stringtranslate.com

Водосброс

Водосбросный желоб плотины Ллин-Брайанн в Уэльсе

Водосброс — это сооружение, используемое для обеспечения контролируемого сброса воды вниз по течению от плотины или дамбы , как правило, в русло самой запруженной реки. В Соединенном Королевстве они могут быть известны как каналы перелива . Водосбросы гарантируют, что вода не повредит части сооружения, не предназначенные для транспортировки воды.

Водосбросы могут включать шлюзы и предохранительные заглушки для регулирования потока воды и уровня водохранилища. Такие особенности позволяют водосбросу регулировать поток вниз по течению — сбрасывая воду контролируемым образом до того, как водохранилище заполнится, операторы могут предотвратить неприемлемо большой сброс позже.

Другие варианты использования термина «водосброс» включают обходы плотин и выпуски каналов, используемые во время паводка, а также выпускные каналы, проложенные через естественные плотины, такие как морены .

Вода обычно перетекает через водосброс только в периоды паводков, когда водохранилище достигает своей емкости и вода продолжает поступать быстрее, чем может быть сброшена. Напротив, водозаборная башня — это сооружение, используемое для контроля сброса воды на регулярной основе для таких целей, как водоснабжение и выработка гидроэлектроэнергии .

Типы

Водосброс расположен в верхней части водохранилища . Плотины также могут иметь нижние выпуски с клапанами или затворами, которые могут использоваться для сброса потока паводка, а некоторые плотины не имеют переливных водосбросов и полностью полагаются на нижние выпуски.

Поперечное сечение типичного водосброса с затворами Тейнтера

Два основных типа водосбросов — управляемые и неуправляемые.

Управляемый водосброс имеет механические конструкции или затворы для регулирования скорости потока. Такая конструкция позволяет использовать почти всю высоту плотины для хранения воды круглый год, а паводковые воды можно сбрасывать по мере необходимости, открывая один или несколько затворов.

Неконтролируемый водосброс, напротив, не имеет затворов; когда вода поднимается выше края или гребня водосброса, она начинает сбрасываться из водохранилища. Скорость сброса контролируется только высотой воды над водосбросом водохранилища. Часть объема водохранилища над гребнем водосброса может использоваться только для временного хранения паводковых вод; ее нельзя использовать в качестве хранилища водоснабжения, поскольку она находится выше, чем плотина может ее удержать.

В промежуточном типе нормальное регулирование уровня водохранилища контролируется механическими затворами. В этом случае плотина не рассчитана на работу с водой, протекающей через верх, если она, либо из-за материалов, используемых для ее строительства, либо из-за условий непосредственно ниже по течению. Если приток в водохранилище превышает пропускную способность затвора, искусственный канал, называемый вспомогательным или аварийным водосбросом, будет передавать воду. Часто это намеренно блокируется предохранительной заглушкой . Если она присутствует, предохранительная заглушка предназначена для промывки в случае большого наводнения, превышающего пропускную способность водосбросных затворов. Хотя строительным бригадам может потребоваться много месяцев для восстановления предохранительной заглушки и канала после такой операции, общий ущерб и стоимость ремонта меньше, чем если бы основные водоудерживающие сооружения были переполнены. Концепция предохранительной заглушки используется там, где строительство водосброса с требуемой пропускной способностью было бы дорогостоящим.

Открытый водосброс канала

Водосброс желоба

Водосброс с лотком — это распространенная и базовая конструкция, которая переносит избыток воды из-за плотины вниз по плавному спуску в реку ниже. Они обычно проектируются по кривой ogee . Чаще всего они облицованы снизу и по бокам бетоном для защиты плотины и рельефа. Они могут иметь контролирующее устройство, а некоторые из них тоньше и многослойны, если пространство и финансирование ограничены. Кроме того, они не всегда предназначены для рассеивания энергии, как ступенчатые водосбросы. Водосбросы с лотком могут быть укреплены перегородкой из бетонных блоков, но обычно имеют «перекидной край» и/или бассейн рассеивателя, который создает гидравлический прыжок , защищая основание плотины от эрозии. [1]

Ступенчатый водосброс

Ступенчатый желоб перегородил водосброс водохранилища Йомен-Хей в Пик-Дистрикт в Англии .

