Гашение энергии потока в нижнем бьефе сооружения можно осуществлять

Обновлено: 02.07.2024

Бурный поток, образующийся после перелива через плотину или в конце быстротока, обладает относительно большой кинетической энергией и может разрушать русло, что опасно и для самого сооружения, которое может оказаться подмытым.

Наличие больших скоростей воды за сооружением заставляет строить в нижнем бьефе мощное и дорогостоящее крепление.

Для того чтобы уменьшить мощность этого крепления и снизить его стоимость, на более короткой длине за сооружением необходимо:

1) преобразовать часть получившейся в нижнем бьефе кинетической энергии в потенциальную, доведя относительно малую глубину hc до величины hб;

2) погасить оставшуюся часть избыточной кинетической энергии, т.е. рассеять ее, преобразовав в тепло за счет работы сил трения.

Гася за сооружением избыточную кинетическую энергию, вместо отогнанного гидравлического прыжка получаем затопленный прыжок, причем мощность крепления в нижнем бьефе снижается. Специальные устройства, сооружаемые в нижнем бьефе с целью гашения, называются гасителями энергии гидравлического прыжка.

В качестве гасителей энергии гидравлического прыжка можно применить водобойный колодец или водобойную стенку.

Расчет водобойного колодца

Чтобы предупредить образование отогнанного прыжка в нижнем бьефе сооружений, необходимо увеличить глубину нижнего бьефа. Для этого устраивают водобойные колодцы (рисунок 13) [1].


Рисунок 13 – Водобойный колодец

Гидравлический расчет водобойного колодца состоит в определении глубины колодца a и его длины lк.

Необходимая глубина колодца a, м, при которой получается затопленный прыжок, должна удовлетворять условию

При этом перепадом на водобойном уступе можно пренебречь.

Предварительно определяется так называемая теоретическая глубина колодца a0, м, при которой прыжок устанавливается в сжатом сечении и которая удовлетворяет уравнению

Уравнение (55) необходимо решать подбором. Задаваясь различными значениями a0,определяются величины

По графику (рисунок 12) определяют величины hс, по уравнению (51) вычисляются соответствующие величины . Результаты вычислений сводят в таблицу 11.

Таблица 11 – Определение глубины колодца

а0, м hc, м (a0 + hб), м

По данным таблицы 11 строят кривую = f1(a0) и прямую (a0 + ) = = f2 (a0) (рисунок 14). Точка пересечения этих линий соответствует теоретической глубине колодца a0.

Чтобы получить затопленный прыжок, глубину колодца необходимо увеличить на 5–10 %, при этом действительная глубина колодца определяется из выражения

Длина колодца, м, зависит от типа сооружения и для плотины определяется по формуле lк = L

где – длина гидравлического прыжка, м.

В случае перепада на канале (и быстротоке) длина колодца, м,

где l1 – дальность отлета струи, м.

Длина гидравлического прыжка рассчитывается по эмпирической формуле Сафранеца

где – вторая глубина прыжка, м, соответствующая действительной глубине колодца a.

Рисунок 14 – График для определения глубины колодца

Дальность отлета струи, м,

Расчет водобойной стенки

Водобойная стенка представляет собой преграду в русле нижнего бьефа в виде водослива практического профиля (рисунок 15) [1].

Водобойная стенка должна обеспечить сопряжение по типу затопленного гидравлического прыжка. Гидравлический расчет водобойной стенки сводится к определению высоты стенки и расстояния ее до сжатого сечения . Глубина воды перед стенкой должна быть больше второй сопряженной глубины ( ).


Рисунок 15 – Водобойная стенка

Глубина воды перед стенкой

где – геометрический напор перед стенкой, м.

Принимая водобойную стенку как неподтопленный водослив практического профиля без бокового сжатия, получим выражение напора

где Q – расход потока, поступающего в нижний бьеф, м 3 /c;

m 0,40 – коэффициент расхода водослива;

b – длина водобойной стенки (ширина русла нижнего бьефа), м;

vCT– средняя скорость потока на подходе к водобойной стенке, м/c.

После определения высоты водобойной стенки необходимо определить условие сопряжения потока за стенкой. В случае, если за стенкой наблюдается отогнанный прыжок, то для предотвращения отгона прыжка необходимо рассчитать вторую стенку или запланировать устройство комбинированного водобойного колодца.

