stringtranslate.com

Водосброс

Водосброс плотины Ллин Брианна в Уэльсе

Водосброс — это сооружение, используемое для обеспечения контролируемого сброса воды вниз по течению от плотины или дамбы , обычно в русло самой реки, запрудованной плотиной. В Соединенном Королевстве они могут быть известны как каналы переполнения . Водосбросы гарантируют, что вода не повредит части конструкции, не предназначенные для подачи воды.

Водосбросы могут включать шлюзы и пробки с предохранителями для регулирования расхода воды и уровня резервуара. Такие функции позволяют водосбросу регулировать поток вниз по течению: контролируемо выпуская воду до того, как резервуар заполнится, операторы могут предотвратить неприемлемо большой сброс позже.

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

Вода обычно течет через водосброс только в периоды паводков, когда резервуар достиг своей вместимости и вода продолжает поступать быстрее, чем успевает спуститься. Напротив, водозаборная башня представляет собой конструкцию, используемую для регулярного контроля сброса воды для таких целей, как водоснабжение и выработка гидроэлектроэнергии .

Типы

Водосброс расположен в верхней части бассейна водохранилища . Плотины также могут иметь донные выпуски с клапанами или воротами, которые можно использовать для выпуска паводкового потока, а на некоторых плотинах отсутствуют переливные водосбросы, и они полностью полагаются на донные выпуски.

Разрез типового водосброса с затворами Тейнтера

Двумя основными типами водосбросов являются контролируемые и неконтролируемые.

Контролируемый 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 спускать по мере необходимости путем открытия одного или нескольких затворов.

Неконтролируемый водосброс, напротив, не имеет шлюзов; когда вода поднимается над кромкой или гребнем водосброса, она начинает выделяться из водоема. Скорость сброса контролируется только высотой воды над водосбросом водохранилища. Часть объема водохранилища выше гребня водосброса может использоваться только для временного хранения паводковых вод; его нельзя использовать в качестве хранилища воды, поскольку оно расположено выше, чем может удержать плотина.

В промежуточном типе нормальное регулирование уровня резервуара контролируется механическими затворами. В этом случае плотина не рассчитана на работу с водой, текущей через верх, либо из-за материалов, использованных для ее строительства, либо из-за условий непосредственно ниже по течению. Если приток в водохранилище превышает пропускную способность затвора, вода будет передаваться по искусственному каналу, называемому вспомогательным или аварийным водосбросом. Часто он намеренно блокируется предохранителем . Если имеется, пробка-предохранитель рассчитана на вымывание в случае сильного наводнения, превышающего пропускную способность водосливных затворов. Хотя строительным бригадам может потребоваться много месяцев для восстановления плавкой пробки и канала после такой операции, общий ущерб и стоимость ремонта будут меньше, чем в случае перекрытия основных водоподпорных сооружений. Концепция плавкой вилки используется там, где строительство водосброса необходимой мощности может оказаться дорогостоящим.

Водосброс открытого канала

желобный водосброс

Желобной водосброс — это распространенная и базовая конструкция, которая отводит излишки воды из-за плотины вниз по плавному спуску в реку внизу. Обычно они проектируются по кривой ogee . Чаще всего их снизу и по бокам облицовывают бетоном для защиты плотины и рельефа. У них может быть контролирующее устройство, а некоторые могут быть тоньше и многолинейными, если места и финансирования недостаточно. Кроме того, они не всегда предназначены для рассеивания энергии, как ступенчатые водосбросы. Желобные водосбросы могут быть встроены в перегородку из бетонных блоков, но обычно имеют «откидную кромку» и / или рассеивающий бассейн, который создает гидравлический скачок , защищая основание плотины от эрозии. [1]

Ступенчатый водосброс

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

Ступенчатые каналы и водосбросы используются уже более 3000 лет. [2] Несмотря на то, что в середине двадцатого века их вытеснили более современные инженерные технологии, такие как гидравлические прыжки, примерно с 1985 года [3] интерес к ступенчатым водосбросам и желобам возобновился, отчасти из-за использования новых строительных материалов (например, роликовых уплотненный бетон , габионы ) и методы проектирования (например, защита насыпи). [4] [5] Ступени вызывают значительное рассеивание энергии вдоль желоба [6] и уменьшают размер необходимого бассейна для рассеяния энергии ниже по течению. [7] [8]

Исследования по этой теме все еще продолжаются, появляются новые разработки в области систем защиты от перелива насыпных плотин, [8] сходящихся водосбросов [9] и конструкции небольших плотин. [10]

Колоколообразный водосброс

Растительность выросла на водосбросе в устье колокола в Кован-дус-Кончос с момента его строительства в 1955 году, так что он напоминает естественное образование.
Водосброс Gloryhole на озере Берриесса , Калифорния, март 2017 года.

Раструбный водосброс выполнен в виде перевернутого колокола , куда вода может поступать по всему периметру. [11] Эти неконтролируемые водосбросы также называют ипомеей (в честь цветка ) или водосбросами дыр славы. [12] [13] В районах, где поверхность водоема может замерзнуть, этот тип водосброса обычно оборудуется ледокольными устройствами, чтобы предотвратить замерзание водосброса.

Некоторые водосбросы с раструбами контролируются воротами. Самый высокий водосброс ипомеи в мире находится на плотине Хунгри-Хорс в Монтане, США, и контролируется кольцевыми воротами размером 64 на 12 футов (19,5 на 3,7 м). [14] Водосброс в водохранилище Кован- дус-Кончос в Португалии построен так, чтобы выглядеть как естественное образование. Самый большой водосброс находится на плотине Гихи 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 лишней воды . Чтобы сифоны функционировали, требуется заливка для удаления воздуха из изгиба, а большинство сифонных водосбросов рассчитаны на использование воды для автоматической заливки сифона. Одной из таких конструкций является спиральный сифон, в котором на воронке используются спирали или ребра, образующие из воды вихрь, вытягивающий воздух из системы. Заливка происходит автоматически, когда уровень воды поднимается выше входных отверстий. [18]

Другие типы

Гребень гусеницы возвышается над плотиной, боковой канал огибает топографию плотины, а лабиринт имеет зигзагообразную форму, чтобы увеличить длину подоконника для более тонкой конструкции и увеличения расхода воды. Водозабор напоминает водозабор гидроэлектростанции и передаёт воду из-за плотины прямо через туннели в реку ниже по течению. [19]

Рекомендации по проектированию

Одним из параметров конструкции водосброса является максимальное наводнение, на которое он рассчитан. Конструкции должны безопасно выдерживать соответствующее расчетное затопление водосброса (SDF), иногда называемое расчетным затоплением притока (IDF). Величина SDF может быть установлена ​​руководящими принципами безопасности плотины, исходя из размера конструкции и потенциальных потерь человеческой жизни или имущества ниже по течению. Величину наводнения иногда выражают как период повторяемости . 100-летний интервал повторяемости — это величина наводнения, которая, как ожидается, будет превышена в среднем один раз в 100 лет. Этот параметр может быть выражен как частота превышения с вероятностью превышения в 1% в любой конкретный год. Объем воды, ожидаемый во время расчетного паводка, получен путем гидрологических расчетов верхнего водосбора. Период возврата устанавливается руководящими принципами безопасности плотин в зависимости от размера сооружения и потенциальных потерь человеческой жизни или имущества ниже по течению.

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

Рассеяние энергии

Успокоительный бассейн Бюро мелиорации США типа III.

Когда вода проходит через водосброс и вниз по желобу, потенциальная энергия преобразуется в возрастающую кинетическую энергию . Неспособность рассеять энергию воды может привести к размыву и эрозии подошвы (основания) плотины. Это может привести к повреждению водосброса и подорвать устойчивость плотины. [22] Если представить эту энергию в перспективе, водосбросы на плотине Тарбела могут при полной мощности производить 40 000 МВт; примерно в 10 раз превышает мощность его электростанции. [23]

Энергию можно рассеять, воздействуя на одну или несколько частей конструкции водосброса. [24]

Шаги

Сначала на самой поверхности водосброса рядом ступенек вдоль водосброса (см. Ступенчатый водосброс ). [5]

Перекидное ведро

Во-вторых, перекидное ведро у основания водосброса может создать гидравлический прыжок и отклонить воду вверх.

Лыжный трамплин

Лыжный трамплин может направлять воду горизонтально и в конечном итоге вниз в небольшой бассейн, или два лыжных трамплина могут направлять потоки воды 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 заполнены водой на относительно небольшой глубине и иногда облицованы бетоном. В их конструкцию может быть включен ряд компонентов, снижающих скорость, в том числе желобные блоки, перегородки, стенки крыльев, поверхностные выступы или концевые пороги. [25]

Безопасность

Ворота водосброса могут сработать внезапно, без предупреждения, под дистанционным управлением. Нарушители границ водосброса подвергаются высокому риску утонуть. Водосбросы обычно огорожены и оборудованы запирающимися воротами, чтобы предотвратить случайное проникновение внутрь сооружения. Могут быть установлены предупреждающие знаки, сирены и другие меры, чтобы предупреждать пользователей ниже по течению о внезапном выбросе воды. Рабочие протоколы могут потребовать «взломать» ворота, чтобы выпустить небольшое количество воды и предупредить людей, находящихся ниже по течению.

Внезапное закрытие водосбросного затвора может привести к выбросу рыбы на мель, чего обычно избегают.

