Пример расчета

Задача расчета

Определить основные параметры волны прорыва при частичном раз­рушении напорного фронта гидроузла, расположенного на реке Белая.

Исходные данные

Состав гидроузла: грунтовая плотина с водосбросом в теле; Степень разрушения (расчетная) тела плотины - 25 %;

Форма речной долины в створе гидроузла параболическая.

Данные по ВГТС:

- глубина воды перед плотиной при нормально подпертом уровне -

Н_НПУ = 16,0 м;

- глубина воды перед плотиной в момент разрушения – Н_УМР = 15,0 м;

- ширина водохранилища в створе плотины по урезу воды при нор­мально подпертом уровне В_НПУ = 280 м;

- ширина водохранилища по урезу воды в момент разрушения Вумр = 240 м;

- объем водохранилища при НПУ W_НПУ = 19,0 • 10⁶ м³;

- объем водохранилища при УМР W_УМР = 18,2 • 10 ⁶ м³;

- площадь зеркала водохранилища при НПУ S_HПУ = 1,43 *10⁶ м²;

- площадь зеркала водохранилища при УМР S_УМР = 1,34 *10⁶ м²

Данные по реке (нижний бьеф):

- Длины расчетных участков между створами:

L_I = 4,0 км (0-1 створы); L_II = 6,0 км (1-2 створы); L_III= 10,0 км (2-3 створы); L _IV =12,0 км (3-4 створы).

- Средние уклоны реки по участкам: J_I =0,002; J_II = 0,001; J_III = 0,0005; J_IV= 0,0005.

- Бытовые глубины реки в створах:

h₀ = 1,2 м; h₁ = 1,3 м; h₂ = 1,4 м; h ₃ = 1,5 м; h₄ = 1,5 м.

- Коэффициент шероховатости русла и поймы по участкам:

n₁ = 0,04; п_II = 0,04; п_III = 0,05; n_IV = 0,067.

Расчет основных параметров волны прорыва для створа "О ".

1. Глубина потока в створе "0"

Ширина прорана, исходя из условия 25 %-ного разрушения водоподпорного сооружения:

в = 0,25 * В_НПУ; в = 0,25 • 280 = 70,0 м;

соотношение h₀/H_УМР, 1,2:15,0 = 0,08;

соотношение в/В_НПУ; 70,0:280,0 = 0,25.

По графику (рисунок 3) определяется значение отношения Н ₀ / Н_УМР :

Н 0 / Н_УМР = 0,45.

Отсюда, при известном значении Нумр = 15,0 м, определяется глубина потока в «0» створе:

Н₀ = 15,0 * 0,45 = 6,75 м.

2. Высота волны прорыва в «0» створе:

Н_ВО = Н₀ - h ₀; Н_ВО = 6,75 -1,2 = 5,55 м.

3. Время прохождения фронта и гребня волны для нулевого створа рав­но 0 ч (3).

4. Время опорожнения водохранилища (4)

, ч

Значение коэффициента А (6) при:

n_W=

;

определяется по графику (рисунок 4) A = 25.

Начальный расход истечения в случае 100 % разрушения плоти­ны (5):

Q_НЧ ⁼ * B_УМР* ' , м³ /с

значение коэффициента принимается равным 0,6, т. к. форма русла параболической формы (5)

Q_HЧ = 0,6 * 240 * 15,0^3/2 = 8366 м³/с;

= 15,1 ч.

5. Значения параметров волны прорыва для створа «0»: Н_о = 6,75 м; Н_во = 5,55 м; Т_ФР0 = 0 ч; Т_гр0 = 0 ч; Т_хв0 = 15,1 ч; Т_ео =15,1 ч

Определение основных параметров волны прорыва для створа «I»

1. Скорость прохождения гребня волны по первому участку определя­ется графическим путем при следующих исходных данных:

- глубина потока в начале участка H_о = 6,75 м;

- уклон участка J_I = 0,002;

- коэффициент шероховатости русла n_I = 0,04;

По графику (рисунок 5) определяется скорость движения гребня: V_грI = 10,5 км/ч.

2. Время прохождения гребня волны по первому участку:

; ч.

3. Время подхода гребня волны к створу «1»:

Т_грI = Т_гр0 + t_грI; Т_грI =0 + 0,38 = 0,38ч.

4. Высота волны прорыва в створе «1» определяется графически при следующих данных:

- соотношения t_гpI /Т_ХВ0 = 0,38: 15,1 = 0,03;

- условия движения волны прорыва по пойме, из пояснения к рисунку 6, равно 2. Обращаясь к графику (рисунок б) устанавливаем, что отношение:

Н_в1/Н_в0= 0,99, при Н_в0 = 5,55 м, Н_в1 = 5,55 * 0,99 = 5,49 м

5. Глубина потока в створе «1»:

Н₁ = Н_В1 + h₁; Н₁ = 5,49 + 1,3 = 6,79 м

6. Скорость продвижения фронта волны по первому участку:

V_ФРI,= V _гр1 * , км/ч при соотношении:

устанавливается значение коэффициента по графику (рисунок 7)

=2,0;

V_ФРI =10,5*2,0 ==21,0 км/ч.