Расстояние от сжатого сечения до водобойной стенки определятся аналогично расчету длины водобойного колодца.

6 ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИИ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ

Построение линии свободной поверхности можно осуществить, используя пакет прикладных программ MathCAD с применением метода численного интегрирования (метода Рунге – Кутта).

Методом Рунге – Кутта можно решить основное дифференциальное уравнение неравномерного установившегося движения, используя только заданные характеристики русла водотока и расход воды.

Метод Рунге – Кутта имеет несколько достоинств. Поскольку для вычисления -го значения функции нужно лишь одно начальное значение , то метод является самостартующим. Выбор величины шага в программе осуществляется автоматически.

Данный метод реализуется в среде MathCAD функцией

где – начальное значение функции в точке ;

и – соответственно значения начала и конца отрезка интегрирования;

N – количество итераций;

Таким образом, задав начальное значение функции границы отрезка и число итераций N, получаем координаты точек кривой свободной поверхности. Используя полученные значения и задавая различный уклон, можно построить кривую свободной поверхности.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.008)



Специальные гасители устраивают обычно в пределах водобоя; они представляют собой преграды или выступы (например, железобетонные) той или другой формы и размера. Поток, обтекая эти преграды или выступы, расщепляется на отдельные струи, которые могут соударяться, при этом кинетическая энергия потока будет снижаться.

Рассматривая такое движение воды, необходимо различать следующие три важных обстоятельства, которые необходимо учитывать при проектировании гасителей:

1. На рис. 15.10 показаны два различных гидравлических прыжка: обычный прыжок (рис. 15.10, а) —в его пределах нет гасителя в виде бетонного выступа; прыжок, в пределах которого имеется гаситель в виде бетонного выступа 1 (рис. 15.10,6). По схеме на рис. 15.10,6 гаситель испытывает со стороны потока некоторое roj ризонтальное давление, направленное в сторону нижнего бьефа; в свою очередь, поток со стороны гасителя испытывает соответствующую реакцию R. Именно наличием этой реакции прыжок по этой схеме отличается от прыжка на схеме рис. 15.10, а. Выражая гидравлическим уравнением количество движения сечений I—1 и 2—2, легко найдем при заданной первой сопряженной глубине hc—h (одинаковой для схемы на рис. 15.10, а и б) отвечающие этой глубине вторые сопряженные глубины: а) без гас —для схемы без гасителя; б) Лс гас —для схемы с гасителем. Сопоставляя найденные глубины h без гас и hc гас, видим, что гаситель энергии резко снижает вторую сопряженную глубину h (за счет упомянутой выше реакции R). Обозначим через соответствующие затопляющие глубины, т. е. такие глубины нижнего бьефа, при которых получаем затопленный прыжок с заданной степенью затопления (см. гл. 16): Al = h2/h. Гаситель, уменьшая вторую сопряженную глубину, уменьшает на столько же и затопляющую глубину. Часто получают, например, такое соотношение: 0,7. 0,8. Устраивая гасители и уменьшая за счет их реактивного действия затопляющую глубину, можем увеличить отметку поверхности дна, на котором устраиваем гаситель, т. е. поднять это дно (сохранив при этом необходимую степень затопления прыжка). 2. При обтекании гасителей в потоке образуются водоворотные области, способствующие повышению пульсации скоростей. При этом в движущейся воде резко увеличиваются турбулентные касательные напряжения, что значительно повышает потери напора, т. е. диссипацию энергии потока в нижнем бьефе. 3. Гасители энергии, воздействуя на поток, могут снижать волнение свободной поверхности в нижнем бьефе, уменьшать сбой ность течения, способствовать более интенсивному растеканию потока в плане, а следовательно, способствовать уменьшению удельных расходов, поступающих в русло нижнего бьефа.



В соответствии со сказанным можно различать (согласно Д. И. Кумину) тройную роль гасителей: 1) реактивную, выражающуюся в уменьшении затопляющей глубины и поднятии поверхности водобоя, а следовательно, в уменьшении высоты плотины в нижнем бьефе; 2) диссипативную, выражающуюся в том, что в случае устройства гасителей энергии заданная перепадом на плотине избыточная кинетическая энергия гасится на относительно небольшой длине, причем на достаточно малом расстоянии от плотины получаем в нижнем бьефе поток нормальной структуры. Благодаря этому можем или укоротить длину крепления нижнего бьефа, сохраняя глубину воронки размыва за ним, или, сохраняя длину крепления нижнего бьефа, уменьшить глубину воронки размыва за креплением, а следовательно, уменьшить глубину концевого устройства; 3) регулирующую, выражающуюся в успокоении потока в нижнем бьефе и в уменьшении удельных расходов воды, поступающей в русло нижнего бьефа.

