

Понур устраивают общим для всех пролетов длиной (2-3)Н, где Н-глубина воды в верхнем бьефе при отметке НПУ,м.

Длина понура должна быть принята с учетом косо расположенного на нем водоприемника:

Как правило, его выполняют из уплотненного суглинка или глины толщиной в начале 0,5 0,75м и у примыкания к водосливу 1,5 2,0м.Сверху грунт от размыва защищают бетонными или ж/б плитами толщиной 0,15-0,20м,которые укладывают на тщательно втрамбованную гравийную подготовку.

Длина порога Ln должна быть достаточной,чтобы на нем происходило плавно изменяющееся движение, что соблюдается если

.

 

2. ОТСТОЙНИК С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОМЫВОМ.

  

Рассчитать и дать конструктивную схему отстойника с периодической промывкой, расположенного на канале,при следующих исходных данных:

-отметка дна реки-16м;

-грунт основания - супесь;

-уклон реки-0,001;

-глубина реки при расходе 5% обеспеченности в створе сооружения=1,97м;

-глубина воды в канале-1,7м;

-расход канала-15,4м³/с;

-средняя глубина воды в камере-5,2м;

-мутность речной воды 5,2кг/м³;

-данные о механическом составе:

 - диаметр фракций, допускаемых в канал-<0,25мм;

    -объемный вес насосов= 1,52т/м³.

-гранулометрический состав-36,0

 

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ КАМЕР ОТСТОЙНИКА.

 

Расчет выполняем на расход, поступающий в отводящий канал,т.е. Qотс=Qкан=15,4³/с.

Площадь живого сечения отстойника будет

где -средняя скорость,принимаемая в зависимости от диаметра осаждаемой фракции.

Принимаем =0,25м/с.

  Для прямоугольного сечения отстойника ширина его при заданной средней глубине Нср.=5,2м будет равна:

  Принимаем две камеры(n=2),тогда расход воды в одной камере составит

а ширина каждой камеры будет

   Назначаем Вк=4,0м и подставив в формулу принятое значение, уточняем действительную глубину потока:

Между камерами ставим железобетонные стенки толщиной 0,85м.

  Предварительно рабочую длину камеры отстойника определяем на основе вычисления длины отлета частиц расчетного 2диаметра по фомуле:

,

где к-коэффициент запаса,принимаем к=1,4;

-средняя глубина воды в камере,м;

-средняя скорость,м/с;

-гидравлическая крупность расчетной фракции.

Принимаем камеры отстойника длиной 80,0м.

Расход при промыве принимаем от 0,5 до 1,0 расчетного расхода камеры:

Принимаем =3,59м³/с.

Удельный промывной расход назначают из условия:

 на 1 м.

Принимаем  на 1м.

Для =1,08м²/с принимаем Р=14% и =3м/с.

 

 

Глубину потока в камере при промыве определяем по формуле:

 

и уточняем транспортирующую способность потока:

%

Устанавливаем гидравлические параметры промывного потока,и,применяя формулу Шези,определяем уклон дна камеры:

-площадь живого сечения:

-смоченный периметр:

-гидравлический радиус:

-коэффициент Шези приближенно определяем по формуле Маннинга:

где n-коэффициент шероховатости,принимаем n=0,017(для грубой бетонной облицовки);

Для этих условий уклон дна камеры будет равен:

 

Дно отстойника в начале камеры выше, чем в конце (при положительном уклоне)на величену

Следовательно, глубина воды в начале камеры будет

и в конце камеры

Соответственно скорости движения потока в начале и в конце камеры отстойника:

2.2. РАСЧЕТ ЗАИЛЕНИЯ ОТСТОЙНИКА.

 

В соответствии с ВСН П-15-77 расчет заиления отстойника периодического действия выполняем по методике Е.А.Замарина.

Для этого сведения о наносах необходимо иметь по группам фракций через 0,10…0,15мм.

Значения весовой  и объемной мутности для каждого интервала фракций подсчитываем по формулам:

и  ,

где  -процент содержания данной фракции наносов,%

-суммарная весовая мутность потока,кг/м³;

-объемная масса наносных отложений,т/м³.

 

Полученные результаты сведены в таблицу3.

Табл.3-сведения о наносах.

Диаметр наносов,d мм	Процент содержания наносов ,%	Мутность потока		Гидравлическая крупность w,м/с
		веовая	объемная
Более 0,5 0,5…0,4 0,4…0,25 0,25…0,1 Менее 0,1	6 11 15 30 38	0,312 0,572 0,78 1,56 1,97	0,231 0,376 0,513 1,02 1,3	0,05071 0,03951 0,02267 0,00512 -
		5,194кг/м³ 3,4/м³

 

Расчет заиления носит поверочный характер,на основании его проверяют и в случае необходимости уточняют размеры камер отстойника.Расчеты выполняют в табличной форме.

