Водохранилищный гидроузел с грунтовой плотиной на реке Тура Свердловской области (стр. 2 из 5)
Гидроузел предназначен для целей орошения. При компоновке необходимо учитывать ряд требований:
¾ гидроузел должен находиться как можно ближе к потребителям, т.е. в нашем случае – к полям орошения;
¾ чтобы территория затопления от создания водохранилища была минимальна.
Ось плотины располагается перпендикулярно направлению горизонталей местности и направлению движения воды в реке.
3. ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА
3.1 Тип и конструкция плотины
3.1.1 Тип плотины
По назначению плотины бывают 3 видов:
¾ водоподъемные;
¾ водохранилищные;
¾ комбинированные.
По способу перекрытия плотины делятся на 2 основные группы:
¾ глухие плотины, пропуск воды в которых через створ осуществляется водопроницаемыми сооружениями в теле плотины, имеющие весьма малую ширину по сравнению с длиной плотины;
¾ водосбросные (водопропускные) плотины, по длине которых устраивают достаточно широкие водопропускные отверстия.
По строительному материалу: земляные, каменно-набросные, деревянные, бетонные, каменные. По виду пропуска воды через водохранилище: водосливные, водосбросные, глухие. Согласно классификации плотин – это глухая грунтовая гравитационная однородная насыпная плотина.
Для отсыпки тела плотины используется грунт №3 – суглинок с коэффициентом фильтрации Кф = 0,001 м/сут., так как этот грунт обладает малой водопроницаемостью.
3.1.2 Сопряжение тела плотины с основанием и берегами
По данному подпункту рассматривается подготовка основания плотины:
¾ перенос построек, расположенных вблизи места строительства плотины;
¾ осуществляется выравнивание местности прилегающей к строительству плотины (выкорчевка пней, срез деревьев и кустарников);
¾ снятие растительного слоя (30 см);
¾ проводится планировка поверхности.
3.1.3 Противофильтрационные устройства
Противофильтрационные устройства делятся на 2 основные группы по месту нахождения в плотине:
¾ противофильтрационные устройства в теле плотины;
¾ противофильтрационные устройства в основании плотины.
В грунтовой плотине для уменьшения фильтрационных потерь и снижения кривой депрессии в низовой части откоса в теле плотины устраивают противофильтрационные устройства. Основные противофильтрационные устройства: ядра, экраны, диафрагмы. Для их создания применяют такие грунты, как суглинки, глины, глинобетон, асфальтобетон.
Противофильтрационные устройства в основании плотины могут быть глухими и висячими. Так как основание плотины сложено глинистыми грунтами с малым коэффициентом фильтрации, противофильтрационных устройств в основании плотины не требуется.
3.1.4 Гребень плотины
Гребень плотины (см. рисунок 3) используется для проезда автомобильного транспорта.
 |
Рисунок 3 – Элементы профиля гребня плотины:
А – ширина проезжей части; Б – ширина обочины;
В – ширина гребня плотины.
Для IV категории автомобильной дороги предусмотрены следующие размеры: А = 6 м, Б = 2 м, В = 10 м.
Отметка гребня плотины рассчитывается по следующей формуле:
ÑГП = ÑУВБ + d , м (3)
Расчет отметки гребня плотины ведется для двух случаев:
¾ для основного случая: ÑГП1 = ÑНПУ + d1;
¾ для особого случая: ÑГП2 = ÑФПУ + d2.
Необходимо было определить отметку ФПУ:
ÑФПУ = ÑНПУ + Нф, м, (4)
где Hф = 0,75 м – для принятого типа водосбросного сооружения.
Таким образом:
ÑФПУ = 218,1 + 0,75 = 218,75 м.
Для расчёта гребня плотины принимаем отметку ФПУ равной 218,75 м. Возвышение гребня над расчетным уровнем воды верхнего бьефа d определяется по формуле:
d = hн + Dh + a, м, (5)
где hн – высота наката ветровой волны на откос плотины, м;
Dh – высота ветрового нагона волны, м; определяется по формуле:
, м, (6)где Кв – коэффициент зависящий от скорости ветра; так как скорость ветра не превышает 20 м/с, то Кв = 2,1×10-6;
W – расчётная скорость ветра, м/с;
D – длина разгона ветровой волны, м;
Н – условная расчетная глубина воды в водохранилище.
a - угол между продольной осью водоема и направлением господствующих ветров, принимается равным 0°.
а – конструктивный запас высоты, принимается равным 0,5 м.
Расчёт выполнялся для двух случаев: основного и особого.
Основной случай:
W1 = W4% = 20,5 м/с;
Н1 = ÑНПУ – ÑДна =
=218,1 – 208,0 = 10,1 м;
D1 = 3400 м;
.Особый случай:
W2 = W50% = 12,6 м/с;
Н2 = ÑФПУ – ÑДна =
= 218,85 –208,00 = 10,85 м.
D2 = 3800 м.
Высота наката волны на откос плотины определялась по формуле:
hн = h1% × KD × KНП × КС × Кb × КНГ × КН, м, (7)
где h1% – высота волны 1% вероятности превышения, м;
KD и KНП – коэффициенты зависящие от типа и относительной шероховатости верхового откоса, крепления откоса; KD = 1, KНП = 0,9 ;
КС – коэффициент, зависящий от скорости ветра и заложения откоса; КС = =1,3;
Кb - коэффициент, зависящий от угла подхода фронта волны к плотине; Кb = 1, т.к. b = 0;
КН – коэффициент вероятности превышения по накату; для 1% вероятности превышения КН = 1;
КНГ – коэффициент, зависящий от заложения верхового откоса и параметров ветровой волны; принимается по графику.
Для определения параметров ветровой волны вычисляются безразмерные комплексы:
и 
, (8)где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м2/с;
t – продолжительность действия ветра, равная 21600 с;
W – скорость ветра, м/с;
D – длина разгона волны, м.
Для вычисления h1% необходимо выполнить следующие операции:
Основной случай:
; 
.Особый случай:
; 
.Далее по графику для каждого из найденных комплексов определялись значения относительных параметров:
и 
, (9)где t – средний период волны, с-1;
– средняя высота волны, м.Основной случай:
Для a1 :
, 
;Для b1:
, 
.Особый случай:
Для a2:
, 
;Для b2:
, 
.Из найденных двух пар значений параметров за расчётные принимаются наименьшие. Таким образом, по графику:
Основной случай:
Особый случай:
Далее определялась средняя высота волны
и средний период волны t:Основной случай:
с-1; 
м.Особый случай:
с-1; 
м.Средняя длина волны l:
, м (10)Основной случай:
Особый случай:
Высота 1% вероятности превышения будет равна:
, (11)где Ki – коэффициент, устанавливаемый по графику при 1% вероятности превышения в зависимости от значения безразмерного комплекса b.
Основной случай:
Ki = 2,1
мОсобый случай:
Ki = 2,1
м