7. Время прохождения фронта волны по первому участку:

; ч.

8. Время подхода фронта волны к створу «1»:

Т_ФР1 = Т_фр0 +t _фрI; Т_ФР1 = 0 + 0,19 = 0,19 ч.

9. Скорость продвижения хвоста волны по первому участку определя­ется по графику (рисунок 8)

при:

h_cpI =(1,2+1,3):2=1,25м; J_I = 0,002; n_I =0,04;

V_xeI= 3,5 км/ч.

10. Время прохождения хвоста волны по участку I:

ч.

11. Время подхода хвоста волны к створу «1»:

Т_хв1 =Т_хв0 + t_xeI; Т_хв1 = 15,1 + 1,14 = 16,24 ч.

12. Время высокого стояния вод в створе «1»:

Т_в1 =Т_хв1-Т_фр1 Т_в1 =16,24-0,19=16,05 ч.

13. Результаты расчетов по створу «1»:

Н_е1 =5,49 м; Н₁ =6,79 м; Т_фр1 =0,19 ч; Т_гр1 =0,38 ч; Т_хв1 =16,24 ч; Т_в1 =16,05 м.

Определение основных параметров волны прорыва при ее движении по II участку и во 2-м створе

1. Скорость прохождения гребня волны по II участку, при Н₁ = 6,79 м; J_II =0,001; n_II = 0,04, определяется по графику (рисунок 5): V_грII = 7,0 км/ч.

2. Время прохождения гребня волны по II участку:

; ч.

3. Время подхода гребня волны к створу «2»:

Т_гр2 = Т_гр1 + t _грII; Т_гр2 = 0,38 +0,86 =1,24 ч.

4. Высота волны прорыва в створе «2» при:

T_грII /Т_хв1 =0,86: 16,24 = 0,05;

условие движения волны по пойме - 2, по графику (рисунок 6) уста­навливается соотношение Н_в2/Н_в1 = 0,97, отсюда Н_В2 = 5,49 * 0,97 = 5,33 м.

5. Глубина потока в створе «2»:

Н₂ = Н_В2 + h₂; Н ₂ = 5,33 + 1,4 = 6,73м.

6. Скорость продвижения фронта волны по II участку:

При

;

значение коэффициента (рисунок 7): = 1,72

V_фрII= V_грII * ; V_фрII =7,0*1,72=12,04 км/ч.

7. Время прохождения фронта волны по II участку

; ч.

8. Время подхода фронта волны к створу «2»:

Т_фр2 = Т_фр1 + t_фрII; Т_фр2 = 0,19 + 0,5 = 0,69 ч.

9. Скорость продвижения хвоста волны по II участку (рисунок 8):

h_cpII = (1,3 + 1,4): 2 = 1,3 5 м; J_II = 0,001; n_II = 0,04; V _хвII = 2,4 км/ч.

10. Время прохождения хвоста волны по II участку:

t_хвII= ; t_хвII= ч.

11. Время подхода хвоста волны к створу «2»:

Т_хв2 =Т_хв1+ t_xeII; Т_хв2 = 16,24 + 2,5 = 18,74 ч.

12. Время высокого стояния вод в створе «2»:

Т_в2 = Т_хв2 - Т_фр2; Т_в2 = 18,74 - 0,69 = 18,05 ч.

13. Результаты расчетов по створу «2»:

Н_в2 = 5,33 м; Н ₂ = 6,73 м; Т_фр2 = 0,69 ч; Т_грII = 1,24 ч; _Тхф2 = 18,74 ч; Т_в2 = 18,05 ч.

Т.к. последовательность и методика расчета для створов 3 и 4 аналогич­на расчетам для створа 2, расчет ведется в табличной форме (таблицы 7,8).

Таблица 7 - Определение основных параметров волны прорыва при ее движении по III участку и в 3-м створе

Таблица 8 - Определение основных параметров волны прорыва при ее движении по IV участку и в 4-м створе

Полученные расчетные параметры волны прорыва по заданным усло­виям сводятся в таблицу 9.

Таблица 9 - Расчетные параметры волны прорыва

На основании табличных данных строится график движении волны прорыва (рисунок 9). Построения выполняются на миллиметровой бумаге стандартного размера. Масштабы вертикальный и горизонтальный принима­ются стандартные, кратные: 1; 2; 2,5; 5; 10. Масштаб времени - произволь­ный. Масштаб для изображения бытового и максимального уровня воды на продольном профиле принимается отдельно - 1:100 или 1:200 (для удобства чтения). Отметку дна водохранилища в створе плотины при отсутствии дан­ных принимать условно 300,00 м. Все линии и надписи выполняются только тушью или карандашом. Графики движения параметров волны прорыва для наглядности можно изобразить разными цветами.

Рисунок 9 – График движения волны прорыва.