Патент на изобретение №2256742

(54) ВОДОСБРОС ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к открытым береговым приплотинным водосбросам автоматического действия, предназначенным для сброса паводковых вод. Водосброс включает головной водосливной участок, отводящий канал и концевой участок сопряжения бьефов, который снабжен расположенными на боковых стенках по нормали к склону долины водотока выпусками. Последний по течению потока выпуск выполнен треугольным в поперечном сечении. Общий фронт выпусков определяется из условия распределения расчетного расхода потока на склоне с допустимой неразмывающей для растительного покрова склона долины скоростью. Водосброс позволяет обеспечить достаточно надежную защиту от паводковых вод с минимальным ущербом для гидротехнических сооружений и окружающей среды при снижении затрат на возведение гидротехнических сооружений, ограничивая их только затратами на земляные работы. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к гидротехнике, в частности к открытым береговым приплотинным водосбросам автоматического действия, и предназначено для сброса паводковых вод.

Известно водосбросное сооружение по а.с.СССР 866039 (МПК³ Е 02 В 9/04, опубл. БИ №35, 1981 г.), включающее траншею переменного сечения и отводящий водовод, причем в траншее установлен на поперечных балках лоток, который, как и верхняя часть траншеи, выполнен с постоянным прямоугольным сечением. Строительство такого сооружения связано с производством железобетонных работ, что не всегда приемлемо, особенно при удаленном районе строительства и при производстве работ в зимний период.

Известны береговые водосбросы (Справочник проектировщика гидротехнических сооружений. – М.: Стройиздат, 1983 г., с.364), включающие подводящий канал, головную часть в виде водослива, отводящий промежуточный канал, сбросную часть (быстроток) и концевой участок. Сопрягающие сооружения являются наиболее сложными и их строительство связано с применением определенных материалов, например камня определенной крупности и крепости, монолитного или сборного железобетона, что приводит к высокой стоимости строительства и требует квалифицированного исполнения.

Наиболее близким техническим решением является водосброс (Замарин Е.А., Фантеев В.В. Гидротехнические сооружения. – М.: 1954, с. 240, рис.209) с головным водосливным участком, отводящим каналом и концевой участок, отводящий канал которого расположен вдоль берегового склона. Перелив через борт канала осуществляется как свободное истечение через водослив с широким порогом. Для сохранения в канале постоянных скоростей ширину его постепенно сужают в пределах развитого сливного фронта или уменьшают глубину потока в концевом участке канала изменением уклона его дна. При такой конструкции полное опорожнение канала невозможно, что приводит к протуханию застойной воды в канале после прохождения паводка. Кроме того, выдержать отметку порога на большом протяжении практически невозможно.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение надежной защиты гидротехнических сооружений и окружающей среды при упрощении и удешевлении производства работ по возведению гидротехнических сооружений, что особенно актуально при строительстве их в районах Крайнего Севера, где восстановление нарушенного почвенного слоя требует большего времени и средств, нежели, например, в средней полосе России.

Поставленная цель достигается тем, что в водосбросе гидротехнического сооружения, включающем головной водосливной участок, отводящий канал и концевой участок сопряжения бьефов, концевой участок снабжен расположенными на боковых стенках по нормали к склону долины водотока выпусками, последний по течению потока выпуск выполнен треугольным в поперечном сечении, а общий фронт выпусков определяется из условия распределения расчетного расхода потока на склоне с допустимой неразмывающей для растительного покрова склона долины скоростью. Выполнение концевого выпуска с расположенными на боковых стенках по нормали с склону долины выпусками, а также выполнение последнего по течению потока выпуска треугольным в поперечном сечении и определение общего фронта выпусков из условия распределения расчетного расхода потока на склоне с допустимой неразмывающей для растительного покрова склона долины скоростью являются отличием от прототипа и свидетельствуют о новизне заявляемого технического решения.

Рассредоточенность сбросного потока по склону с возможностью обеспечения допустимых удельных расходов с неразмывающей скоростью обеспечивает сохранность почвенного покрова склона. Выполнение последнего по течению потока выпуска треугольным в поперечном сечении позволяет полностью опорожнить канал после прохождения паводка и автоматически регулировать уровень воды в канале при нарастании расхода.

Естественной поверхностью борта долины водотоков, как правило, является дерновой покров, для которого допустимая неразмывающая скорость равна 1,5 м/с (П.Г.Киселев и др. Справочник по гидравлическим расчетам. – М.: 1972, с.202, табл.10, 11). Зная уклон борта i, определяется допустимая глубина потока h из известной формулы

где

С – коэффициент Шези при шероховатости поверхности n=0,03,

– гидравлический радиус, м;

= Вh – площадь сечения потока, м²;

– смоченный периметр для широких водотоков с малой глубиной =В, т.е. R=h.

При расчетном расходе Q_pacч, (м³/c) необходимый фронт выпусков равен

м.

Выполнение водосброса гидротехнического сооружения подобной конструкции не выявлено из изученной научно-технической информации и патентной документации, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого технического решения.

На фиг.1 представлен план водосброса гидротехнического сооружения, где 1 – плотина, 2 – головной водосливной участок, 3 – отводящий канал, 4 – концевой участок с выпусками, 5 – последний выпуск (треугольного сечения), 6 – дно отводящего канала, 7 – береговой склон долины водотока (ручья) в нижнем бьефе; на фиг.2 – продольный разрез концевого участка.

Водосброс включает в себя головной водосливной участок 2, отводящий канал 3 и концевой участок сопряжения бьефов 4, снабженный расположенными на боковых стенках по нормали к склону долины 7 водотока выпусками (в том числе последним выпуском треугольного сечения 5). Фронт выпусков конструктивно разбивается на n участков равной длины. На каждом участке выпуск устраивается, например, в виде водослива с широким порогом, пропускной способностью Q_pacч./n=q, м³/с каждого выпуска. Для расхода q определяется необходимый напор Н₀ по известным формулам гидравлики. Зная нормальную глубину Н наполнения в отводящем канале 3 при Q_pacч, определяют отметку порога первого по течению выпуска Н-Н₀. Отметка порога последующего выпуска определяется с учетом уменьшения нормальной глубины в отводящем канале 3 уже для расхода Q_pacч – q, и так для каждого участка. В конце отводящего канала 3 – последний (концевой) по течению потока выпуск 5 треугольного профиля со дна отводящего канала 3.

Водосброс работает следующим образом. С появлением стока в работу включается концевой выпуск треугольного профиля 5. С увеличением расхода растет и глубина наполнения в отводящем канале 3, и в работу поочередно включаются вышележащие выпуски 4. По достижении полного расчетного расхода работают все выпуски, что будет иметь место в пик паводка. На спаде паводка произойдет отключение выпусков 4 и 5 в обратном порядке.

Выполнение водосброса указанным выше способом позволяет обеспечить достаточно надежную защиту от паводковых вод с минимальным ущербом для гидротехнических сооружений и окружающей среды при снижении затрат на возведение гидротехнических сооружений, ограничивая их только затратами на земляные работы.

Формула изобретения

Водосброс гидротехнического сооружения, включающий головной водосливный участок, отводящий канал и концевой участок сопряжения бьефов, отличающийся тем, что концевой участок снабжен расположенными по нормали к склону долины водотока на боковых стенках выпусками, причем последний по течению потока выпуск выполнен треугольным в поперечном сечении, а общий фронт выпусков определяется из условия распределения расчетного расхода потока на склоне с допустимой неразмывающей для растительного покрова склона долины скоростью.

РИСУНКИ