Иногда устраивают специальные гасители энергии в виде так называемой искусственной шероховатости, создаваемой за прыжком в основном на рисберме. С помощью искусственной шероховатости дополнительно можно: а) несколько притормаживая придонные слои потока, добиться уменьшения придонных скоростей, а следовательно, снизить размывающую способность потока; б) добиться более интенсивного затухания пульсационных явлений в пределах послепрыжкового участка, в связи с чем снизить размывающую способность потока. Искусственная шероховатость, устроенная в пределах рисбермы, утяжеляет ее работу (снижает ее прочность).

В настоящее время рациональную форму и достаточно надежные размеры специальных гасителей энергии можно установить только путем лабораторных испытаний конкретного сооружения. Неправильно построенные специальные гасители энергии могут значительно ухудшить условия сопряжения бьефов.

Общим недостатком специальных гасителей энергии является то обстоятельство, что на их гранях при больших скоростях потока развивается кавитация и с течением времени эти гасители разрушаются благодаря кавитационной эрозии. Кроме того, специальные гасители энергии могут иногда повреждаться плавающими телами, в частности льдом.

Можно различать следующие классификации специальных гасителей: 1. Реактивные гасители, уменьшающие затопляющую глубину, и диссипативные и регулирующие гасители, служащие для сокращения длины крепления нижнего бьефа и для успокоения потока 2. Сосредоточенные (или близкорасположенные) гасители, т. е. расположенные вблизи сжатого сечения, где скорости потока велики, и удаленные гасители в виде искусственной шероховатости. 3. Сплошные гасители в виде сплошных водобойных стенок и так называемых водобойных порогов, и прорезные гасители — более удобные в отношении пропуска строительных расходов воды; в случае таких гасителей временный порог, служащий для пропуска строительных расходов, представляется возможным располагать на относительно низком уровне.

Упомянутым выше водобойным порогом называют водобойную стенку небольшой высоты; перед водобойным порогом не образуется затопленный прыжок, как перед водобойной стенкой нормальной высоты; струя перескакивает через порог, причем за порогом в результате гашения энергии, обусловленного им, получается затопленный гидравлический прыжок на относительно небольшом расстоянии от плотины.

Помимо гасителей, относящихся к приведенным выше трем общим классификациям, необходимо различать еще множество типов гасителей различной конструкции.

В настоящее время в качестве специальных гасителей наиболее часто применяют: а) пирсы и шашки; б) зубья; в) растекатели; г) носкирасщепители; встречаются также те или другие комбинации этих типов гасителей.

1. Пирсы и шашки представляют собой ряд выступов, имеющих форму, показанную на рис. 15.11. Если высота этих выступов больше их длины и ширины, то их называют пирсами, в противном случае— шашками. Пирсы и шашки в плане располагают в шахматном порядке: пирсы — на водобое за сжатым сечением транзитной струи; шашки применяют в качестве искусственной шероховатости и располагают за прыжком (на рисберме). Пирсы и шашки делают обычно из железобетона. Шашки иногда заменяют крупными камнями или рельсами, втопленными в бетон.





Для ориентировочного определения гидродинамического давления Р на пирсы, имеющие вертикальную верховую грань, рекомендуют формулу (см. рис. 15.10 и 15.11):

2. Зубья (зубчатые пороги) могут иметь самую различную форму (рис. 15.12, а, б). На рис. 15.12, в показана конструкция, называемая зубчатым порогом Ребока. Таким порогом иногда заканчивают крепление нижнего бьефа. При этом получается следующая картина: поток расщепляется зубьями на отдельные струи; вследствие разной высоты зубьев образуются как бы два яруса струй (см. стрелки на рис. 15.12, s); непосредственно под этими струями создаются условия движения воды, при которых размывающая способность потока в данном месте несколько снижается. Сами зубчатые пороги делают из железобетона, иногда из гранитных камней на анкерах.

