Водосбросы автоматического действия
Super Sait-1

Естественные водообходы

Естественный водообход представляет собой понижение рельефа ниже гребня плотины. В качестве естественного водообхода используют естественные низины, староречья, суходольные балки, ручьи (рис. 28, 29).
Водосбросы автоматического действия

Такие водосбросы возможно применять, когда пойма реки очень широкая (рис. 30).
Водосбросы автоматического действия

В любом варианте естественному водообходу придают прямоугольную форму и обваловывают с одной стороны. Ширину такого водообхода принимают в пределах 20-40 м при глубине потока не более 0,15-0,3 м и проверяют расчетом скорости течения на размыв. Как правило, концевую часть водообхода крепят различными материалами для предотвращения размывного процесса. При устройстве естественного водообхода стремятся не повреждать дерн его ложа.
Устраивают естественные водообходы при небольших расходах воды в период паводка, который к тому же длится непродолжительное время. Их используют и как вспомогательные водосбросы при других типах водосбросных сооружений. Вначале сброс лишней воды из водоема идет через естественный водосброс, а затем через искусственное сооружение.
Достоинство таких водосбросов в их дешевизне, а отрицательная сторона - опасность их размыва с образованием оврага.
Водосбросные каналы

При невозможности использования естественного водообхода строят искусственные водоотводящие каналы. Канал трассируют по береговому склону долины в обход плотины со сбросом воды в ту же балку, реку или ее приток, овраг, низину (рис. 31).
Дно водосбросного канала в начальной его части закладывают на уровне постоянного горизонта воды в пруду. При этом проход паводковых вод происходит только при повышении в нем уровня воды.
Водосбросы автоматического действия

В зависимости от условий трассы каналов они могут быть выполнены по пяти основным схемам:
1. Каналы без креплений дна и откосов. Их применяют при малых расходах воды в период паводка и очень пологих уклонах трассы (0,002-0,003). Заложение откосов 1:2. К этой схеме относят каналы с простейшими креплениями откосов.
2. Каналы с быстротоком в концевой части.
3. Каналы с многоступенчатым перепадом.
4. Каналы с консольным сбросом.
5. Каналы с несколькими сопрягающими сооружениями.
При проектировании и строительстве сбросных каналов придерживаются следующих условий:
1. Объем земляных работ должен быть наименьшим. Грунт выемки канала, если он годен, используют для насыпи его стенок.
2. Выход канала в нижний бьеф удаляют от плотины, чтобы паводковые воды не подмывали низовой ее откос.
3. Канал трассируют в стороне от плотины во избежание опасных явлений в случае промыва стенок канала.
4. Скорость течения по каналу не должна вести к размыву откосов.
5. Канал устраивают целиком в выемке. В крайнем случае, в полувыемке-полунасыпи. Подсыпка грунта на дно канала недопустима.
6. Откосы канала делают устойчивыми против размыва.
7. С целью плавного и спокойного входа и выхода воды из канала начальную и концевую его часть делают в виде воронки. Ширина входной воронки превышает ширину канала по дну в 2,0-2,5 раза, а выходной воронки - в 2,5-3,0 раза.
8. Канал устраивают по возможности прямолинейным. В случае кривизны канала его радиус превосходит ширину в 5 раз. Откосы на закруглениях укрепляют.
9. Водосброс располагают на наиболее устойчивых к размыву грунтах.
10. При строительстве канала с сопрягающими сооружениями (быстроток, перепад, консоль) их размещают в концевой части или в местах резкого падения рельефа.
Быстроток

Его устраивают в местах сосредоточенного, но плавного падения рельефа местности (рис. 32).
Водосбросы автоматического действия

Он представляет собой лоток из различного материала по ширине сбросного канала. Дно быстротока делают вогнутым, чтобы максимальные расходы воды проходили по его середине. Выход быстротока заканчивается водобойным сооружением в виде каменной наброски или железобетонных плит с водобойными стенками. Здесь скорость течения воды гасится, и она плавно поступает в отводящий канал или русло реки.
Ширину быстротока определяют по формуле
Водосбросы автоматического действия

где Q - расход воды через быстроток прямоугольного сечения, м3/с;
m - коэффициент расхода, равный 0,36-0,40;
H - глубина воды в подводящем канале;
g - ускорение силы тяжести - 9,81 м/с2.
Расход воды через быстроток прямоугольного сечения определяют по формуле
Водосбросы автоматического действия

где hн - глубина воды в быстротоке, м; Bc - ширина дна быстротока, м;
R - радиус быстротока, м;
i - уклон быстротока.
Перепад

Он представляет собой одно- и многоступенчатый лоток из различного материала (рис. 33).
Его устраивают при большом уклоне концевой части водосбросного канала, когда быстроток невозможен. Стенки и пол каждой ступени надежно соединяют с помощью шпунтового ряда с грунтом места расположения такого водосброса. Концевая часть водосброса имеет устройство для гашения скорости воды.
Водосбросы автоматического действия

Ширину перепада определяют по той же формуле, что и для быстротока.
Консольный перепад

