Файл: Переходы через водотоки..pdf

Коэффициентом г в формуле (V1-31) учитываются особенности строения рельефа горного хребта Джебель в Йемене: ряд водосборов представляют собой глубокие замкнутые котловины (рис. ѴІ-20), доступ осадков в которые ограничен рядом высоких горных хребтов, расположенных перпендикулярно к влагоносным ветрам. Подобный рельеф водосборов имеется и в СССР (верховья Амударьи на Памире). Вследствие этих особенностей расчетный слой стока на замкнутых водо­ сборах по сравнению с открытыми может быть меньшим от 1,5 до 10 раз.

При построении эмпирических формул целесообразно осущест­ влять контроль правильности получаемых связей. Метод такого контроля, основанный на статистическом исследовании варьирую­ щих параметров, предложен М. М. Журавлевым в 1957 г. и опуб­ ликован в работах [43, 10]. В работе [10], кроме того, приведен метод оценки возможных погрешностей эмпирической формулы.

§27. РАСЧЕТЫ ПЕРЕХОДОВ ВЫШЕ И НИЖЕ ПЛОТИН

ВСССР на многих реках построены или возводятся гидроэлек­ тростанции, каналы и водохранилища для водоснабжения, иррига­ ции и других водохозяйственных целей, поэтому переходы через зарегулированные реки часто встречаются при проектировании

дорог.

Наряду с вновь проектируемыми переходами возникают случаи переноса дорог и мостов из зоны подтопления или их переустрой­ ства в связи с создаваемыми водохранилищами.

При наличии проектов плотин, утвержденных к постройке или строящихся, переходы проектируют с учетом влияния плотин на режим реки. Когда проекты плотин находятся в стадии разработки, возникает необходимость сравнения двух вариантов переходов: проложения дороги по плотине или вне ее.

Согласно СНиП ІІ-И.1-62, гидросооружения по капитальности разделяют на пять классов:

1- й класс — постоянные сооружения, удовлетворяющие пов шенным требованиям, разрушение которых может вызвать послед­ ствия катастрофического характера;

2- й класс — постоянные сооружения, удовлетворяющие средни требованиям, разрушение которых может причинить значительный ущерб народному хозяйству;

3- й класс — постоянные сооружения, удовлетворяющие средн требованиям;

4- й класс — постоянные сооружения, удовлетворяющие мин мальным требованиям;

5- й класс — временные сооружения.

В зависимости от класса для расчета сооружений принимают величину максимального расхода воды различной вероятности пре­ вышения, назначают основные параметры сооружения.

По способу пропуска воды плотины делятся на глухие, не до­ пускающие перелива через них, и водосливные, допускающие пере­ лив воды через тело плотины.

а

Плотины также делятся по материалам и по напору (низкона­ порные, средне- и высоконапорные).

Мостовые переходы через водотоки, зарегулированные водохра­ нилищами, проектируют с учетом капитальности плотин и срока их службы. В некоторых случаях необходимо проверить расчетом сохранность мостового перехода от разрушения капитальной пло­ тины. Такие расчеты выполняют специальными методами с привле­ чением проектных материалов по плотине.

В остальных случаях расчеты выполняют для условий длитель­ ного существования водохранилищ и их воздействий на сооруже­ ние переходов. Для некапитальных плотин расчеты ведут с учетом их разрушения.

Поступление воды в водохранилища определяется климатичес­ кими и физико-географическими условиями, а сток из него — раз­ мерами водохранилища и графиком расходования воды на водохо­ зяйственные потребности.

В результате сток реки на участке ниже плотины, а также в во­ дохранилище является зарегулированным, а выше водохранили­ ща — естественным.

Задачей регулирования стока водохранилищами является пере­ распределение стока во времени в соответствии с требованиями во­ допотребностей путем заполнения водохранилищ водой в период половодья и паводков и его опорожнения в период маловодья.

По характеру регулирования различают водохранилища годо­ вого и многолетнего регулирования. Первые распределяют сток в течение года, задерживая часть полых вод и сбрасывая накоплен­ ный объем в меженный период (рис. ѴІ-21), вторые — перераспре­ деляют сток в течение нескольких лет, задерживая часть стока многоводного периода и повышая расходы водотока в маловодные годы за счет накопленного объема (рис. ѴІ-22). Регулирование го­ довое и многолетнее возможно осуществлять, если объем воды, на­ капливаемый в водохранилище, больше объема, расходуемого из него.

изменениях естественного режима водотоков.

Водохранилища гидроузлов характеризуются следующими уров­

нями и емкостями (рис. ѴІ-23) :

форсированный подпорный уровень (ФПУ), характеризующий катастрофический уровень заполнения водохранилища;

нормальный подпорный уровень (НПУ), до которого водохра­ нилище заполнится в нормальных условиях;

уровень наибольшей сработки (УНС) водохранилища; характе­ ризует мертвый объем водохранилища (№м);

полезный объем (№%); объем форсировки (№%).

Объем, заключенный между поверхностью воды на отметке ФПУ и дном, составляет полный объем водохранилища (W), который не всегда полностью используется для регулирования стока. Отноше­ ние полного объема водохранилища к среднемноголетнему объему стока составляет коэффициент емкости водохранилища. Нижняя часть водохранилища (мертвый объем) предусмотрена для осажде­ ния наносов.