3. Растекатели (рис. 15.13) препятствуют сбойности потока и способствуют уменьшению удельных расходов. Их устанавливают в начале водобоя, в зоне сжатого сечения под углом а = 0. 15° к оси потока; высота растекателей равна примерно глубине воды в сжатом сечении; длину стенок принимают равной (12,5. 3). Угол а для крайних и средних пролетов принимают различным. При такой расстановке, стенок ликвидируем водоворотные области (с вертикальной осью), которые при отсутствии растекателей возникают у берегов и сжимают с боков транзитную струю, выходящую из открытых отверстий плотины.





4. Носокрасщепитель. Д. И. Кумин в результате лабораторных исследований пришел к заключению, что сосредоточенные пирсы 1 дают в некоторых случаях большое фонтанирование струи, что резко ухудшает условия сопряжения бьефов за гасителями. Вместе с тем от такого фонтанирования легко можно избавиться, если устроить так называемый носокрасщепитель (рис. 15.14,6). При этом сопряжение бьефов значительно улучшается.



На рис. 15.15 приведены некоторые наиболее рациональные сочетания носкарасщепителя с пирсами, размеры которых (в процентах от критической глубины) были установлены на основании лабораторных опытов Д. И. Куминым.

Бурный поток, образующийся после перелива через плотину или в конце быстротока, обладает относительно большой кинетической энергией и может разрушать русло, что опасно и для самого сооружения, которое может оказаться подмытым.

Наличие больших скоростей воды за сооружением заставляет строить в нижнем бьефе мощное и дорогостоящее крепление.

Для того чтобы уменьшить мощность этого крепления и снизить его стоимость, на более короткой длине за сооружением необходимо:

1) преобразовать часть получившейся в нижнем бьефе кинетической энергии в потенциальную, доведя относительно малую глубину hc до величины hб;

2) погасить оставшуюся часть избыточной кинетической энергии, т.е. рассеять ее, преобразовав в тепло за счет работы сил трения.

Гася за сооружением избыточную кинетическую энергию, вместо отогнанного гидравлического прыжка получаем затопленный прыжок, причем мощность крепления в нижнем бьефе снижается. Специальные устройства, сооружаемые в нижнем бьефе с целью гашения, называются гасителями энергии гидравлического прыжка.

В качестве гасителей энергии гидравлического прыжка можно применить водобойный колодец или водобойную стенку.

Расчет водобойного колодца

Чтобы предупредить образование отогнанного прыжка в нижнем бьефе сооружений, необходимо увеличить глубину нижнего бьефа. Для этого устраивают водобойные колодцы (рисунок 13) [1].


Рисунок 13 – Водобойный колодец

Гидравлический расчет водобойного колодца состоит в определении глубины колодца a и его длины lк.

Необходимая глубина колодца a, м, при которой получается затопленный прыжок, должна удовлетворять условию

При этом перепадом на водобойном уступе можно пренебречь.

Предварительно определяется так называемая теоретическая глубина колодца a0, м, при которой прыжок устанавливается в сжатом сечении и которая удовлетворяет уравнению

Уравнение (55) необходимо решать подбором. Задаваясь различными значениями a0,определяются величины

По графику (рисунок 12) определяют величины hс, по уравнению (51) вычисляются соответствующие величины . Результаты вычислений сводят в таблицу 11.

Таблица 11 – Определение глубины колодца

а0, м hc, м (a0 + hб), м

По данным таблицы 11 строят кривую = f1(a0) и прямую (a0 + ) = = f2 (a0) (рисунок 14). Точка пересечения этих линий соответствует теоретической глубине колодца a0.

Чтобы получить затопленный прыжок, глубину колодца необходимо увеличить на 5–10 %, при этом действительная глубина колодца определяется из выражения

Длина колодца, м, зависит от типа сооружения и для плотины определяется по формуле lк = L

где – длина гидравлического прыжка, м.

В случае перепада на канале (и быстротоке) длина колодца, м,

где l1 – дальность отлета струи, м.

Длина гидравлического прыжка рассчитывается по эмпирической формуле Сафранеца

где – вторая глубина прыжка, м, соответствующая действительной глубине колодца a.

Рисунок 14 – График для определения глубины колодца

Дальность отлета струи, м,

Расчет водобойной стенки

Водобойная стенка представляет собой преграду в русле нижнего бьефа в виде водослива практического профиля (рисунок 15) [1].

