Паводковый водосброс для плотин

установленной перед блоком Мк - момент сил тяжести. приложенных к блоку Мт и МтП момент сил давления, приложенных к блоку,соответственно. при отсутствии противодавления И и при наличии противодавления П.2. Водосброс по п.1, отличающийся тем, что между гребнем водослива и основанием блока установлено герметичное уплотнение.3. Водосброс по пп.1,2, отличающийся тем,что блок выполнен монолитным в форме параллелепипела.4. Водосброс по пп. 1, 2, отличающийся тем,что блок выполнен полым в форме параллелепипеда и заполнен балластом.5. Водосброс по пп. 1, 2, отличающийся тем,что блок выполнен сборным из плит и включает одну опорную горизонтальную плиту и установленную на ней одну вертикальную прямоугольную плиту.б. Водосброс по пп. 1, 2, отличающийся тем,что блок выполнен сборным в виде нескольких вертикальных плит, установленных на опорных горизонтальных плитах и прилегающих попарно вертикальными краями дрУг к другу с образованием защитной ширмы от ветра.7. Водосброс по пп. 1-6, отличающийся тем,что блок имеет непрямую линию гребня.8. Водосброс по пп. 1-7, отличающийся тем,что в блоке выполнен, по меньшей мере, один воздушный канал, верхний конец которою сообщен с атмосферой и расположен на максимальном уровне, а нижний - втежду основанием блока и гребнем водослива.9. Водосброс по пп. 1-8, отличающийся тем,что при выполнении перегораживающет элемента в виде нескольких блоков, установленных вдоль гребня водослива вплотную друг к другу, между их вертикальными стенками размещены герметичные уплотнения.10. Водосброс по пп. 1-9, отличающийся тем,что между основанием блока и гребнем водослива образована камера, имеющая в нижней части дренажное отверстие.11. Водосброс по п. 10, отличающийся тем,что нижняя часть воздушного канала, проходящего через тело блока, сообщена с камерой,образованной между основанием блока и гребнем водослива.12. Водосброс по пп. 1, 2, 8, 10 и 11, отличающийся тем, что блок выполнен в виде нескольких балок, уложенных ДРУГ на друга.Изобретение касается паводкового водосброса для плотин.Современная практика проектирования и строительства водосливных плотин сводится, в основном, к определению размеров таких объектов для условий паводков (например 0,1 обеспеченности), требующих больших значений высот, переливающегося слоя воды (порядка 1-5 м в зависимости от объектов).При равном размере паводковых сбросных устройств плотина со свободным порогом водослива представляет по сравнению с сооружением, оборудованным затворами, большую безопасность в случае гидрологической опасНОСТИ, КОТОРНЯ ОСТЭТСЯ ОДНИМ ИЗ ГЛЭВНЫХ рИсков для плотин. рОднако, принятие полностью свободного порога водослива приводит к потере полезной части подпорного слоя, соответствующего максимальной высоте переливающегося слоя. Эта ПОТЕРЯ МОЖЕТ ПРЕДСТЗВЛЯТЪ, В ЧЕСТНОСТИ, ДЛЯ сооружений малых и средних размеров значительную часть полезного объема подпорного горизонта (эта часть может достигать или превышать 50).Проблема, на решение которой направлено данное изобретение, может быть сведена к двум основным задачам- увеличивать почти постоянно аккумулирующую способность плотины со свободным порогом водослива- поддерживать или увеличивать безопасность работы, свойственную сооружениям с порогами водослива, надежно обеспечивая прохождение катастрофических паводков,допуская при этом слив малых или средних паводков без вмешательства извне и без фундаментальных изменений сооружения.Известны устройства для увеличения аккумулирующей способности водохраншптща,главным образом образованные системами затворов, закрывающих порог водослива. Независимо от типа, обычные или надувные,автоматические или ручные, затворы требуют больших капиталовложений и периодического ремонта. Кроме того, они требуют постоянною контроля со стороны оператора или сервомеханизма, реагирующего на уровень воды в водохранилище. Такой механизм является дорогостоящим, сложным И Не может бытьПОЛНОСТЬЮ ЗЗЩИЩВН ОТ ПОЛОМКИ. НПКОНЕЦ, при равной пропускной способности безопасность эксплуатации и надежность сооружения, оснащенного затворами, ниже, чем у сооружения со свободным порогом водослива.Существует некоторые устройства, позволяющие временно увеличивать аккумулирующую способность водохранилища, такие как мешки с песком или перемычки. Эти устройства, однако, имеют ограниченное применение, Поскольку они требуют предварительного вмешательства человека при каждом наводке,а потому представляют большую опасность в работе.