Гидравлический расчет водоспусков и водовыпусков
Расчетный расход устанавливают для водоспусков: а) хозяйственного — равным максимальному расходу водопотребления (согласно имеющемуся графику водопотребления); б) аварийного— в зависимости от желаемого времени опорожнения водохранилища. Далее будем рассматривать только хозяйственные водоспуски (глубинного, закрытого типа). Если при отметке УМО должен отдаваться потребителю максимальный расход водопотребления Qp, то в качестве расчетного уровня воды в водохранилище должен приниматься УМО (самый низкий уровень воды в водохранилище). Ограничиваясь рассмотрением только этого случая, отметим, что при максимальном расходе водопотребления (при расчетном расходе водоприемника Q) и при расчетном уровне воды в верхнем бьефе (при УМО) затворы водоспуска должны быть полностью открыты. Именно такой случай и является расчетным. В других случаях (когда расход меньше расчетного или уровень верхнего бьефа выше УМО) затворы водоспуска должны прикрывать отверстия.
Необходимо различать два гидравлических расчета водоспуска: расчет его пропускной способности и расчет сопряжения бьефов за водоспуском.
Расчет пропускной способности водоспуска (водовыпуска) дает поперечные размеры водопропускного тракта, обеспечивающие необходимую пропускную способность водовыпуска. В гидравлическом отношении рассматриваемый водовыпуск представляет собой одну, две или несколько напорных коротких труб (т. е. напорных труб, при расчете которых необходимо учитывать потери напора как по длине, так и местные).
При наличии двух параллельных труб (что обычно и имеет место) каждую трубу рассчитывают на пропуск расчетного расхода QP, равного: а) в случае подачи воды на орошение земель Qp = 0,5Qp; б) в случае водоснабжения тех или других объектов Qp=0,8Qp, где Qp —расчетный расход всего водоприемника. Принимая QP согласно этим формулам, имеем в виду, что во время ремонта одной из двух имеющихся труб потребителю не будет даваться соответственно 50 и 20 % потребного ему расхода воды.
Различают два случая работы рассматриваемой напорной трубы: а) случай истечения воды в атмосферу (рис. 11.129, а) и б) случай истечения под уровень воды (рис. 11.29,6). Расчет ведут:
Практически расчет удобно выполнять, придерживаясь следующей схемы: а) задаются средней скоростью движения воды в трубе 2...5 м/с; б) находят площадь сечения трубы A — QP/v, причем устанавливают диаметр трубы D (округляя найденное его значение до сортаментной величины) или размер прямоугольного сечения трубы и т. п.; в) затем по одной из приведенных выше формул для Qр определяют Н или Z; г) зная Н или Z, определяют или высотное положение выходного отверстия трубы (при истечении в атмосферу), или необходимую отметку уровня воды нижнего бьефа.
Если отметка уровня воды в нижнем бьефе задана (высотное положение отводящего канала зафиксировано), то тем самым задано и значение Z. При таких условиях для случая на рис. 11.29,6 задачу приходится решать подбором, задаваясь рядом различных поперечных размеров трубы.
Если водоприемник состоит из напорного и безнапорного водоводов (рис. 11.29, а), то для расчета пропускной способности напорной части водовода необходимо знать УУНБ. Чтобы найти эту отметку, строят свободную поверхность потока в безнапорном водоводе. Часто в этом водоводе бурный режим: прыжок будет отогнан за пределы водовыпуска (прыжка в водоводе не будет). В этом случае, если безнапорный водовод не очень длинный, причем значение Z не очень большое, то в конце водовыпуска скорости такие же, как и при истечении воды из напорной трубы в атмосферу; при этом глубина воды hKa в конце водоприемника
Глубину йн потока в начале безнапорного водовода в запас иногда можно принять равной. Точнее вопрос о значениях должен решаться по правилам гидравлики. Зная hKн, можно далее рассчитывать сопряжение бьефов за водовыпуском.
Расчет сопряжения бьефов за водовыпуском. Если сопряжение бьефов проектируют не путем отброса струи и не с использованием рассеивающего трамплина, то за водовыпуском устраивают или водобойный колодец, или специальные гасители энергии. Проектируя такие устройства, учитывают следующие условия: 1) внутри безнапорной трубы водовыпуска гидравлический прыжок, как правило, недопустим; б) за водовыпуском не должны возникать размывы грунта; в) расположенную в средней части водовыпуска или в конце его затворную камеру желательно не подтоплять нижним бьефом.
Снижая отметку дна отводящего канала, можно выдержать указанные условия. Однако снижение этой отметки часто бывает нежелательно, так как при этом уменьшается площадь орошаемых самотеком земель (площадь командования). Имея это в виду, иногда сопряжение бьефов рассчитывают, исходя из предельной схемы. Такая схема должна иметь место в самом невыгодном (расчетном) случае пропуска воды через водоспуск. В первом приближении можно считать, что этот расчетный случай характеризуется следующими условиями: а) в верхнем бьефе установился УМО; б) все напорные трубы полностью открыты; в) в конце безнапорной трубы установилась глубина hVH
В дальнейшем такого рода расчет приходится уточнять, рассматривая разные уровни воды в верхнем бьефе и различные сбрасываемые в нижний бьеф расходы (от которых, в частности, зависит глубина воды, устанавливающаяся в нижнем бьефе). Расчеты ведут в соответствии с правилами гидравлики.