ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОСБРОСОВ
Донный водовыпуск и водоспуск
Донные водовыпуски и донные водоспуски являются водопропускными сооружениями. Они находят свое применение при проектировании практически всех видов речных подпорных гидроузлов. Как следует из самих названий («водовыпуски» и «водоспуски») данные типы водопропускных сооружений не являются водосбросными в чистом виде, т.е. они не применяется для пропуска весенних половодий и дождевых паводков. Основным назначением донных водовыпусков является выполнение полезных попусков воды из водохранилища или пруда в нижний бьеф гидроузла (полезный попуск — пропуск сравнительно небольших расходов воды через речные гидроузлы с целью поддержания естественного русла реки и выполнения природоохранных требований). Основным назначением донных водоспусков является полное опорожнение водохранилища или пруда с целью расчистки его ложа или ремонта гидротехнических сооружений.
Несмотря на различия в назначении, общим в характере проектирования водовыпусков и водоспусков служит относительно небольшие величины пропускаемых по ним расходов воды. Это сходство приводит к принципиальной близости (почти идентичности) компоновочных и конструктивных решений по обоим типам водопропускных сооружений.
В составе сооружений проектируемых или реконструируемых водохозяйственных гидроузлов на реках и ручьях в качестве основного подпорного сооружения как правило выступает грунтовая плотина , обычно — земляная. И именно в теле грунтовой плотины, ближе к ее подошве, чаще всего устраиваются донные водовыпуски и водоспуски.
Состав основных элементов донного водовыпуска (водоспуска):
– входной оголовок;
– трубопровод;
– камера затворов;
– сопрягающее сооружение;
– отводящий канал.
Продольный разрез и план по донному водовыпуску в теле земляной плотины
Входной оголовок донного водовыпуска (водоспуска) предназначен для забора воды из водохранилища (пруда). В простейшем случае входной оголовок может представлять собой просто торцевое отверстие трубопровода с наваренными на него арматурными стержнями, предотвращающими попадание мусора в водопропускной тракт. Однако в настоящее время такие примитивные решения считаются неприемлемыми по причине их эксплуатационной ненадежности. В связи с этим в проектах водовыпусков/водоспусков применяются более сложные конструктивные решения оголовков. Высокую эксплуатационную эффективность показали оголовки зонтичного типа из металла (чаще) или монолитного железобетона. Стальной оголовок зонтичного типа представляет собой короткую вертикальную трубу, привариваемую к трубопроводу, на верхнее отверстие которой устанавливается т.н. зонт — стальная крышка в виде цилиндра с диаметром, большим диаметра вертикальной трубы. С целью повышения общей пропускной способности водоспуска описанных вертикальных труб с зонтами, как правило, устанавливается по несколько штук на каждую нитку трубопровода. Оголовки зонтичного типа обеспечивают соблюдение основного требования по рыбозащите — минимизация количества рыбы, попадающей в тракт водовыпуска. Недостатком зонтичного оголовка является более жесткие требования к минимальному уровню воды в проектируемом водоеме, особенно в зимнее время (в связи с наличием ледяного поля определенной толщины).
Трубопровод является основным элементом водопропускного тракта донного водовыпуска (водоспуска), обеспечивающим непосредственный пропуск воды в нижний бьеф гидроузла. Трубопровод проектируется в виде одной или нескольких ниток труб. Число ниток рассчитывается в проектной документации в зависимости от расчетного расхода водовыпуска/водоспуска. Каждая нитка может быть выполнена из нескольких железобетонных звеньев с раструбами, или в виде стальной сварной трубы. В случае выбора стального варианта необходимо выполнение мероприятий по антикоррозионной защите трубы (покрытие несколькими слоями грунтовки и эмали). Из практики проектирования следует, что по условиям удобства проведения строительных работ диаметр труб обычно находится в пределах 200—1000 мм. Укладка стальных труб производится не на грунт, а на монолитный бетонный фундамент. Уклон ниток трубопровода назначается обычно в диапазоне 0,001—0,005. Важным элементом, обеспечивающим надежность грунтовой плотины, в теле которой проектируются нитки трубопровода, является устройство на нитках трубопровода противофильтрационных диафрагм. Данные диафрагмы представляют собой несколько вертикальных стальных стенок, размещаемых в виде фартуков вдоль ниток трубопровода с постоянным шагом. Противофильтрационные диафрагмы позволяют не допустить развитие контактной фильтрации воды по наружной поверхности труб. Тем самым предотвращается появление в теле грунтовой плотины опасных суффозионных процессов (размыва и выноса грунта плотины).