На некоторых крупных земляных плотина) существуют также участок перемычки, срезанный на отметке, ниже отметки остальной части сооружения, и действующий по принципу размыва образующих ее материалов, размыва, порождаемого чрезвычайным подъемом уровняводы при катастрофическом наводке.Конструкция предложенного устройства представлена на чертежах, где йфиг.1 - чертеж общего вида, показывающего сооружение и его паводковый водосброс со свободным порогом водослива, где может быть использовано изобретениефиг. 2 а - 2 Ь - вертикальный разрез в увеличенном масштабе гребня свободного порога водослива плотины для двух различных уровней водыфиг. 5 а - 5 е - виды перегораживающего элемента в вертикальном разрезе, поясняющие его работу в период и после прохождения паводкафиг. 6 - график, показывающий различные силы, действующие на перегораживающий элемент в процессе работыфиг. 7 - график, представляющий изменения моментов движущих сил и сил сопротивления в зависимости от высоты воды над порогом водослива, а также изменения сбрасываемого расхода воды в зависимости от высоты переливающегося слоя водыфиг. За - 8 с - поперечные разрезы, позволяющие сравнивать максимальные значения выСОТЫ ПСРЛИВЕЮЩИХСЯ СЛОСБ ВОДЫ ДЛЯ перегораживающих элементов, имеющих различную высоту (фиг. За и 813), и в случае свободного порога водослива (фиг. 8 С)фиг. 9 - вертикальный разрез, показывающий перегораживающий элемент с устройством для его опрокидыванияфиг. 1 Оа - 10 с - показывают в большом масштабе различные предохранительные устройства, которые могут быть предусмотрены наверхнем конце устройства для включения опрокидывания, фиг. 9фиг. Ца-Нр показывают в общем виде различные формы выполнения перегораживающего элементафиг. 12 14 - показывают в вертикальном разрезе различные варианты перегораживающего элемента, накладкифиг. 15 - показывает в общем виде деталь перегораживаюшего элемента, фиг. 14.Сооружение 1, представленное на фиг. 1,может быть насыпной плотиной, бетонной или каменной. Однако следует отметить, что изобретение может применяться к любому известному типу плотины со свободным порогом водослива.На фиг номер 2 обозначает гребень плотины, номер 3 - ее низовой откос, номер 4 - ее верховой откос, номер 5 - паводковый водосброс, номер б - гребень водослива 5 и номер р 7 - отводящий канал. Водосброс 5 может быть размещен в центральной части плотины 1 и на конце ее или же вырыт на берегу без ущерба для возможного применения изобретения.Для сооружения со свободным порогом водослива уровень КМ нормального уровня воды при эксплуатации (см. также фиг. 2 а) является уровнем гребня 8 порога водослива 6. Этот уровень ЕМ определяет максимальный объем водохранилища, который может быть сохраненемкостью, образованной плотиной. Вертикаль ное расстояние Е, называемое запасом, между гребнем 8 водослива и гребнем 2 плотины, есть сумма двух рядов слоев, а именно повышения Ш, уровня воды из-за паводка до максимального уровня КМ или уровня высоких вод(РНЕ), обеспечивающее сброс максимального паводка (фиг. 213), на который рассчитано сооружение, и с другой стороны, избыточной высоты 112, предназначенной для защиты гребня 2 плотины от колебаний поверхности воды на ее максимальном уровне КМ (воздействие ветра, волн и т.д.).На обычной плотине со свободным гребнем водослива, как плотина, показанная на фиг. 1, объем водохранилища, расположенный между нормальным уровнем воды ЕМ и максимальным уровнем КМ, не заполняется и следовательно не используется при эксплуатации. Одной из целей изобретения является ОбССПСЧСНИС ПОЧТИ ПОСТОЯННОГО ПОДЪСМЗ НОРмального рабочего подпорного уровня водохранилища и следовательно увеличение его аккумулирующей способности, за исключением случаев катастрофических паводков.С этой целью изобретение предусматривает размещать на гребне 6 водослива перегораживающий элемент 10, образованный по меньшей мере одним цельным блоком 11, например пятью блоками 11 а 11 е, как показано нафиг. 3 и 4. причем элемент 10 способен выНОСНТЬ, НС рНЗВУШЗЯСЬ, НЗПОР ВОДЫ, СООТБСТСТ вующий умеренному сбросу (обеспечивающему прохождение наиболее часто наблюдаемых паводков), сопротивляясь благодаря действию силы тяжести, и разрушаясь путем опрокидывания при заданном напоре воды, соответствующем уровню М, самое большее равному максимальному уровню КМ, позволяя таким образом прохождение самых сильных паводков.Естественно. количество блоков 11 не ограничено пятью элементами, как показано на фиг. 3 и 4, и может быть больше или меньше в зависимости от длины водосброса 5 (измеряемой вдоль плотины). Предпочтительно, количество блоков 11 выбирается так, чтобы получить небольшие отдельные массы, обеспечивающие удобное их размещение и замену.