Водобойная стенка должна обеспечить сопряжение по типу затопленного гидравлического прыжка. Гидравлический расчет водобойной стенки сводится к определению высоты стенки и расстояния ее до сжатого сечения . Глубина воды перед стенкой должна быть больше второй сопряженной глубины ( ).


Рисунок 15 – Водобойная стенка

Глубина воды перед стенкой

где – геометрический напор перед стенкой, м.

Принимая водобойную стенку как неподтопленный водослив практического профиля без бокового сжатия, получим выражение напора

где Q – расход потока, поступающего в нижний бьеф, м 3 /c;

m 0,40 – коэффициент расхода водослива;

b – длина водобойной стенки (ширина русла нижнего бьефа), м;

vCT– средняя скорость потока на подходе к водобойной стенке, м/c.

После определения высоты водобойной стенки необходимо определить условие сопряжения потока за стенкой. В случае, если за стенкой наблюдается отогнанный прыжок, то для предотвращения отгона прыжка необходимо рассчитать вторую стенку или запланировать устройство комбинированного водобойного колодца.

Расстояние от сжатого сечения до водобойной стенки определятся аналогично расчету длины водобойного колодца.

6 ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИИ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ

Построение линии свободной поверхности можно осуществить, используя пакет прикладных программ MathCAD с применением метода численного интегрирования (метода Рунге – Кутта).

Методом Рунге – Кутта можно решить основное дифференциальное уравнение неравномерного установившегося движения, используя только заданные характеристики русла водотока и расход воды.

Метод Рунге – Кутта имеет несколько достоинств. Поскольку для вычисления -го значения функции нужно лишь одно начальное значение , то метод является самостартующим. Выбор величины шага в программе осуществляется автоматически.

Данный метод реализуется в среде MathCAD функцией

где – начальное значение функции в точке ;

и – соответственно значения начала и конца отрезка интегрирования;

N – количество итераций;

Таким образом, задав начальное значение функции границы отрезка и число итераций N, получаем координаты точек кривой свободной поверхности. Используя полученные значения и задавая различный уклон, можно построить кривую свободной поверхности.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.009)

Движение речных потоков в нижних бьефах гидротехнических сооружений. Леви И.И. 1955

В книге сделана попытка обобщить результаты изучения движения водных потоков в их нижних бьефах. Рассмотрены вопросы влияния режима потока в нижних бьефах сооружений на компоновку гидроузлов. Указаны мероприятия по борьбе со сбойными течениями и т. д. Освещены условия рациональной эксплуатации и изложены некоторые технико-экономические задачи. Задача настоящей книги — способствовать внедрению целесообразных методов расчета в практику строительства гидротехнических сооружений. Книга рассчитана на научных работников и на инженеров, работающих в области исследования, проектирования и эксплуатации гидротехнических сооружений.

Глава I. Задачи исследования
§ 1. Значение изучаемой проблемы для гидротехнической практики
§ 2. Явления, возникающие в нижних бьефах речных гидроузлов при сжатом водосбросном фронте
§ 3. Явления, возникающие в нижних бьефах гидростанций
§ 4. Задачи исследования

Глава II. Схемы речных гидроузлов и условия их эксплуатации
§ 5. Общие сведения о составе речных гидроузлов
§ 6. Береговое расположение гидроузлов на равнинных реках и условия их эксплуатации
§ 7. Другие схемы гидроузлов на равнинных реках и условия их эксплуатации
§ 8. Особые случаи раздельной компоновки сооружений в составе гидроузлов
§ 9. Схемы высоконапорных русловых гидроузлов
§ 10. Схемы ирригационно-энергетических речных гидроузлов и условия их эксплуатации
§ 11. Сложные ирригационно-энергетические гидроузлы на судоходных реках
§ 12. Основные выводы

Глава III. Гашение энергии в нижних бьефах гидротехнических сооружений
§ 13. Сущность явления гашения энергии в гидротехнических сооружениях
§ 14. Некоторые гидравлические характеристики прыжка и режима потока на рисберме
§ 15. Гашение энергии за водобоем
§ 16. Пульсация давления на дне потока на участке гашения энергии
§ 17. Влияние гасителей на сопряжение бьефов
§ 18. Гидравлический прыжок в условиях пространственной задачи (решение H.Т. Мелещенко)
§ 19. Определение сопряженной глубины в условиях пространственной задачи
§ 20. Поверхностный режим сопряжения бьефов в условиях пространственной задачи
§ 21. Дополнительные указания о затоплении прыжка в пространственных условиях сопряжения бьефов