Ступенчатые каналы и водосбросы используются уже более 3000 лет. [2] Несмотря на то, что в середине двадцатого века их заменили более современные инженерные технологии, такие как гидравлические прыжки, с 1985 года [3] интерес к ступенчатым водосбросам и желобам возобновился, отчасти из-за использования новых строительных материалов (например, уплотненного роликами бетона , габионов ) и методов проектирования (например, защиты насыпи от перелива). [4] [5] Ступени создают значительное рассеивание энергии вдоль желоба [6] и уменьшают размер требуемого ниже по течению бассейна рассеивания энергии. [7] [8]

Исследования по этой теме продолжаются, и появились новые разработки в области систем защиты от перелива насыпных плотин [8] , сходящихся водосбросов [9] и проектирования небольших водосливов [10] .

Водосброс с раструбом

С момента строительства водосброса в Кован-дус-Кончос в 1955 году в водосбросном колоколе разрослась растительность , и теперь он напоминает естественное образование.
Водосброс Glory Hole в озере Берриесса , Калифорния, март 2017 г.

Водосброс с раструбом спроектирован как перевернутый колокол , куда вода может поступать по всему периметру. [11] Эти неконтролируемые водосбросы также называются «утренняя слава» (по названию цветка ) или водосбросы с воронкообразным отверстием. [12] [13] В районах, где поверхность водохранилища может замерзнуть, этот тип водосброса обычно оснащается ледокольными устройствами, чтобы водосброс не сковывался льдом.

Некоторые водосбросы с раструбом контролируются затворами. Самый высокий водосброс в мире находится на плотине Hungry Horse в Монтане, США, и контролируется кольцевым затвором размером 64 на 12 футов (19,5 на 3,7 м). [14] Водосброс с раструбом в водохранилище Covão dos Conchos в Португалии сконструирован так, чтобы выглядеть как естественное образование. Самый большой водосброс с раструбом находится на плотине Geehi в Новом Южном Уэльсе, Австралия, его диаметр на поверхности озера составляет 105 футов (32 м). [15] [16] [17]

Сифонный водосброс

Сифон использует разницу в высоте между входом и выходом для создания разницы давления, необходимой для удаления избытка воды. Сифонам требуется заливка для удаления воздуха в изгибе для их функционирования, и большинство сифонных водосбросов спроектированы для использования воды для автоматической заливки сифона. Одной из таких конструкций является спиральный сифон, который использует спирали или ребра на воронке для формирования воды в вихрь, который вытягивает воздух из системы. Заливка происходит автоматически, когда уровень воды поднимается выше входных отверстий. [ 18]

Другие типы

Гребень ogee нависает над плотиной, боковой канал огибает рельеф плотины, а лабиринт использует зигзагообразный дизайн для увеличения длины порога для более тонкой конструкции и увеличения сброса. Капельный вход напоминает водозабор для гидроэлектростанции и переносит воду из-за плотины напрямую через туннели в реку ниже по течению. [19]

Соображения по дизайну

Одним из параметров конструкции водосброса является наибольший паводок, на который он рассчитан. Сооружения должны безопасно выдерживать соответствующий проектный паводок водосброса (SDF), иногда называемый проектным паводком притока (IDF). Величина SDF может быть установлена ​​руководящими принципами безопасности плотин на основе размера сооружения и потенциальной потери человеческой жизни или имущества ниже по течению. Величина паводка иногда выражается как период повторяемости . 100-летний интервал повторяемости — это величина паводка, которая, как ожидается, будет превышена в среднем один раз в 100 лет. Этот параметр может быть выражен как частота превышения с вероятностью 1% превышения в любой данный год. Объем воды, ожидаемый во время проектного паводка, получается путем гидрологических расчетов водосбора выше по течению. Период повторяемости устанавливается руководящими принципами безопасности плотин на основе размера сооружения и потенциальной потери человеческой жизни или имущества ниже по течению.