Каждый блок 11 укладывается на гребне водослива 6 и удерживается на нем под действием силы тяжести. Каждый блок 11 удерживается от любого скоггьжешигя к ъщзовому откосу с помощью ашсерной стенки 12, расположенной в основах-ниш блока 11. Ашсерная стенка 12 может быть, например, встроена в гребень 6, как показано, например, на фиг. 5 а, и она может быть несплошной, как показано на фиг. 3 и 4. Однако, при желании, анкерная стенка 12 может быть сплошной. Как будет показано ниже, высота анкерной стенки 12 задается, но она может изменяться в зависимости от прилагаемых усилий и в зависимости от уровня вольт, начиная с которою необходимо вызвать опрокидывание каждою блока 11.Как показано на фиг. 4, обычное герметичное уплотнение 13, например из резины, предусматривается на каждом из двух концов перегораживающего элемента 10 между ними и боковыми сторонами 14 водосброса 5. Когда блок 11 образован несколькими элементами,герметичные уплотнения 13 предусматриваются также между вертикальными боковыми стенками смежных блоков, попарно друг против друга, как это видно из фиг. 4. Предпочтительно, герметичное уплотнение 15 предусматривается также между гребнем 6 водослива и основанием блоков 11 около верхового края 16 названного основания, как это видно, например, из фиг. 4 и 5 а. Хотя на фиг. 5 с представлено уплотнение 15, опирающееся на блок 11, уплотнение 15 могло быть также установлено в пазу, устроенном на гребне 6 водослива. Как показано на фиг. 4, уплотнения 13 и 15 располагаются в одной и той же вертикальной плоскости, Вместо уплотнения 15 или кроме него может быть устроена известным способом дренажная система в гребне б водослива, в подстилающей к элементу 10 зоне, для осушения этой зоны и предотвращения того, чтобы при нормальнойработе Противодавление не прикладывалось к блокам 11.Как показано на фиг. За, элемент 10 позволяет поднять нормальный уровень воды с уровня КЫ (нормальный уровень воды свободного гребня 6 водослива, т.е. без элемента 10) до уровня КЫ соответствующего высоте элемента 10 над гребнем 6. Как будет ниже объяснено, каждый блок 11 рассчитывается по размеру таким образом, чтобы быть устойчивым напору воды ниже заданного уровня М,который самое большее равен максимальному уровню НМ. уже указанному выше. Таким образом, предполагая, например, что указанный заданный уровень равен уровню КМ, пока уровень воды считается ниже уровня ЕМ для малых или средних паводков и заключен между уровнями ВЫ и ЕМ, вода сбрасывается через элемент 10, как показано на фиг. 5 а,без его разрушения. В этом случае после сброса паводка, уровень воды падает до уровня НМ 1 или до уровня более низкого, если вода переливается в водохранилище.Напротив, если уровень воды достигает заданный уровень Ы, равный или несколько ниже максимального уровня ЕМ в случае сильною или катастрофического паводка, по крайней мере, один блок 11 элемента 10 выводится из равновесия под действием давления воды и опрокидывается путем поворота относительно анкерной стенки 12, как показано на фиг. 5 с, и опрокинутые блок или блоки 11 смываются водой паводка, по меньшей мере,до основания водосброса 5, позволяя таким образом сбрасывать наиболее сильные паводки. Положение гребня 6 водослива после сброса сильного паводка, вызвавшего опрокидывание элемента 10 показано на фиг. 51, причем уровень воды возвращается к нормальному уровню воды КМ или к еще более низкому уровню. Можно предусмотреть несколько запасных блоков 11, постоянно имеющихся вблизи плотины, для восстановления перегораживающего элемента в случае необходимости и обеспечения таким образом Нормального уровня воды на уровне КМ , как показано на фиг. 5 е. Следует однако отметить, что если замена одного или нескольких блоков 11 после катастрофического паводка, вызвавшего опрокидывание,по меньшей мере одного блока 11, не произведена, надежность работы сооружения не снижается.Опасность неудовлетворительной работы сооружения из-за плавающих предметов может быть легко устранена защитой верховой стороны иерегораживающего элемента известным способам.Пример расчета размера перегораживающего элемента в соответствии с настоящим изобретением. Обычно плотины и пороги водосливарассчитываются по размеру для того, чтобы уровень озера уровень воды в водохранилище) достигал максимального уровня КМ для рассматриваемого катастрофического паводка(проектный паводок). Этот паводок может быть, например, паводком, происходящим один раз в тысячу лет (паводок 0,1 И, обеспеченности).