Глава IV. Движение потока на рисберме
§ 22. Движение потока на горизонтальной рисберме

Глава V. Расширение потока в нижнем бьефе гидротехнических сооружений при отсутствии сбойного течения
§ 23. Плановая задача речной гидравлики
§ 24. Уравнения плановой задачи речной гидравлики, предложенные Вернадским
§ 25. Уравнения движения струи с учетом касательных напряжений на боковых поверхностях
§ 26. Основные выводы экспериментального исследования расширения потока в плане

Глава VI. Приближенное определение формы и длины расширяющегося потока
§ 27. О приближенном решении вопроса
§ 28. Вывод расчетных зависимостей для приближенного определения формы и длины расширяющегося потока

Глава VII. Построение плана течения
§ 29. Построение плана течения по ширине пограничной зоны потока
§ 30. Построение плана течения методом конечных разностей
§ 31. Порядок построения плана течения речного потока. Сопоставление теоретических расчетов с данными экспериментов
§ 32. Пример расчета расширения потока в нижнем бьефе речного гидроузла

Глава VIII. Сбойные течения в нижних бьефах гидроузлов и борьба с ними
§ 33. Формы сбойных течений и причины их образования
§ 34. Сбойные течения, возникающие от нерациональной эксплуатации сооружений
§ 35. Применение раздельных стенок и дамб для борьбы со сбойностыо
§ 36. Конструктивные мероприятия по борьбе со сбойностью
§ 37. Мероприятия в нижних бьефах крупных гидроузлов

Глава IX. Формирование русла в нижних бьефах гидроузлов
§ 38. Общая характеристика размывов русла за сооружениями
§ 39. Характеристика местных размывов за сооружениями
§ 40. Размывающая способность потока за водобоем
§ 41. Неразмывающие скорости потока в условиях медленно изменяющегося режима
§ 42. Экспериментальные исследования размывов русла за водобоем
§ 43. Определение глубины размыва русла за водобоем и длины крепления русла
§ 44. Размыв русла при поверхностном режиме сопряжения бьефов
§ 45. Размыв русла на участке расширения потока

Глава X. Понижение уровня нижнего бьефа речных гидроузлов
§ 46. Общая характеристика явления
§ 47. Медленно изменяющееся движение вод в размываемых руслах
§ 48. Приближенное решение уравнения деформации русла
§ 49. Приближенное определение понижения уровня нижнего бьефа
§ 50. Определение формы размыва русла нижнего бьефа
§ 51. Основные выводы

Глава XI. Маневрирование затворами отверстий гидротехнических сооружений в целях борьбы с размывом дна и разрушением крепления русла
§ 52. Задачи маневрирования затворами гидротехнических сооружений
§ 53. Гидравлические вопросы маневрирования затворами гидротехнических сооружений
§ 54. Установление графика эксплуатации отверстий гидротехнических сооружений при донном режиме сопряжения бьефов
§ 55. Пример расчета маневрирования затворами при донном режиме сопряжения бьефов
§ 56. Установление допустимого числа работающих отверстий гидротехнических сооружений при поверхностном режиме сопряжения бьефов
§ 57. Пример расчета маневрирования затворами при поверхностном режиме сопряжения бьефов
§ 58. Ограничение расходов воды, сбрасываемых через гидростанцию

Глава XII. Выбор длины водосбросного фронта сооружений
§ 59. Факторы, влияющие на выбор длины водосбросного фронта
§ 60. Методика установления длины водосбросного фронта

Предисловие

Непрерывный рост гидроэнергетического строительства в СССР настоятельно требует развития научных исследований в области фильтрации, механики грунтов, инженерной гидравлики и динамики русловых потоков.