Консольный перепад - это продолжение канала или быстротока в виде лотка. Его устраивают в месте резкого падения рельефа конца земляного канала (рис. 34).
Водосбросы автоматического действия

Длина консоли обычно 2-4 м. При большей длине ставят дополнительные опоры. Строят консоли из дерева, железобетона. Падение воды из консоли вызывает образование воронки размыва. Для ее уменьшения и гашения скорости воды под падающий поток помещают железобетонные плиты.
Расход воды и ширину консоли вычисляют так же, как и для быстротока.
Открытые водосбросы

Их обычно устраивают в береговой части тела плотины в том случае, если долина реки, ручья имеет крутые берега и выемка под канальный водосброс получается очень глубокой и длинной.
Устройство автоматических открытых водосбросов возможно в виде лотка или трубы большого диаметра. Основным преимуществом таких водосбросов в теле плотины является отсутствие водоподводящего канала. В результате отпадает необходимость очистки канала от наносов и устраняется опасность обрушения откосов (рис. 35).
Водосбросы автоматического действия

В прудах небольшой площади и построенных на суходольных балках с небольшой площадью для водосброса достаточно положить трубу большого диаметра на уровне постоянного горизонта воды. Труба заканчивается быстротоком с водобойным устройством.
В больших прудах открытый водосброс автоматического действия устраивают в виде лотка из различного материала.
Лоток тщательно соединен с грунтом шпунтовым рядом под полом и стоками. Особенно это важно для первых лет эксплуатации, когда происходит окончательная осадка плотины. Лотковый водосброс также заканчивается быстротоком. Для предупреждения размыва низового откоса от быстротока отводят канал.
Расход воды через трубчатые водосбросы определяют по формуле
Q = σ * м * в * н,

где σ - коэффициент затопления (примерно 0,97-0, 99);
м - коэффициент расхода (равный 1,86);
в - периметр (окружность) трубы, м;
н - напор воды над порогом водосброса, м.
Пропускную способность лотковых автоматических водосбросов рассчитывают по тем же формулам, что и для быстротока.
Шахтные водосбросы

Шахтный водосброс состоит из вертикальной шахты квадратного или круглого сечения и горизонтальной трубы прямоугольного или круглого сечения и водобойного устройства (рис. 36).
Водосбросы автоматического действия

Верх шахты может быть защищен решеткой для задержки крупных предметов (бревен, большого кустарника, льда и др.), чтобы они не засоряли водосброс. Верх шахты расположен на отметке нормального горизонта воды. Шахтные водосбросы строят из монолитного или сборного железобетона.
Пропускную способность шахтного водосброса определяют по формуле:
а) для шахты многоугольной: Qм3/с = m * в * √2g * √H3;
б) для шахты круглой Qм3/с = m * 2π * R * √2g * √H3,
где m - коэффициент расхода шахты с плоским гребнем (примерно 0,4);
R - радиус шахты, м;
В - периметр шахты, м;
g - ускорение силы тяжести, 9,81 м/с2;
π - постоянная величина, 3,14;
H - напор над порогом шахты, м.
Размер шахты и горизонтальной трубы зависит от расхода воды. Шахтный водосброс может быть совмещен с донным водоспуском. Для этого внизу шахты делают отверстие, перекрываемое щитом.
Сифонный водосброс

Разновидность трубчатого напорного водосброса. Он состоит из металлической трубы с загибом ее в начальной части под нормальный подпорный уровень. На перегибе трубы устраивают для связи с атмосферой круглое отверстие. Отверстие находится на уровне нормального подпорного уровня воды в водоеме (рис. 37).
Водосбросы автоматического действия

Работает водосброс автоматически. При незначительном повышении воды выше НПУ он включается и работает как насос. При снижении воды до НПУ отверстие соединено с атмосферой и водосброс отключается.
Пропускную способность сифонного водоспуска определяют по выражению
Водосбросы автоматического действия

где μ - коэффициент расхода сифона, равный 0,65-0,85;
ω - площадь поперечного сечения трубы сифона, м2;
g - ускорение силы тяжести, 9,81 м/с2;
H0 - действующий напор, м:
Водосбросы автоматического действия

где H - напор, равный разности между превышением верхнего бьефа и центром выходного отверстия, м;
V- скорость подхода воды в верхнем бьефе, м/с.
При V= 0, H1 = Н.
Скорость прохождения воды через сифон достигает 8-10 м/с.
К положительным сторонам сифонного водосброса относятся:
1. Обладание большой пропускной способностью при сравнительно небольшом сечении трубы и небольшой ширине водосливного фронта.
2. Автоматическое и быстрое включение в работу при незначительном повышении уровня воды над НПУ (0,2-0,25 м).
3. Простота в эксплуатации.
В то же время у них имеются и недостатки:
1. Более сложная конструкция.
2. Закругление входного конца сифона затрудняет его осмотр.
3. Вибрация в период работы.
4. Возможность обмерзания и закупорки льдом.


Super Sait-1