Предположим. что расход этого проектного паводка 200 мЗ/с и что свободный гребень б водослива имеет длину 40 м. В этих условиях высота гребня 6 - это слой воды, необходимый для сброса расхода проектного паводка, соответствующий 5 мз/ с на погонный метр порога. Высота Н может быть рассчитана по следуюЩей формулеиз которой следует, что Н почти равна 2 м по допущенной выше гипотезе. В этой гипотезе всегда при отсутствии затворов или перегораживающих элементов уровень гребня б водосброса 5 срезается по отметке 2 м ниже максимального уровня КМ для обеспечения сброса паводка 0,1 И, обеспеченности, и следовательно теряется полезный объем воды, соответствующий слою 2 м.Определение высоты блоков 11 основывается на констатации того факта, что максимальный расход, Достигаемый в среднем за 20 лет, более низкий, че проектный паводок. Этот расход около 50 м /с в приведенном здесь примере. По формуле (1) этот расход соответствует при этом слое воды высоте около 0,8 м. Если допустить, что блоки 11 могут быть разрушены в среднем каждые 20 лет, можно тогда установить их высоту, равную 2 м - 0,8 м 1,2 м, обеспечивающую таким образом прохождение над блоками 11 слоя высотой 0,8 м, соответствующей расходу 50 мз/ с. В этом случае нормальный уровень воды 11141 повышается на 1,20 м над нормальным уровнем воды КМ свободного гребня б водослива, т.е. без блоков 11. Если выбирают блоки 11, имеющие высоту более 1,2 м, высота допустимого слоя воды будет ниже 0,8 м, и необходимо будет допустить разрушение перегораживающий элементов, например каждые 10 лет. Нормальный уровень воды в этом случае будет еще увеличен. Напротив, если выбирают блоки 11, имеющие высоту меньше 1,2 м, допустим слой воды высотой, большей 0,8 м, причем блоки 11 разрушаются лишь каждые 50 или 100 лет,а нормальный уровень воды при этом будет ниже, чем в предыдущих случаях. Следовательно, выбор высоты блоков 11 является,главным образом, экономическим выбором. Вообще лелательно установить временной интервал в 20 лет между двумя последовательными полными разрушениями элементов 10.При таком условии теоретическая высота блоков 11 составляет 1,2 м.В то же время важно, чтобы разрушение всех блоков 11 нс происходило бы точно при одном и том же уровне воды. Можно предусмотреть, напримср, чтобы один блок, такой как блок 11 с (фиг. 3 и 4) разрушался бы, когда вода достигает первого уровня ЪН, расположенною приблизительно на 10 см ниже максимального уровня ЕМ, чтобы, по меньшей мере, другой блок 11, такой как блок 11 в и 11 с 1, разрушались бы, когда вода достигнет второго уровня НЕ, расположенного приблизительно на 5 см ниже максимального уровня КМ, и чтобы другие блоки 11, такие как 11 а и 11 е, разрушались бы, когда вода достигнет максимального уровня ЕМ.Таким образом, разрушение первого блока 11 с средним паводком может оказаться достаточным для сброса паводка без дополнительного подъема уровня воды, что предотвращает разрушение других блоков 11 а, 11 в, 11 с 1 и 11 е. Однако запас в 10 см, который таким образом забирается, добавляется к высоте максимально допустимого переливающегося слоя воды, так что высота элементов 10 и следовательно выигранный слой воды (КЫ 1 - ВЫ) становится равным 1,1 м (2 м - 0,8 м 0,1 м) в рассматриваемом здесь примере.Опрокидывание блока или блоков 11, а следовательно их разрушение зависит от равновесия между, с одной стороны, движущим моментом, т.е. моментом сил, которые стремятся опрокинуть рассматриваемый блок, а с другой стороны, моментом сопротивления, т.е. моментом сил, стремящихся стабилизировать указанный блок. Если не предусмотреть включающего устройства, непосредственно связанного с уровнем воды, для включения опрокидывания блока 11 с точностью при заданном уровне воды, высота воды, соответствующая указанному равновесию, может быть установлена с погрешностью, которая может досгшать 0,2 м. В этих условиях необходимо для надежности сократить высоту блока или блоков 11 на велшчш-ту,соответствующую этои погрешности, например 0,2 м. Для того, чтобы избежать необходимости умешзшеттия высоты блоков 11, необходимо предусматреть включающее устройство, которое описано ниже со ссылкой на иг. 9.Возможно для расхода 50 м / с, рассматриВЗМОГО В ННСТОЯЩВМ ПРИМЕРЕ, ВЫСОТУ МЗКСИмально допустимого переливающегося слоя воды перед опрокидыванием блоков 11 сократить, по меньшей мере, на 0,8 м, делая так,чтобы линия гребня блоков 11, рассматриваемых отдельно или вместе, располагалась не параллельно гребню 6 порога водослива, а по непрямой линии, например ломаной или кривой линии, для увеличения длины водосброс