Водобойные колодцы устраиваются тогда, когда возникает отогнанный или надвинутый гидравлический прыжок. Гидравлический расчет водобойного колодца заключается в определении его геометрических размеров – глубины d и длины L (рис.1.12).
Рис. 1.12. Схема водобойного колодца за уступом
При падении потока с уступа глубину колодца приходится определять подбором, так как при устройстве водобойного колодца высота падения увеличивается, что приводит к уменьшению глубины в сжатом сечении hc и увеличению сопряженной с ней глубины h2(c).
Расчет глубины водобойного колодца производится в следующей последовательности:
а) задаются глубиной колодца d. В первом приближении следует принимать
d = (1,15 – 1,20)h2(c) - hн,
где h2(c) – глубина, сопряженная с глубиной в сжатом сечении (рис.1.12); hн – глубина, которая устанавливается в начале второго участка I варианта водоотводного сооружения (см. рис. 1.1);
б) вычисляют величину
;
в) по графику E = f(hc) (см. рис.1.8) находят новое значение глубины в сжатом сечении hc';
г) по формуле (1.13) или по графику прыжковой функции (см. рис. 1.10) определяют глубину , сопряженную с глубиной hc;
д) принятую глубину водобойного колодца d сравнивают с необходимой глубиной d0, которая определяется из следующего выражения:
d0 = σ- hн, (1.17)
где σ – коэффициент, характеризующий степень затопления прыжка; σ =1,05–1,1.
Если d < d0 , то глубина колодца недостаточна; если d > d0, то глубина колодца избыточна.
Нужно изменить глубину колодца d, пересчитать глубины hc' и и добиться равенства d и d0 (разница не должна превышать 5 %).
Длина водобойного колодца L определяется по формуле:
L= lпад + lп.п = lпад + βlс.п, (1.18)
где lпад – дальность падения струи, м (рис.1.12); lп.п – длина подпертого прыжка, м; lс.п – длина совершенного прыжка, который возникает при отсутствии водобойного колодца, м; β – коэффициент, учитывающий уменьшение длины подпертого прыжка по сравнению с длиной совершенного прыжка; β = 0,7 – 0,8.
Дальность падения струи lпад подсчитывается по формуле
lпад = ; (1.19)
где V – скорость в верхнем бьефе, м/с; p1 – перепад, м; d - глубина колодца, м; h′ – глубина в верхнем бьефе, м; g – ускорение свободного падения, м2/с.
Длина совершенного прыжка определяется по формуле Н.Н. Павловского
lс.п=. (1.20)
Примечание. Если водобойный колодец устраивается за быстротоком с продольным уклоном более 0,025, то он проектируется по схеме, изображенной на рис.1.13.
Рис. 1.13. Схема водобойного колодца за быстротоком
В этом случае глубина колодца определяется без подбора по формуле
d = σh2(б) - h0, (1.21)
где h2(б) – глубина, сопряженная с глубиной hб, которая устанавливается в конце быстротока (рис. 1.13); h0 – нормальная глубина на участке за быстротоком.
Коэффициент σ = 1,05 – 1,10. Длина водобойного колодца:
L = lп.п = βlс.п. (1.22)
Длина совершенного прыжка lс.п определяется по формуле (1.20), в которой глубины hc' = hб и = h2(б). Коэффициент b = 0,7 – 0,8.
Расчет водобойного колодца для русла прямоугольной формы можно произвести с помощью программы LIW 20 (приложение 10). Коэффициент b = 0,7- 0,8.
Расчет водобойного колодца для русла прямоугольной формы можно произвести с помощью программы LIW 20 (приложение 10).