Водохранилищный гидроузел с грунтовой плотиной

- по возможности  необходимо учесть прокладку дорожной сети, линии электропередачи и связи;

- необходимо учитывать интересы пользователей данного гидротехнического сооружения и располагать его в близи от водопотребителей;

- при проектировании  необходимо учитывать территорию затопления после начала работы плотины;

- средняя  глубина в водохранилище должна  быть не менее 2,5 м для соблюдения экологических и санитарных требований.

      Согласно  вышеперечисленным требованиям  был запроектирован створ гидроузла  (см. Лист 1). По створу гидроузла построен продольный  профиль  (см.  рис.2) 

      2.2 Состав гидроузла и назначение его сооружений 

      В состав гидроузла входят следующие  сооружения:

- водонапорное сооружение (плотина). Данное сооружение необходимо для создания подпора воды и образования чащи водохранилища;

- водосбросное сооружение. Служит для пропуска избыточного количества воды в нижний бьеф во время весенних половодий либо дождевых паводков;

- водовыпускное сооружение. Необходимо для пропуска в нижний бьеф бытовых расходов воды (санитарные попуски), для пропуска строительных расходов, для полного или частичного опорожнения водохранилища;

- водозаборное  сооружение. Оно требуется для  забора воды из водохранилища для целей орошения.  

      2.3 Тип водосбросного сооружения 

      Проектирование  водосбросного сооружения ведется по типовым проектам. Нужное типовое сооружение подбираем по расходу с учетом возможности применения выбранного типа к конкретным местным условиям. Итак, по расчетному максимальному расходу водосброса 40,0 м³/с, выбирает тип водосбросного сооружения – водосброс автоматический  трубчатый  с  шахтным оголовком. Данный водосброс идеально подходит под данные топографические условия района строительства. 
 

      2.4 Компоновка сооружений гидроузла 

     Гидроузел предназначен для целей орошения, а, следовательно, при компоновке необходимо учитывать ряд требований:

     - чтобы гидроузел находился как  можно ближе к потребителя,  т.е. к полям орошения;

     - чтобы территория затопления  от создания водохранилища была минимальна и др. требования.

     Ось плотины располагается перпендикулярно направлению горизонталей местности и направлению движения воды в реке.

     Водосброс расположен на правом пологом  берегу  реки, в  русловой  части  на  отметке  211,00  (в  месте  пересечения  с  осью  плотины),  на подготовленном естественном грунте основания.

     Водовыпускное  сооружение  также  имеет  русловую  компоновку  и  совмещён  с  водосбросным  сооружением. 

3 ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА 

      3.1 Тип и конструкция плотины 

      3.1.1 Тип плотины

      По  назначению плотины бывают 3 видов:

      - водоподъемные;

      - водохранилищные;

      - комбинированные.

      По  способу перекрытия плотины делятся  на 2 основные группы:

      - глухие плотины, пропуск воды  в которых через створ осуществляется водопроницаемыми сооружениями в теле плотины, имеющие весьма малую ширину по сравнению с длиной плотины;

      - 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  №5 – супесь  с коэффициентом фильтрации К_ф = 0,3  м/сут.,  так как этот грунт обладает малой  водопроницаемостью  и  не  подвержен  морозному  пучению. 

      3.1.2 Сопряжение тела плотины с  основанием и берегами  

      По  данному подпункту рассматривается  подготовка основания плотины:

     - перенос построек расположенных в близи места строительства плотины;

     - осуществляется выравнивание местности прилегающей к строительству плотины (выкорчевка пней, срез деревьев и кустарников);

     - снятие растительного слоя (30 см);

     - проводится планировка поверхности. 

      3.1.3 Противофильтрационные устройства

     Противофильтрационные устройства разделяются на 2 основные группы по месту нахождения в плотине:

            - противофильтрационные  устройства в теле плотины;

            - 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 создания применяют: суглинки, глины, глинобетон, асфальтобетон.

      Противофильтрационные устройства в основании плотины  могут быть глухими и висячими.

       Тело плотины выполнено из глинистого, слабо водопроводящего грунта, поэтому противофильтрационных устройств не требуется. 

      3.1.4 Гребень плотины 

     Гребень плотины (рисунок 3) используется для проезда автомобильного транспорта.

       
 
 
 

     Примечание: А – ширина проезжей части;

                          Б – ширина обочины;

                          В – ширина гребня плотины.   

      Рисунок 3 – Элементы профиля гребня плотины 

      Для IV категории автомобильной дороги предусмотрены следующие размеры: А = 6,0 м, Б = 2,0 м, В = 10,0 м.

      Отметка гребня плотины рассчитывается следующим  образом: 

                              ÑГП = ÑУВБ + d , м    (3) 

Расчет ведется  для двух случаев:

      - для основного: ÑГП₁ = ÑНПУ + d₁

      - для особого: ÑГП₂ = ÑФПУ + d₂

Для принятого  типа водосбросного сооружения:  Н = 0,27 м.

 Тогда  ÑФПУ = ÑНПУ + Н = 158,20 + 0,27 = 158,47 м.

            Для  расчёта  гребня  плотины принимаем отметку ФПУ равной 158,47 м.

     Возвышение  гребня над расчетным уровнем  воды верхнего бьефа d определяется по формуле: 

                              d = h_н + Dh + a , м    (4) 

      где  h_н - высота наката ветровой волны на откос, м;

            Dh – высота ветрового нагона воды, м;

            а – запас высоты плотины. Принимаем не  менее 0,5 м.

Высоту ветрового  нагона воды Dh определяют по формуле: 

                        Dh = , м    (5) 

      где К_в – коэффициент зависящий от скорости ветра. Так как

                 скорости ветра не превышают 20 м/с, то К_в = 2,1×10^-6;

            W – расчетная скорость ветра, м/с;

            D – длина разгона ветровой волны, м;

            Н – условная расчетная глубина воды в водохранилище.

            Dh – проект учебный, поэтому последовательного приближения

           не делаем. Следовательно, Dh = 0.

            a - угол между продольной осью водоема и направлением

     господствующих ветров. a = 0, следовательно Cosa = 1

Учитывая выше изложенное, конечная формула имеет вид: 

                              Dh =  

Расчет ведется  для двух случаев:

      - для основного: W₁ = W_4% = 18,2 м/с;

     Н₁ = ÑНПУ - ÑДна = 158,20– 147,62 = 10,58 м.

     D₁ = 3,2 км = 3200 м.   

Dh₁ = = = 0,012 м.

      - для особого:  W₂ = W_50% = 12,2 м/с;

     Н₂ = ÑФПУ - ÑДна = 158,47 – 147,62 = 10,85 м.

     D₂ = 3,5 км =3500 м.   

Dh₂ = = = 0,01 м. 

     Высоту  наката волны на откос плотины определяем по формуле: 

                        h_н = h_1%×K_D×K_НП×К_С×К_b×К_НГ×К_НJ , м   (6) 

      где h_1% - высота волны 1% вероятности превышения, м;

            K_D и K_НП – коэффициенты зависящие от типа и относительной

     шероховатости верхового откоса, крепления откоса.

     Принимаются равными K_D = 1 и K_НП = 0,9 ;

            К_С – коэффициент, зависящий от скорости ветра и заложения

     откоса. Принимается равным К_С = 1,3 ;

К_b - коэффициент зависящий от угла подхода фронта воды к плотине. Принимаем равным К_b = 1, т.к. b = 0 ;