Инженерный корпус армии США основывает свои требования на максимальном вероятном наводнении (PMF) [20] и максимальном вероятном количестве осадков (PMP). PMP — это наибольшее количество осадков, которое, как считается, физически возможно в верхнем водоразделе. [21] Плотинам с меньшей опасностью может быть разрешено иметь IDF меньше PMF.

Рассеивание энергии

Водобойный колодец типа III Бюро мелиорации США

Когда вода проходит через водосброс и спускается по желобу, потенциальная энергия преобразуется в увеличивающуюся кинетическую энергию . Неспособность рассеивать энергию воды может привести к размыву и эрозии у основания плотины. Это может привести к повреждению водосброса и подорвать устойчивость плотины. [22] Чтобы представить эту энергию в перспективе, водосбросы на плотине Тарбела могли бы при полной мощности вырабатывать 40 000 МВт; примерно в 10 раз больше мощности ее электростанции. [23]

Энергию можно рассеять, обратившись к одной или нескольким частям конструкции водосброса. [24]

Шаги

Во-первых, на поверхности самого водосброса с помощью ряда ступеней вдоль водосброса (см. ступенчатый водосброс ). [5]

Перевернуть ведро

Во-вторых, у основания водосброса перекидной ковш может создать гидравлический прыжок и направить воду вверх.

Трамплин

Трамплин может направлять воду горизонтально и в конечном итоге вниз в бассейн для ныряния, или два трамплина могут направлять свои водные потоки так, чтобы они сталкивались друг с другом. [5] [23]

Успокоительный бассейн

В-третьих, успокоительный бассейн на конце водосброса служит для дальнейшего рассеивания энергии и предотвращения эрозии. Обычно они заполняются относительно небольшой глубиной воды и иногда облицовываются бетоном. В их конструкцию может быть включен ряд компонентов, снижающих скорость, включая блоки желоба, блоки перегородок, стенки крыльев, поверхностные котлы или концевые пороги. [25]

Безопасность

Затворы водосброса могут внезапно сработать без предупреждения, под дистанционным управлением. Нарушители в пределах водосброса подвергаются высокому риску утопления. Водосбросы обычно огорожены и оборудованы запертыми затворами для предотвращения случайного проникновения в сооружение. Могут быть установлены предупреждающие знаки, сирены и другие меры для предупреждения пользователей в зоне ниже по течению о внезапном сбросе воды. Эксплуатационные протоколы могут требовать «взлома» затвора для сброса небольшого количества воды, чтобы предупредить людей ниже по течению.

Внезапное закрытие водосбросного затвора может привести к выбросу рыбы на берег, но этого обычно стараются избегать.

