ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СОПРЯГАЮЩИХ СООРУЖЕНИЙ, УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Сопрягающие сооружения весьма распространены и применяются во многих отраслях водного хозяйства.

В ирригационной практике их устраивают для перевода трассируемого оросительного канала на более низкие отметки пересекаемой местности; в гидроэнергетике — как сброс из напорного бассейна при здании ГЭС; в водном транспорте — как устройства для лесосплава и как средство гашения напора при заполнении и опорожнении шлюзовых камер и др.

Сопрягающие сооружения применяют также при водохранилищах и водоемах для сбрасывания излишков воды в случае переполнения водохранилища.

По условиям движения воды сопрягающие сооружения можно разделить на две группы. К первой группе относятся те, в которых вода движется на части пути, не отрываясь от сооружения, а на части пути падает свободно в воздухе. Это перепады и консоли. Вторую группу составляют сооружения, по которым вода движется без отрыва от сооружения на всем протяжении. В основном это быстротоки и трубы. Дополненные внизу трамплином, уступом или другим отклоняющим устройством, они могут быть также отнесены и к первой группе. Сооружения, которые отличаются от указанных основных,типов, можно считать переходными: быстротоки-перепады, шахтные и трубчатые перепады и др.

Сопрягающие сооружения делятся соответственно их формам и характерным признакам.

Трубчатые сопрягающие сооружения подразделяются на трубчатые перепады, шахтные, башенные, фонтанные и др.

Консольные сбросы также можно разделить на несколько групп: консоли одноструйные и многоструйные, с трамплином и без него, щелевые, с перепадом по воздуху, подтопленные и др.

Кроме того, к сопрягающим сооружениям относятся: бревноспуски, рыбоходы, промывные галереи и др.

Основное назначение сопрягающих сооружений — гашение избыточной энергии воды, при этом существует много методов, обеспечивающих выполнение этой задачи путем затопления прыжка воды.

Все применяемые конструкции гасителей основаны на использовании внутренних сил воды, находящейся в движении, но каждая из них имеет и свои характерные особенности, которые делают ее наиболее эффективной в определенных условиях.

Учитывая эти особенности, можно методы гашения водной энергии разделить на четыре группы-метода, каждому из которых будет больше соответствовать та или иная конструкция известных до сих пор гасителей.

1. Введение в поток искусственных местных сопротивлений. Сюда можно отнести всякие гасители, создающие потоку непосредственную механическую преграду: зубья, пороги, водоразбивные пилоны, шашки, решетки, водобойные стенки, если они устанавливаются в зоне бурного режима, и др. Этот метод и группу гасителей можно назвать еще и методом механического воздействия на поток. Задача этих гасителей — перемешивать поток, преграждать ему путь в зоне больших скоростей и ускорить переход от бурного режима к спокойному.

2. Изменение общего направления потока для того, чтобы отбросить его на безопасное расстояние от сооружения. Средствами этого метода служат такие сооружения и конструкции, как консольный перепад, трамплин, носок, уступ и др.

3. Расщепление потока, при котором применяют гасители типа Сенкова, уральские водобойные полы, гребенки, конструкции, образующие встречные струи, а также другие гасители, помогающие расчленить поток и направить его элементы на взаимное соударение.

4. Затопление прыжка путем создания нужной глубины. К группе гасителей этого метода относятся водобойный колодец, водобойная стенка и всякие их комбинации.

Некоторые из гасителей можно отнести и к другим группам. Например, гаситель типа Сенкова можно отнести и к первой группе, а зубья и пороги в зависимости от конструкции — и ко второй.

Наиболее надежный и простой метод гашения водной энергии — затопление прыжка путем создания нужной глубины, то есть устройство водобойного колодца или водобойной стенки.

Гасители этого типа имеют ряд преимуществ:

1) надежны в работе, так как при расчетном опасном режиме обеспечивают образование затопленного прыжка в пределах сооружения. При правильном выборе расчетного случая всякий другой будет менее опасен, и таким образом гарантируется нормальная работа сооружения в эксплуатационных условиях при любом гидравлическом режиме. Этого нельзя сказать о многих других типах гасителей, которые дают хороший результат, как правило, лишь в тех условиях, в которых испытывались;

2) водобойные колодцы и стенки просты в проектировании, необходимо лишь правильно рассчитать глубину и длину водобойного колодца.

Глубину определяют в соответствии с назначенной степенью затопления прыжка, а длину вычисляют по выбранной глубине. Глубина водобойного колодца зависит от величины бытовой глубины, которая в сумме с глубиной водобойного колодца должна быть несколько больше второй сопряженной глубины. Бытовую глубину в канале подсчитывают по обычным формулам и графикам гидравлики, а в естественном водотоке определяют по многолетним гидрометрическим и гидрологическим данным с учетом возможного понижения уровней воды в нижнем бьефе сооружения. В многопролетных сооружениях учитывают также число и расположение работающих отверстий. Большинство других гасителей не имеют теоретического метода расчета, их подбирают экспериментально или по аналогиям, опираясь на анализ работы осуществленных конструкций;

3) водобойные колодцы просты по конструкции к надежны в эксплуатации;

4) колодцы могут быть дополнены другими видами гасителей, которые устанавливают на выходном пороге, на дне колодца или перед водобойным колодцем при невозможности обеспечить необходимые его размеры.

Глубину и длину водобойного колодца следует назначать с некоторым запасом. Однако существуют рекомендации по уменьшению этих величин.

Практика последних десятилетий показывает, что в эти рекомендации нужно внести поправки; там, где после водобойного колодца идет сильное крепление (например, промежуточная ступень многоступенчатого перепада, водобойный колодец между двумя быстротоками без вставки канала и др.), можно облегчающие рекомендации оставить в силе; если же за водобойным колодцем идет рисберма и дальше обычный канал или естественное русло реки; то глубину и длину водобойного колодца нужно определять без уменьшающих коэффициентов.

Сопрягающие сооружения должны отвечать следующим основным требованиям:

1) создавать безопасные гидравлические условия движения воды как в самом сооружении, так и на примыкающих к нему участках водотоков. Это значит, что при расчетном гидравлическом режиме не должно быть ни подпора, ни спада в верхнем (подводящем) канале, а в нижнем (отводящем) канале не должно быть размыва. В пределах сооружения скорости должны быть не выше допускаемых;

2) быть прочными и устойчивыми;

3) иметь наиболее рациональные и по возможности простые формы;

4) обеспечивать пропуск в нижний бьеф плавающих тел и шуги.

Обычно индивидуальные сооружения проектируют предварительно в нескольких вариантах, после чего выбирают один из них и окончательно уточняют все детали. Мелкие сооружения устраивают по типовым проектам.

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968