В камере отстойника,где глубины в начале и в конце не одинаковы,происходит неравномерное медленно изменяющееся движение.Неравномерное выпадение наносов на дно и уменьшение в связи с этим живого сечения делают это движение еще и неустановившемся.Для упрощения расчетной схемы принято расчет заиления вести по отдельным интервалам времени при постоянных глубинах в начале и в конце камеры,учитывая их уменьшение вследствии отложения слоя наносов к концу каждого периода.

Толщину слоя каждой группы фракций, имеющих диаметр, равный или больше расчетного,определяют по следующей зависимости:

,

где -расчетный расход камеры отстойника,м³/с;

  μ-объемная мутность данной группы фракций наносов,л/м³;

Δt-длительность интервала времени,принятая 4ч.;

-удельный расход камеры,м²/с;

Вк-ширина камеры,м;

  L-длина отлета частиц наносов данной фракции,м.

Длину отлета частиц для каждой фракции по всем интервалам времени вычисляют по видоизмененной формуле Е.А.Замарина:

где -удельный расход камеры,м²/с;

  w-гидравлическая крупность рассматриваемой фракции наносов,м/с;

-глубина воды в начале камеры,м;

-глубина воды в конце камеры,м;

-скорость движения потока в начале камеры отстойника,м/с;

-длина камеры отстойника,м.

 

 

Наносы, имеющие диаметр меньше расчетного, задерживаются в камере частично.

Чтобы найти ту часть их, которая задерживается в камере,определяют глубину (м), с которой еще возможно оседающие частицы задержать в камере.

 

где -гидравлическая крупность фракций диаметром меньше расчетного,м/с;

  -скорости движения потока в начале и конце камеры отстойника,м/с;

  -длина камеры отстойника,м.

Отнеся эту глубину к началу камеры, определяем

Тогда для фракций менее расчетного толщина слоя наносных отложений на дне отстойника определяется как:

,м.

 В таблицу 4 записываем все данные для первого интервала времени, с помощью которых определяем длину отлета частиц и толщину слоев всех групп фракций для этого же интервала времени, и вносим их в таблицу 5.

Табл.4-К расчету заиления отстойника.

Интервал времени	,м	,м
I	4,49	5,77	0,24	0,19	0,62	1,9	0,00192
II	3,81	5,72	0,28	0,19	0,017	1,74	0,00334
III	3,2	5,69	0,34	0,19	-	1,54	0,00529

 

 

Табл.5- К расчету заиления отстойника.

Показатель			I			II
d,мм	μ,л/м³	w,м/с	L,м	δ,м	δL,м²	L,м	δ,м	δL,м²
>0,5	0,2	0,05071	22,13	0,116	2,56	22,98	0,11	2,52
0,5…0,4	0,376	0,03951	28,72	0,17	4,88	30	0,16	4,8
0,4…0,25	0,513	0,02831	41.53	0,16	6,64	43,2	0,15	6,48
0,25…0,1	1.02	0,01711	72	0,18	12,96	77,14	0,17	13,11
	1.3	0.00512	337.5	0,05	16,87	600	0,028	16,8
				Σδ=0,676	ΣδL=43,91		Σδ=0,618	ΣδL=43,71
				Σδмр=0,05			Σδмр=0,028

 

Продолжение табл.5

Показатель			III
d,мм	μ,л/м³	w,м/с	L,м	δ,м	δL,м²
>0,5	0,2	0,05071	24	0,1	2,4
0,5…0,4	0,376	0,03951	31,76	0,15	4,76
0,4…0,25	0,513	0,02831	46,95	0,13	6,1
0,25…0,1	1.02	0,01711	90	0,15	13,5
				Σδ=0,38	ΣδL=29,18
				Σδмр=0

Из табл.5 видно, что наносы расчетных фракций в пятом интервале частично поступают в канал.

L=90м>Lр=80.

Что указывает на необходимость прекращения расчета.

Длительность межпромывного периода определяют как произведение числа интервалов N на продолжительность одного интервала Δt=4ч, то есть .

 

Окончательно длину камеры принимают, учитывая расчеты ее заиления. Исходя из этого, уточняем длину камеры, принимая ее окончательно равной 80,8м. Глубина воды в начале и в конце при этом изменится незначительно и соответственно будет: