Действие плотины (узла) на верхний и нижний бьефы

Водоподпорное сооружение, возведенное в реке, создает подъем уровня воды в верхнем бьефе, что влечет за собой ряд последствий: уменьшение ско­ростей течения, отложение наносов, подъем уровня грунтовых вод по берегам и пр.. При регулировании плотиной (гидроузлом) речного стока изменяется гидрограф (ход расходов воды) в нижнем бьефе, а при задержании в ВБ нано­сов русло в НБ постепенно понижается, а с ним понижаются меженные уровни реки и уровни грунтовых вод.

2.6 Действие речного потока на водоподпорные сооружения,
имеющие водосбросные отверстия, и прилегающий участок русла

В верхнем бьефе у плотины поток имеет обычно скорости течения, меньшие, чем они были до создания подпора. Однако на подходе к водосброс­ным отверстиям местные скорости возрастают, и при известном их значении возможны размывы русла.

При наличии водосливного отверстия (рисунок 4а) увеличение скоростей от v₀ в русле до v₁ на водосливе приведет к тому, что наносы непосредственно у плотины отложатся более рыхло, вследствие водоворотных движений. При на­личии водоспуска (рисунок 46) увеличенная до v₁ скорость течения может вы­звать размыв дна, а иногда и берегов.

В пределах тела плотины (рисунок 4) скорости течения от v₁ возрастают до v₂ и v₃ (пропорционально корню квадратному из величины напора), достигая 10-25 м/с (в плотинах с напорами 5-50 м) и более. Движущаяся с такими скоро­стями вода производит динамическое воздействие на сооружение, ввиду воз­никающих пульсаций потока, его изгиба соответственно форме слива, местных сопротивлений, вакуумов и пр.

В нижнем бьефе за плотиной значительная кинетическая энергия потока, пропорциональная расходу воды и квадрату скорости v₃, неизбежно разрушает русло, вызывает глубокие размывы даже скального грунта дна реки, что будет угрожать целости плотины.

Рисунок 4 - Воздействие потока на подпорное сооружение и русло

Описанная обстановка требует при устройстве плотины принятия сле­дующих мер для обеспечения прочности и устойчивости сооружения.

- В верхнем бьефе - покрытие размываемых участков русла защитными одеждами;

- В нижнем бьефе - гашение избыточной кинетической энергии искусст­венными мерами и защита русла от разрушения специальными покрытиями.

Для этого непосредственно за водосливом укладывают массивную плиту, называемую водобоем(рисунок 5), предназначенным для восприятия ударов струй и гашения энергии переливающегося через водослив потока, а также для защиты русла реки от опасных размывов. Для интенсификации гашения избы­точной кинетической энергии потока в пределах водобоя часто располагают водобойный колодец, водобойную стенку, гасители энергии потока. Более эф­фективно и экономично устраивать водобойный колодец в комплексе с водо­бойной стенкой и гасителями. На водобое в основном теряется большая часть кинетической энергии (путем образования вальцов при сопряжении потока с водой НБ благодаря устройству выступов, порогов, стенок, о которые ударяет­ся, расщепляется поток, и пр.); за водобоем следует рисберма(голл. rijsberm, от rijs - прут, ветка и berm - вал, насыпь), водопроницаемая часть крепления русла в нижнем бьефе водосбросного гидротехнического сооружения, предна­значенная обычно для сопряжения водобоя с руслом и предохранения русла от размыва, а иногда и для гашения пульсаций, выравнивания и снижения скоро­стей водного потока и т.д., на рисберме скорости потока доводятся до величин, не опасных для грунта русла. Часть рисбермы, примыкающую к водобою, уст­раивают в виде мощного покрытия из отдельных бетонных плит и массивов, бетонных и железобетонных тюфяков (плит, соединённых гибкой арматурой), а концевую часть выполняют из более податливых элементов (каменной набро­ски и др.).

 

Рисунок 5 - Схема противофильтрационных устройств в плотине на нескальном основании

- Придание поверхностям сооружения, по которым движется поток, плав­ной формы, которая должна быть так подобрана, чтобы местные сопротивле­ния потоку, удары и прочие причины вибрации сооружения были доведены до минимума.