Камера затворов (камера задвижек) — составная часть донного водовыпуска или водоспуска, посредством которой производится непосредственное управление пропуском воды из водоема в нижний бьеф. В камере затворов размещается трубопроводная арматура: запорные и регулирующие задвижки, затворы и их гидро- или электроприводы. Как правило, камера затворов проектируется в концевой части трубопровода, в области основания низового откоса грунтовой плотины. В данном месте нитки трубопровода или выходят на свободную поверхность, или имеют минимальное заглубление в грунтовое основание. В конструктивном отношении камера затворов обычно проектируется в виде двух основных вариантов:
– для ниток трубопроводов с диаметром до 400 мм: сухой колодец из сборных железобетонных колец; внутренний диаметр колец колодца принимается таким, чтобы обеспечить размещение в колодце соответствующей арматуры, а также гарантировать доступ эксплуатационного и ремонтного персонала; в проекте обычно для каждой нитки трубопровода предусматривается отдельный колодец;
– для ниток трубопроводов с диаметром от 400 мм: прямоугольная камера из монолитного железобетона, с подземным или заглубленным исполнением; в проекте обычно стремятся выполнить одну камеру затворов на все нитки трубопровода.
Если трубопровод донного водовыпуска/водоспуска представлен только одной ниткой, а диаметр её не превышает 500 мм, то камера затворов может отсутствовать вовсе. В этом случае на трубопроводе монтируется задвижка или затвор в открытом исполнении — без колодца или специального технического помещения. Привод такой трубопроводной арматуры принимается всегда ручного типа.
Сопрягающее сооружение предназначено для приема водного потока из ниток трубопровода. В проектной документации сопрягающее сооружение, как правило, реализуется в виде гасительного ковша. Такой ковш представляет собой грунтовую выемку прямоугольного в плане очертания, располагающуюся непосредственно под выходными отверстиями ниток трубопровода. Периметр выемки гасительного ковша выполняется откосного профиля. Для дна выемки и откосов может предусматриваться покрытие защитными железобетонными плитами. К одной из сторон гасительного ковша примыкает начало отводящего канала или русла .
Основным гидравлическим расчетом донного водовыпуска или водоспуска, выполняемом в проектной документации на данное сооружение, является расчет его пропускной способности Q. Базовой формулой для данного расчета служит выражение
Q = μ ∙ ω ∙ ( 2 ∙ g ∙ h 2 ) 0,5 ∙ n,
где:
μ — коэффициент расхода;
ω — площадь поперечного сечения одной нитки трубопровода;
g — ускорение свободного падения (9,81 м/с 2 );
h — действующий напор;
n — число ниток трубопровода.
Источник
Труба с задвижкой для пруда
Сифонный водовыпуск
Предназначен для сброса воды на маленьком приусадебном прудике, когда в теле плотины нет другого водосбросного сооружения. Водоспуск работает по принципу действия обычного сифона (изогнутая труба, предназначенная для переливания жидкости из одного сосуда в другой, в которых уровень воды находится на рaзных отметках, называется сифоном; вода по трубе течет самотеком). Для пуска сифона труба заполняется водой.
Установка сифона не нарушает целостности плотины, его делают из металлических труб или резинового рукава, который укладывают поперек плотины на откосах и гребне. Входной конец снабжен клапaнным затвором, котoрый открывается и закрывается при помощи троса и ворота. Конец тpубы c затвором помещают в металлическую корзину для предотвращения попадания в сифон pыбы или водорослей. Выходной конец сифона также имеет затвор и располагается ниже входного конца трубы. В самой верхней точке сифона имеются два отверстия: одно для воздушного крана, другое для заливки сифона водой. Оба отверстия, когда ими не пользуются, закрывают пробками.
Установку приводят в действие следующим образом: закрывают входное и выходное отверстия; через отверстие для зaливки воды, расположенное в самой верхней точке сифона, заливают воду; после наполнения сифонной трубы водой отверстие для заливки трубы закрывают, затем сначала открывают входное отверстие, а потом выходное, после чего сифонная установка начинает работать.
Если пруд имеет небольшую площадь и объем воды, в качестве сифона можно использовать отрезок жесткого пожарного шланга. Для этого его закрывают пробкой c одной стороны и заливают водой. Затем второй пробкой закрывают конец шланга c другой стороны. Для тока воды шланг, полностью наполненный водой, необходимо положить поперек дамбы таким образом, чтобы один его конец был опущен в воду почти до дна прудика, a второй – был за пределами дамбы и оказался ниже. При одновременном (с помощником) открытии пробок вода начнет выливаться из шланга и «потянет» воду из прудика за дамбу.
При диаметре металлической трубы 10 см и напоре 1,5 м пропускная способность сифона составит 0,013 м 3 /с. Отсюда легко рассчитать за сколько времени произойдет опорожнение пруда. Примерный объем воды в пруду рассчитывается перемножением площади пруда на среднюю глубину.
Например, площадь составляет 100 м 2 , глубина 1,5 м. Тогда объем равен – 100 м 2 х 1,5м = 150 м 3 . Вода через сифон выйдет за:
150 м 3 : 0,013 = 1538 сек = 3,2 часа.
Слева: Устройство сифона.
Устройство сифона для сброса воды из пруда через дамбу:
Источник
Фермеру о выращивании карпа
Для чего нужен и как устроен донный водоспуск?
Для чего нужен и как устроен донный водоспуск?