Между поверхностями воды с отметками НПУ и УМО находит­ ся полезный объем водохранилища, который заполняется в много­ водный период, а в периоды маловодья опорожняется.

Форсированный подпорный уровень наблюдается в период про­ пуска через гидроузел многоводных максимумов. Объем форсиров­ ки определяется отметками ФПГ и НПГ и предназначен для умень­ шения величины сбросных расходов через гидроузел.

Влияние водохранилищ на величину сбросных расходов прояв­ ляется различно.

Для водохранилищ с годовым регулированием степень умень­ шения максимальных расходов притока зависит от водности паводочного сезона. Для максимальных расходов вероятностью превы­ шения 1—2% и реже уменьшение расчетного расхода, по данным В. И. Пуркина, не превышает 5— 10% и его при проектировании мостовых переходов можно не учитывать. В случае прохождения максимума паводка по уже заполненному водохранилищу может наблюдаться увеличение максимального расхода. Уменьшение рас­ четных расходов возможно в водохранилищах с многолетним регу­ лированием стока.

Плотины вызывают большие изменения бытовых условий водо­ токов, существовавших до их постройки в верхнем и нижнем бье­ фах водохранилищ.

В верхнем бьефе повышаются уровни и увеличиваются глубины, уменьшаются скорости течения и увеличивается зеркало водной поверхности, что увеличивает потери на испарение и содержание солей в воде водохранилищ. Одновременно происходит затопление прилегающих к водохранилищу земель и инженерных сооружений, а также обрушение берегов водохранилищ от действия волн. В ре­ зультате уменьшения скоростей течения происходит оседание на­ носов, которые несет река, и постепенное заиление водохранилищ, когда крупные фракции откладываются в верхней части водохра­ нилища, мелкие оседают ближе к плотине и взвешенные частицы распространяются по всему дну водохранилища. На малых водо­ хранилищах на предгорных и горных реках время полного заиле­ ния может составлять несколько десятилетий, на больших водохра­ нилищах равнинных рек — до нескольких столетий в зависимости от количества поступающих наносов.

При проектировании мостовых переходов в верхнем бьефе пло­ тин следует учитывать возможность поднятия дна до уровня мерт­ вого объема, повышение отметок межени и расчетных уровней во­ ды — в зоне выклинивания подпора. При отсутствии проектных данных о заилении расчеты отложения наносов в верхнем бьефе выполняют согласно Указаниям по расчету заиления водохра­ нилищ.

В нижнем бьефе уменьшаются паводочные расходы и увеличи­ ваются меженные, а также происходит размыв русла ниже гидро­ узла и связанные с этим переформирования русел притоков и бе­ регов. Русловые деформации, происходящие в нижнем бьефе пло­ тины, связаны с отложениями наносов в верхнем бьефе, а также с изменением естественного режима реки при сбросе воды из во­ дохранилища.

Учитывая изменения режима водотока в нижнем и верхнем бье­ фах водохранилищ, необходимо проверять размеры отдельных эле­ ментов существующих мостовых переходов для обеспечения их ус­ тойчивости в новых условиях эксплуатации.

При проектировании нового или реконструкции существующего мостового перехода необходимо учитывать изменения волнового и ледового режимов водотока.

Ветер оказывает влияние на уровни в водохранилищах, вызы­ вая сгоны и нагоны воды при длительном воздействии в одном на­ правлении. Понижение уровня водохранилища со стороны подвет­ ренного берега сопровождается повышением уровня у противопо­ ложного (рис. ѴІ-24). Высота сгонов и нагонов может составлять для больших водохранилищ 0,5—0,7 м.

На некоторых водохранилищах могут происходить колебатель­ ные движения уровня воды (сейши), вызванные резким изменени­ ем барометрического давления над одной частью водохранилища (рис. ѴІ-25).

Амплитуда колебания уровня воды при сейше достигает на не­ которых водохранилищах до 2 м. Время появления максимумов уровней друг за другом составляет от нескольких часов до несколь­ ких минут.

Расчет кривой свободной поверхности водохранилища с учетом сгонно-нагонных явлений может быть произведен по методу А. В. Караушева [58]. Превышение между уровнями воды в двух точках водной поверхности Дz0 для предварительных целей по это­ му методу определяют по формуле

где hB— средняя на рассматриваемом участке водоема высота вет­ ровой волны, м\ Dy — расстояние между заданными точками, м\ Н — средняя глубина водоема между этими точками, м\ І^ювод—-расчетная скорость ветра на высоте 10 м над водной поверхностью, но не менее 12 м/сек; ав — угол между направ­ лением ветра и линией, соединяющей расчетные точки.

Для получения Дzc, соответствующей величине нагона над спо­ койным уровнем водохранилища, расстояние Dy принимают меж­ ду данной точкой на берегу и центром тяжести водохранилища.

Ветер вызывает волнение на поверхности водохранилища. Раз­ меры волн определяются скоростью ветра, длиной разгона волны, глубиной воды, их рассчитывают по указаниям гл. X.

Сложный ледовый режим наблюдается на участке, где происхо­ дит сопряжение подпорных уровней с бытовыми. Плывущий по ре­ ке лед, встречая неподвижную поверхность льда водохранилища,