Галерея

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Генри Х., Томас. «Жёлобные водосбросы, Проектирование больших плотин». Архивировано из оригинала 9 апреля 2010 года . Проверено 5 июля 2010 г.
  2. ^ Х. Шансон (2001–2002). «Историческое развитие ступенчатых каскадов для рассеивания гидравлической энергии». Труды Общества Ньюкомена . 71 (2): 295–318.
  3. ^ Х. Шансон (2000). «Гидравлика ступенчатых водосбросов: текущее состояние» (PDF) . Журнал гидротехники . 126 (9): 636–637. дои : 10.1061/(ASCE) 0733-9429 (2000) 126: 9 (636). ISSN  0733-9429.
  4. ^ Х. Шансон (1995). Гидравлическое проектирование ступенчатых каскадов, каналов, плотин и водосбросов . Пергамон. ISBN 978-0-08-041918-3.
  5. ^ abc Х. Шансон (2002). Гидравлика ступенчатых желобов и водосбросов . Балкема. ISBN 978-90-5809-352-3.
  6. ^ Раджаратнам, Н. (1990). «Снятие стока в ступенчатых водосбросах». Журнал гидротехники . 116 (4): 587–591. дои : 10.1061/(ASCE) 0733-9429 (1990) 116: 4 (587).
  7. ^ Шансон, Х. (2001). «Гидравлическое проектирование ступенчатых водосбросов и расположенных ниже по течению рассеивателей энергии» (PDF) . Плотинная инженерия . 11 (4): 205–242.
  8. ^ Аб Гонсалес, Калифорния; Шансон, Х. (2007). «Гидравлическое проектирование ступенчатых водосбросов и расположенных ниже по течению рассеивателей энергии для насыпных плотин» (PDF) . Плотинная инженерия . 17 (4): 223–244.
  9. ^ С. Л. Хант, С. Р. Абт и Д. М. Темпл (2008). Гидравлическое проектирование ступенчатых водосбросов и нижних рассеивателей энергии для насыпных плотин . Влияние сходящихся стенок желоба на бетонные ступенчатые водосбросы, уплотненные роликами.
  10. ^ И. Мейрелеш; Дж. Кабрита; Дж. Матос (2006). Свойства неаэрированного скиммингового потока на ступенчатых желобах над небольшими насыпными плотинами в гидротехнических сооружениях: вызов инженерам и научным сотрудникам, Материалы международного семинара младших научных сотрудников и инженеров по гидротехническим сооружениям. Сент-Люсия, Квинсленд: Университет Квинсленда, факультет гражданского строительства. п. 205. ИСБН 978-1-86499-868-9.
  11. ^ Ратнаяка, Дон Д.; Брандт, Малкольм Дж.; Джонсон, К. Майкл (2009). Водоснабжение Творта (6-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. п. 177. ИСБН 978-0-7506-6843-9.
  12. ^ Сабети, Пархэм; Карами, Ходжат; Саркарде, Хамед (30 июня 2019 г.). «Анализ влияния эффективной длины водосброса ипомеи на его производительность (численное исследование)». Приборы Mesure Métrologie . 18 (2): 211–221. дои : 10.18280/i2m.180217 .
  13. ^ «Озеро Берриесса, Бюро мелиорации, Средне-Тихоокеанский регион». Департамент внутренних дел. 15 декабря 2017 г. Проверено 8 марта 2019 г.
  14. ^ "Плотина Голодной Лошади". Бюро мелиорации США. Архивировано из оригинала 13 июня 2011 года . Проверено 1 ноября 2010 г.
  15. ^ "Плотины". Архивировано из оригинала 3 мая 2013 г. Проверено 4 октября 2016 г.
  16. ^ Стен, Эрик А. «История проекта Hungry Horse» (PDF) . Бюро мелиорации США . Проверено 1 ноября 2010 г.
  17. ^ Стори, Брит Аллан (2008). Бюро мелиорации: исторические очерки со столетнего симпозиума, том 1. Типография правительства США . п. 36. ISBN 978-0-16-081822-6. Проверено 1 ноября 2010 г.
  18. ^ Рао, Говинда Н.С. (2008). «Дизайн спирального сифона» (PDF) . Журнал Индийского института науки . 88 (3): 915–930. Архивировано из оригинала (PDF) 20 декабря 2013 г. Проверено 19 декабря 2013 г.
  19. ^ «Гидравлическое проектирование, типы водосбросов» (PDF) . Роуэнский университет . Проверено 5 июля 2010 г.
  20. ^ «ПРОЕКТНЫЕ НАВОДНЕНИЯ ПРИТОКА ДЛЯ ПЛОТИН И ВОДОХРАНИЛИЩЕ» (PDF) . ЮСАСЕ . Проверено 5 апреля 2019 г.
  21. ^ «Руководство по оценке вероятного максимального количества осадков (PMP)» (PDF) . ВМО. п. 26 . Проверено 5 апреля 2019 г.
  22. ^ Пунмиа (1992). Ирригация и гидроэнергетика. Брандмауэр Медиа. стр. 500–501. ISBN 978-81-7008-084-8.
  23. ^ Аб Новак, П. (2008). Гидротехнические сооружения (4-е изд., переизд.). Лондон [ua]: Тейлор и Фрэнсис. стр. 244–260. ISBN 978-0-415-38625-8.
  24. ^ Шансон, Х. (2015). Рассеяние энергии в гидротехнических сооружениях. Монография IAHR, CRC Press, Taylor & Francisco Group, Лейден, Нидерланды, 168 страниц. ISBN 978-1-138-02755-8.
  25. ^ Хагер, Вилли Х. (1992). Рассеиватели энергии и гидравлический прыжок. Дордрехт ua: Клювер. стр. 213–218. ISBN 978-0-7923-1508-7.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с водосбросами .
Найдите водосброс в Викисловаре, бесплатном словаре.