Большое значение для правильного проектирования и эксплуатации речных гидроузлов имеет изучение вопросов движения водных потоков в их нижних бьефах. Наблюдаемые здесь сложные гидравлические явления и связанные с ними условия формирования русел оказывают существенное влияние на проектирование гидроузлов. Теперь уже нельзя ограничиваться при составлении проектов определением условий сопряжения бьефов в сооружениях и судить на этом основании о надежности работы сооружений и устойчивости их в эксплуатации. В современных сооружениях удельные расходы воды и скорости течения в несколько раз превышают значения этих величин, наблюдаемые в речных потоках при естественном режиме. В руслах рек и вдоль их берегов возникают большие размывы; во многих случаях обнаруживается сбойное течение, в результате которого размывы русла усиливаются, а условия подхода судов к шлюзам становятся совершенно неприемлемыми.

Для защиты сооружений и берегов рек от подмыва приходится укреплять русло на значительном протяжении; выбирая систему гашения энергии и длину водосбросного фронта, необходимо отчетливо представлять себе режим речного потока ниже сооружения и условия эксплуатации гидроузла.

Советская гидротехническая наука достигла уже больших успехов на пути разрешения поставленных задач. Еще в 1932—1933 г. наш выдающийся ученый H.М. Вернадский, создатель речной гидравлики, разработал теорию построения плана течений речного потока; эта теория была развита затем в трудах H.Т. Мелещенко и С.Н. Нумерова и Г.И. Сухомела; автором, совместно с канд. техн. наук А.Г. Соловьевой, разработана теория построения плана течений при наличии водоворотных зон и изучены условия возникновения сбойных течений и меры борьбы с последними.

Глубокие исследования проведены также в области гашения энергии и изучения пульсации давлений и скоростей и местных размывов русла за сооружениями. В работах М.З. Абрамова, А.Д. Саваренского, Д.И. Кумина, Н.А. Преображенского, А.Н. Рахманова, автора этой книги и других исследователей освещен вопрос о затухании макропульсации скоростей и давлений за сооружениями и влиянии последней на размывы русла; благодаря этим исследованиям стало возможным сознательно проектировать мероприятия по гашению энергии и назначать длину крепления русла. Можно смело утверждать, что трудами советских ученых впервые в мировой практике создается новый раздел гидравлики — теория гашения энергии.

Большая и весьма существенная работа выполнена проф. В.С. Баумгартом, разработавшим методику выбора основных параметров гидроузлов — длины водосбросного фронта, системы сопряжения бьефов, высоты расположения водобоя и мер борьбы с фильтрацией.

В известных трудах М.М. Гришина, А.А. Морозова, Е.А. Замарина, Ф.Ф. Губина, Д.Я. Соколова и И.В. Егиазарова рассмотрены вопросы рациональной компоновки и выбора типов гидроузлов в различных природных условиях. Все эти работы получили уже непосредственное применение при проектировании ряда сооружений великих строек и других крупных гидроузлов, строительство которых предусмотрено директивами XIX съезда Коммунистической партии Советского Союза, и позволили сэкономить немалые средства. Не меньшее значение они будут иметь и для разработки правильной эксплуатации речных гидроузлов.

Накопленный большой материал исследований требует скорейшего обобщения их с тем, чтобы новые методы расчета водных потоков быстрее вошли в практику гидростроительства.

В книге рассматриваются четыре группы вопросов.

Вначале (гл. I—II) излагаются схемы речных гидроузлов и условия их эксплуатации. Здесь сделана попытка известной систематизации опыта нашего гидростроительства и оценки инженерных решений, примененных в практике, с различных точек зрения, в особенности с точки зрения рациональной эксплуатации сооружений и влияния режима потока в их нижних бьефах на компоновку гидроузлов; при этом автор следовал тем основным идеям, которые были приняты при строительстве наших крупных речных гидроузлов и получили освещение в упомянутых трудах проф. М.М. Гришина, Е.А. Замарина, Ф.Ф. Губина, А.А. Морозова.

Вторая группа вопросов (гл. III—VIII) относится к исследованию движения речных потоков в нижних бьефах гидроузлов: гашения энергии за сооружениями, постепенного расширения потока, установления формы и условий возникновения сбойных течений и разработки мероприятий для устранения последних. Это — основная часть книги.

Далее (гл. IX—X) освещаются вопросы размыва русел в нижних бьефах сооружений как в непосредственной близости от них, так и на значительном расстоянии.

Наконец в заключительных главах (XI—XII) изучаются условия рациональной эксплуатации и некоторые технико-экономические задачи, стоящие перед инженерами при проектировании крупных речных гидроузлов.

Читайте также: