Как сбрасывали воду с плотины

ВОДОСБРО́С

В книжной версии

Том 5. Москва, 2006, стр. 505-506

Скопировать библиографическую ссылку:

ВОДОСБРО́С, гид­ро­тех­ни­че­ское со­ору­же­ние для сбро­са из­лиш­ней (па­вод­ко­вой) во­ды из во­до­хра­ни­ли­ща или др. вод­но­го объ­ек­та, а так­же для по­лез­ных по­пус­ков во­ды в ниж­ний бьеф . По на­зна­че­нию и кон­ст­рук­тив­ным при­зна­кам раз­ли­ча­ют: во­до­сли­вы – по­верх­но­ст­ные В. со сво­бод­ным пе­ре­ли­вом во­ды че­рез гре­бень пло­ти­ны или бров­ку ог­ра­ж­даю­щей дам­бы, и во­до­спус­ки – В. с во­до­про­пу­ск­ны­ми от­вер­стия­ми, по­гру­жен­ны­ми под уро­вень верх­не­го бье­фа (глу­бин­ны­ми или дон­ны­ми). Во­до­сли­вы мо­гут быть ис­поль­зо­ва­ны так­же для сбро­са из во­до­хра­ни­ли­ща льда, шу­ги, пла­ваю­ще­го ле­са и т. п. Во­до­спус­ки не­ред­ко слу­жат для про­мы­ва на­но­сов, опо­рож­не­ния во­до­хра­ни­ли­ща или ка­на­ла, а так­же врем. по­ни­же­ния уров­ня во­ды в них. Во­до­про­пу­ск­ные от­вер­стия В., как пра­ви­ло, обо­ру­ду­ют­ся за­тво­ра­ми, по­зво­ляю­щи­ми ре­гу­ли­ро­вать уров­ни и рас­хо­ды во­ды в верх­нем бье­фе (см. Гид­ро­тех­ни­че­ский за­твор ). В. без за­тво­ров, обо­ру­до­ван­ные спец. уст­рой­ст­ва­ми (напр., по­плав­ка­ми), ко­то­рые всту­па­ют в дей­ст­вие при под­ня­тии уров­ня во­ды до оп­ре­де­лён­ной от­мет­ки, на­зы­ва­ют­ся ав­то­ма­ти­че­ски­ми. В., кон­ст­рук­тив­но свя­зан­ные с пло­ти­ной, на­зы­ва­ют пло­тин­ны­ми; В. с от­во­дя­щим во­до­во­дом, раз­ме­щае­мым в об­ход пло­ти­ны, – бе­ре­го­вы­ми (рис. 1). В пло­ти­не мо­гут од­но­вре­мен­но уст­раи­вать­ся по­верх­но­ст­ные и глу­бин­ные В. Бе­ре­го­вые В. со­ору­жа­ют в ви­де от­кры­тых во­до­сброс­ных ка­на­лов (бы­ст­ро­то­ки, мно­го­сту­пен­ча­тые пе­ре­па­ды, тран­шеи, об­ход­ные рус­ла и др.) или тун­не­лей (рис. 2). Тун­нель­ные В. раз­ме­ща­ют в бе­ре­го­вых ко­рен­ных по­ро­дах. Во­да по­сту­па­ет в рас­по­ло­жен­ную на бе­ре­го­вом скло­не баш­ню (ба­шен­ный В.) или че­рез коль­це­вую во­до­слив­ную во­рон­ку в шах­ту (шахт­ный В.). Из баш­ни (или шах­ты) во­ду на­прав­ля­ют в от­во­дя­щий тун­нель. При не­об­хо­ди­мо­сти обес­пе­чить про­пуск боль­ших рас­хо­дов во­ды при не­зна­чит. пре­вы­ше­нии уров­ня верх­не­го бье­фа над греб­нем во­до­сли­ва уст­раи­ва­ет­ся си­фон­ный во­до­сброс.

Источник

Ландшафтная архитектура и зеленое строительство | Totalarch

Вы здесь

Водосбросы и водоспуски

Водосбросы. Существование и эксплуатация плотинных водоемов невозможны без основных сооружений, обеспечивающих их безопасность (водосбросов) и хороших условий эксплуатации и ремонта (водоспусков). Водосбросы бывают с глубокими колодцами (шахтные, ковшевые и др.) и могут служить и для опорожнения водоема. В то же время донные водоспуски могут выполнять функцию управляемых глубинных водосбросов.

Типы конструкции водосбросов определяются топографическими, геологическими, гидрогеологическими, гидрологическими, эксплуатационными условиями. Водосбросы могут устраиваться как в берегах балки или ручья, так и в теле плотины. Береговые водосбросы располагаются обычно непосредственно около плотины и сбрасывают воду в ту же балку (ручей) или в соседний водоток (понижение). Водосбросы в теле земляных плотин располагают в русле или на пойме балки (ручья).

Основными элементами водосбросов, расположенных в берегах, являются подводящий канал криволинейного или прямолинейного очертания в плане, водосливная часть в виде водослива с широким порогом и сбросная часть в виде быстротока или многоступенчатого перепада.

По конструкции водосбросы подразделяются на открытые и закрытые. Водосбросы в теле плотины устраивают закрытыми (сифонные и шахтные).

Сифонный водосброс (рис. 6.5) в зависимости от расхода устраивают из железобетонных, металлических или асбестоцементных труб из одной или нескольких ниток (до 6 шт.), опор и раструбных оголовков в верхнем и нижнем бьефах. Гребень сифона располагается на отметке нормального подпорного уровня. Входной оголовок оборудуется воздухоотводящими металлическими трубками. Верхняя кромка оголовка заглубляется на 0,2 м ниже НПУ. Нижний бьеф сооружения крепится железобетонными плитами, верхний — железобетонными плитами и камнем, уложенным в один слой. Этот тип водосброса является автоматическим. При разности бьефов от 5 до Юм его пропускная способность составляет 1,2. 5,8 м3/с по одной нитке и диаметре труб 576. 960 мм.

Рис. 6.5. Сифонный водосброс (размеры указаны в м): 1 — одиночное мощение; 2 — плита крепления; 3 — раструб; 4 — опора; 5 — звенья круглых труб; 6 — гравийно-песчаная подготовка

Шахтный водосброс обычно устраивают из монолитного и сборного железобетона. Он работает в автоматическом режиме. Основными элементами конструкции являются шахта, напорный трубопровод и гаситель энергии. Гребень водослива устраивают на отметке НПУ. Напор на водосливе принимают до 0,8. 1,0 м. Для полного опорожнения водоема в нижней части шахты предусматривается отверстие, перекрываемое затвором, а при необходимости и рыбоудерживающей решеткой.

Напорный трубопровод укладывают на бетонный фундамент. Для гашения напора фильтрационного потока вдоль трубопровода устраивают диафрагмы. Гашение энергии в нижнем бьефе обеспечивается решетчатым или иным видом гасителя.

Более эффективными являются водосбросы с малыми удельными расходами воды (до 0,5 м3/с). Они более просты, более зрелищны с точки зрения ландшафтной архитектуры и удобны в эксплуатации. Водосбросы устраивают в виде лотков — быстротоков с нормальной шероховатостью.

Водосброс из монолитного бетона представляет собой лоток трапецеидального сечения с любым коэффициентом заложения откоса (обычно т = 1). Водослив, быстроток и водобойный колодец разделены швами. Размеры отдельных участков в пределах швов колеблются обычно в пределах 12. 14 м2. Бетон укладывают толщиной 0,10. 0,15 м на подготовку из гравия или щебня толщиной 0,10 м. Между водосливом и быстротоком, а также между быстротоком и водобойным колодцем устраивают заборные стенки. Перед водосбросом сооружают ледозащитную стенку. Водобойный колодец образуется за счет выемки и насыпи буферной дамбочки, облицованной монолитным бетоном. Вместо водобойного колодца может быть устроена водобойная стенка. Сравнительный экономический анализ показал, что водосброс из монолитного бетона в 2,3 раза дешевле сифонного водосброса.

Водоспуски. По конструкции они бывают открытыми и закрытыми. В земляных плотинах обычно устраивают закрытые трубчатые водоспуски из металлических, асбестоцементных и железобетонных труб. В конце трубчатых водоспусков предусматривают устройство для гашения энергии.

Закрытый сифонный водоспуск из металлических труб диаметром 150. 300 мм рассчитан на расход воды 0,020. 0,345 м3/с при разности бьефов 0,5. 6,0 м.

Применение этого водоспуска возможно при разности отметок наивысшей точки оси сифона и минимального уровня воды в отводящем русле не более 7 м. В работу водоспуск запускается с помощью вакуум-насоса. Гашение энергии в нижнем бьефе происходит в воронке размыва или колодезном гасителе.

Рис. 6.6. Закрытый трубчатый водоспуск с низовым затвором: 1 — канат; 2 — натяжной конец; 3 — выходной оголовок с затвором; 4 — диафрагмы; 5 — стальной трубопровод

Закрытый трубчатый водоспуск с низовым затвором (рис. 6.6) выполняется из металлических труб диаметром 150. 400 мм. Пропускная способность составляет 0,02. 0,77 м3/с при напоре 0,5. 7,0 м. Для уменьшения скорости фильтрации вдоль трубы предусмотрены диафрагмы и обсыпка водонепроницаемым грунтом. Входной и выходной оголовки расположены на основании из бетонных или деревянных свай. На входном оголовке устанавливают решетку с просветами 20 мм и ремонтный затвор; на выходном — рабочий затвор. Ремонтный затвор устанавливают не всегда. Энергия потока на выходе гасится в воронке размыва, а также гасителем свайного или колодезного типа.

Ремонт плотин. При реставрации памятников садово-паркового искусства часто приходится сталкиваться с необходимостью реставрации и реконструкции земляных плотин. Особенностью плотин прошлых веков является то, что они, как правило, не соответствуют современным нормам проектирования и строительства. Это несоответствие заключается в отклонении от современных норм таких показателей, как ширина гребня, коэффициенты заложения верхового (мокрого) и низового (сухого) откосов, отсутствии дренажных призм и других элементов дренажа, а также отсутствии противофильтрационных экранов, зуба, шпунтовых стенок, ядра и т.д. Водосбросы старых плотин были, как правило, грунтовыми и часто не закрепленными на гребне. Проектирование (если оно вообще было) и строительство таких плотин производилось без соответствующего гидрологического и геологического обоснования, что делало эти сооружения беззащитными перед лицом катастрофических половодий и паводков, приводивших к разрушению плотин в зоне фунтовых водосливов, мостовых переходов или даже всего тела плотины ***. При реставрации таких плотин часто приходится сталкиваться с зарастанием верховых откосов кустарниковой, а низовых — древесной и кустарниковой растительностью.

*** Достаточно ярким примером таких явлений явилось половодье 1908 г. в Подмосковье, когда расход воды вероятностью превышения 0,3. 0,4% достигли разрушающих размеров, в результате чего было разрушено и даже полностью смыто большое количество плотин.

Рис. 6.7. План переустройства плотин (по И. М. Шармановскому): 1 — льдозащитная стенка; 2 — направляющие валики; 3 — дренаж трубчатый и труба для отвода фильтрационных вод; 4 — водобойная стенка; 5 — быстроток; 6 — подсыпка тела плотины; 7 — заделка промоин

Часто встречающимся видом повреждения является образование оврагов на месте боковых водосбросов. В таких случаях производят реконструкцию глухих земляных плотин в земляные водосливные плотины. Тогда русло образовавшегося оврага перекрывают глухой земляной плотиной, а существующую глухую плотину реконструируют в земляную водосливную плотину.

Реконструкцию можно произвести с повышением напора воды путем подсыпки двусторонних дамб и низового откоса водосливной части плотины. Если же реконструкция производится без увеличения напора воды и объема водоема, то ниже гребня плотины (на 0,8. 1,0 м) устраивают выемку для водосливной части с подсыпкой низового откоса в пределах водосливной части (рис. 6.7).

При реконструкции плотин целесообразно максимально использовать существующие материалы: булыжник, бутовый камень, бетонные и железобетонные конструкции и т.д.

Источник: Строительство и эксплуатация объектов ландшафтной архитектуры. Теодоронский В.С.

Источник

Водосброс, водосливная плотина

Водосброс, водосливная плотина — устройство в гидротехническом сооружении

Водосброс, водослив — устройство в гидротехническом сооружении, в котором сброс воды осуществляется через отверстие со свободной поверхностью потока.

Сброс воды осуществляется в случае переполнения водохранилища из-за паводка, сильных дождей и тд.

Исключение — водосливная плотина, на которой слив воды осуществляется постоянно.

• водосливы без затвора — пропускная способность водослива не регулируется и зависит только от уровня воды в водохранилище;
• водосливы с затвором — пропускная способность водосброса регулируется.

Другие часто используемые названия водосброса и сопутствующие термины:

• водоспуск — другое название;
• водосливная плотина (ВП) — плотина, предназначенная для пропуска воды путем перелива через ее гребень;
• водосливная поверхность — поверхность конструкции водослива, по которой непосредственно происходит слив воды;
• водосливной носок — выступ в конце водосливной поверхности, при сходе с которого струя воды свободно сбрасывается в нижний бьеф или сопрягается с ним с помощью гидравлического прыжка;
• грань водослива — наивысшая линия гребня водослива;
• гребень водослива — верхняя часть водослива.

Пропуск воды через водосливные отверстия на гребне плотины чаще всего регулируется затворами.

Водосливные отверстия могут быть использованы также для пропуска льда, иногда леса, а при низком пороге — наносов и, при соответствующих скоростях течения и габаритах отверстия — судов.

Водосливные отверстия ограничены быками и устоями, направляющими поток в отверстия и используемыми одновременно в качестве опор для затворов, подъемных механизмов и мостов.

В состав водосливной плотины на нескальном основании входят также понур, устраиваемый в верхнем бьефе перед телом водослива для удлинения пути фильтрационного потока под подошвой сооружения, а также крепление нижнего бьефа — устройства для гашения энергии и защиты русла от размыва.

ВП бывают бетонные, железобетонные, деревянные; проводятся исследования возможности перелива воды через земляные плотины и каменнонабросные плотины.

ВП рассчитывают на пропуск «расчетного» максимального расхода реки при нормальном подпорном уровне (НПУ) верхнего бьефа (с учетом пропускной способности др. сооружений гидроузла), затем проверяется возможность пропуска макс, расхода при чрезвычайных условиях эксплуатации и определяется форсированный подпорный уровень (ФПУ).

Макс. расходы реки определяют методами гидрологии. Пропускная способность водосливной плотины рассчитывается по формулам гидравлики.

Величина напора на гребне водослива назначается из условий: достижения возможно больших удельных (на 1 м длины плотины) расходов воды в конце крепления русла (на рисберме) в нижнем бьефе (однако с допустимыми в отношении защиты сооружения от подмыва скоростями течения воды), получения минимальной общей стоимости сооружения, приемлемой высоты затворов и недопущения опасной вибрации тела водослива.

На построенных ВП величина напора на гребне обычно составляет от 2 до 8 м, достигая в отдельных случаях 15-18 м.

Удельные расходы принимаются до 50- 60 м 3 /сек. на 1 м длины водослива для ВП на нескальных грунтах и до 100-120 м 3 /сек. — на скальных.

Общая длина водосливного фронта разбивается на ряд пролетов, в тч рассчитанных на величину хода судов.

ВП имеют также глубинные отверстия (водоспуски).

Величина кинетической энергии потока, сбрасываемого через водосливные плотины (зависящая от расхода воды и напора), может быть весьма значительной.

Эта энергия гасится частично в процессе разрушения дна и берегов нижнего бьефа, частично затрачивается на внутреннее сопротивления воды (вихреобразование, удары струи и др).

По мере увеличения размыва русла его интенсивность уменьшается и с течением времени размывы прекращаются.

Основные виды сопряжения потока, прошедшего через плотину, с нижним бьефом:

донный режим, когда струя плавно опускается с плотины и движется у дна, растекаясь кверху, и вихревой валец затопленного прыжка располагается сверху;

поверхностный режим, когда струя сходит с повышенного уступа или носка плотины и движется у поверхности нижнего бьефа, образуя поверхностный прыжок и растекаясь книзу, покрывая собой вихревой валец у дна;

свободно падающая струя, когда струя свободно падает с гребня или носка-трамплина, размер которых выбирают, исходя из условий пропуска льда, леса, судов, производства работ, экономических показателей и тд.

Дно нижнего бьефа (водобой и рисберма) крепится на таком протяжении от плотины, чтобы возможный размыв русла не угрожал ее устойчивости и прочности. Для удешевления крепления стремятся погасить избыточную энергию потока и довести его скорости до приемлемых величин на кратчайшем расстоянии от плотины. Это достигается регламентированным маневрированием затворами (равномерное открытие их- по длине водосливной плотины) и сооружением на водобое спец. устройств для гашения энергии потока.

При сходе с рисбермы скорости течения доводятся до неразмывающих или до почти неразмывающих русло.

В ряде случаев для этой цели рисберма заканчивается углублением (ковшом), на дно которого отсыпается камень.

Режим сопряжения бьефов, тип и размеры крепления нижнего бьефа для крупных сооружений

Фильтрация воды из верхнего бьефа в нижний происходит под подошвой ВП и в обход ее в грунте берега или примыкающей земляной плотины. Для борьбы с фильтрацией воды в обход плотины устои снабжают открылками и диафрагмами.

Против фильтрационных деформаций (суффозии, выпора) грунта основания под подошвой плотины устраивается рациональный подземный контур гидросооружения. В состав последнего при нескальных основаниях входит подошва понура, тела водослива, водобоя и рисбермы, шпунты или зуб, дренажи.

До недавнего времени ВП строились в основном гравитационного типа, в последнее время расширяется применение водосливных арочных и контрфорсных плотин, а также сборных железобетонных плотин. ВП сооружаются преим. из бетона и железобетона и достигают значит, размеров — до 260 м в высоту и несколько сот метров в длину.

Источник