Чаще всего донные водоспуски относят к сооружениям рыбосборно-осушительной системы прудов. Однако, они могут быть отнесены к водосбросным сооружениям, так как с их помощью можно сбрасывать излишек воды в прудах при паводке.
Водоспускные сооружения предназначены для полного спуска воды из пруда в период облова рыбы, регулирования
уровня воды в период выращивания рыбы и создания необходимой проточности пруда.
Рис. 6. Обычный донный водоспуск (монах): 1 — решетка; 2 — стояк; 3 — щитки (шандоры); 4 — плотина; 5 — лежак;
Водоспускные сооружения строят в теле плотины (или дамбы) или в берегах русловых прудов в наиболее глубокой части водоема. Простым и зарекомендовавшим себя может быть водоспуск типа «монах». Донные водоспуски (монахи) в фермерских хозяйствах, могут быть единственным и достаточным водо- и рыбопропускными сооружением. Устроен он следующим образом (рис. 6).
Донный водоспуск располагают в самой низкой точке пруда, чтобы вода самотеком сливалась из него. Основные части донного водоспуска — входная часть, вертикальная башня (стояк), водопроводящая и выходная части, служебный мостик. Входную и выходную части делают из бетона или железобетона, вертикальную башню и горизонтальную водопроводящую часть
— из асбоцементных, бетонных, железобетонных, металлических
или пластиковых труб. Последние применяются все чаще. Они легче стальных в девять раз, устойчивы к коррозии, характеризуются минимальными потерями напора воды из-за увеличения шероховатости, удобны при монтаже, не разрушаются, а только растягиваются при замерзании воды в них. Диаметр труб рассчитывают, исходя из площади пруда, его глубины и нормативного времени сброса воды из него. В вертикальной башне (стояке) имеются пазы из швеллеров для рыбозаградительных решеток и шандор.
Шандоры — деревянные щитки, которые вставляют в пазы вертикальной башни «монаха» для создания преграды для воды. Они представляют собой гладко оструганные доски или брусья высотой 15-20 см и толщиной 20-50 мм. Шандоры могут быть с ровной боковой поверхностью и с выступами. Во втором случае ряд из них представляет собой шпунтовую стенку. Обычно имеется два ряда шандор. Первый — со стороны воды в пруду и второй — ближе к дамбе. В первом ряду внизу ставят рыбозаградительную решетку. В этом случае вода через решетку проходит в пространство между рядами шандор и переливается через второй ряд. Убирая или добавляя сверхуодну или несколько шандор во втором ряду, мы можем понизить или повысить уровень воды в пруду. При этом два ряда шандор и решетка в первом ряду обеспечивают сброс нижних, наиболее загрязненных слоев воды, куда оседают экскременты рыб, погибшие водоросли и зоопланктон, остатки кормов. Решетка препятствует выходу рыбы из пруда. Такое устройство стояка наиболее рациональное и пригодно при организации водообмена в прудах. Для того чтобы вода не просачивалась между шандорами, между рядами насыпают немного опилок. Они плотно закупоривают имеющиеся щели.
Пропускная способность донного водоспуска рассчитывается по формуле: Q = S х (2gH)^/(151/2-0,021/d), где Q — пропускная способность, м3/с; S — площадь сечения трубы, м2; Н — действующий напор воды, м; 1 — длина трубы донного водоспуска, м; d — диаметр трубы донного водоспуска, м; g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2. Исходя из этой формулы, зная расход воды, который необходимо пропустить
через донный водоспуск, и длину трубы, можно рассчитать её диаметр.
Для небольших прудов, чтобы удешевить строительство, применяют донные водоспуски упрощенного типа, без стояка (рис. 7). Донный водоспуск упрощенного типа состоит из приямка, лежака с затвором и устройства для открывания и закрывания затвора. Оно может быть выполнено в виде лебедки с тросом или стержня с винтовой нарезкой, приваренного к металлической задвижке-затвору, двигающейся в пазах- швеллерах.
Рис. 7. Донный водоспуск упрощённого типа. 1 — оголовок; 2 — лежак; 3 — клапанный затвор; 4 — лебедка; 5 — рыбоуловитель;
Лежак укладывают в теле плотины на уровне дна. Такие упрощенные водоспуски часто применяют для прудов, построенных в балках и оврагах. На малых прудах площадью до
1 га и донный водоспуск, и паводковый водосброс можно сделать в виде труб, уложенных в плотине или дамбе. При этом трубу донного водоспуска располагают на уровне дна пруда, а паводкового водосброса — на отметке нормального подпорного уровня. Со стороны сухого откоса плотины обе трубы оборудуют решетками и задвижками, открывающимися с помощью винтового подъемника. Для того чтобы поток воды из верхней трубы не размывал откос дамбы, его укрепляют каменной наброской, бетонными плитами или прокладывают лоток до нижнего бьефа. Диаметр труб рассчитывают по приведенной выше формуле для донных водоспусков, зная расход воды.
Источник