Галерея

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Генри Х., Томас. "Желобчатые водосбросы, проектирование больших плотин". Архивировано из оригинала 9 апреля 2010 года . Получено 2010-07-05 .
  2. ^ H. Chanson (2001–2002). «Историческое развитие ступенчатых каскадов для рассеивания гидравлической энергии». Труды Newcomen Society . 71 (2): 295–318.
  3. ^ H. Chanson (2000). "Гидравлика ступенчатых водосбросов: Текущее состояние" (PDF) . Журнал гидравлической инженерии . 126 (9): 636–637. doi :10.1061/(ASCE)0733-9429(2000)126:9(636). ISSN  0733-9429.
  4. ^ H. Chanson (1995). Гидравлическое проектирование ступенчатых каскадов, каналов, плотин и водосбросов . Pergamon. ISBN 978-0-08-041918-3.
  5. ^ abc H. Chanson (2002). Гидравлика ступенчатых желобов и водосбросов . Balkema. ISBN 978-90-5809-352-3.
  6. ^ Раджаратнам, Н. (1990). «Скользящий поток в ступенчатых водосбросах». Журнал гидравлической инженерии . 116 (4): 587–591. doi :10.1061/(ASCE)0733-9429(1990)116:4(587).
  7. ^ Чансон, Х. (2001). «Гидравлическое проектирование ступенчатых водосбросов и нисходящих гасителей энергии» (PDF) . Строительство плотин . 11 (4): 205–242.
  8. ^ ab Gonzalez, CA; Chanson, H. (2007). «Гидравлическое проектирование ступенчатых водосбросов и нисходящих гасителей энергии для насыпных плотин» (PDF) . Dam Engineering . 17 (4): 223–244.
  9. ^ SL Hunt, SR Abt & DM Temple (2008). Гидравлическое проектирование ступенчатых водосбросов и нисходящих гасителей энергии для насыпных плотин . Влияние сходящихся стенок желоба на ступенчатые водосбросы из уплотненного валиком бетона.
  10. ^ I. Meireles; J. Cabrita; J. Matos (2006). Свойства неаэрированного скиммингового потока на ступенчатых желобах над малыми насыпными плотинами в гидротехнических сооружениях: вызов инженерам и исследователям, Труды Международного семинара младших научных сотрудников и инженеров по гидротехническим сооружениям. Сент-Люсия, Квинсленд: Университет Квинсленда, Отделение гражданского строительства. стр. 205. ISBN 978-1-86499-868-9.
  11. ^ Ратнаяка, Дон Д.; Брандт, Малкольм Дж.; Джонсон, К. Майкл (2009). Водоснабжение Twort's (6-е изд.). Оксфорд: Butterworth-Heinemann. стр. 177. ISBN 978-0-7506-6843-9.
  12. ^ Сабети, Пархам; Карами, Ходжат; Саркардех, Хамед (2019-06-30). «Анализ влияния эффективной длины водосброса Утренней глории на его производительность (численное исследование)». Instrumentation Mesure Métrologie . 18 (2): 211–221. doi : 10.18280/i2m.180217 .
  13. ^ "Озеро Берриесса, Бюро мелиорации, Средне-Тихоокеанский регион". Департамент внутренних дел. 2017-12-15 . Получено 2019-03-08 .
  14. ^ "Hungry Horse Dam". Бюро мелиорации США. Архивировано из оригинала 13 июня 2011 года . Получено 1 ноября 2010 года .
  15. ^ "Dams". Архивировано из оригинала 2013-05-03 . Получено 2016-10-04 .
  16. ^ Стене, Эрик А. "История проекта Hungry Horse" (PDF) . Бюро мелиорации США . Получено 1 ноября 2010 г.
  17. ^ Стори, Брит Аллан (2008). Бюро мелиорации: исторические очерки с симпозиума, посвященного столетию, том 1. Издательство правительства США . стр. 36. ISBN 978-0-16-081822-6. Получено 1 ноября 2010 г.
  18. ^ Рао, Говинда НС (2008). "Конструкция сифона со спиралью" (PDF) . Журнал Индийского института науки . 88 (3): 915–930. Архивировано из оригинала (PDF) 2013-12-20 . Получено 19-12-2013 .
  19. ^ "Гидравлическое проектирование, типы водосбросов" (PDF) . Университет Роуэна . Получено 2010-07-05 .
  20. ^ "РАСЧЕТНЫЕ НАВОДНЕНИЯ ПРИТОКА ДЛЯ ПЛОТИН И ВОДОХРАНИЛИЩ" (PDF) . USACE . Получено 5 апреля 2019 г. .
  21. ^ "Руководство по оценке вероятных максимальных осадков (PMP)" (PDF) . ВМО. стр. 26 . Получено 5 апреля 2019 г. .
  22. ^ Punmia (1992). Ирригация и гидроэнергетика. Firewall Media. С. 500–501. ISBN 978-81-7008-084-8.
  23. ^ ab Novak, P. (2008). Гидравлические сооружения (4-е изд., переизд.). Лондон [ua]: Taylor & Francis. стр. 244–260. ISBN 978-0-415-38625-8.
  24. ^ Чансон, Х. (2015). Рассеивание энергии в гидравлических сооружениях. Монография IAHR, CRC Press, Taylor & Francis Group, Лейден, Нидерланды, 168 страниц. ISBN 978-1-138-02755-8.
  25. ^ Хагер, Вилли Х. (1992). Рассеиватели энергии и гидравлический прыжок. Dordrecht ua: Kluwer. С. 213–218. ISBN 978-0-7923-1508-7.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Сбросы» .
Найдите понятие «водосброс» в Викисловаре, бесплатном словаре.