ВОДОСБРОС ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ

ВОДОСБРОС ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ


RU (11) 2256742 (13) C1

(51) 7 E02B8/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 29.04.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2003130008/03 
(22) Дата подачи заявки: 2003.10.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.10.09 
(45) Опубликовано: 2005.07.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1724798 А1, 07.04.1992. SU 285619 А, 08.02.1971. SU 1110865 А, 30.08.1984. SU 949058 А, 07.08.1982. 
(72) Автор(ы): Мауль В.К. (RU); Комаров М.А. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Акционерная компания "АЛРОСА" (ЗАО) (RU) 
Адрес для переписки: 678170, Республика Саха (Якутия), г. Мирный, ул. Ленина, 39, институт Якутнипроалмаз АК "АЛРОСА" (ЗАО) 

(54) ВОДОСБРОС ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к открытым береговым приплотинным водосбросам автоматического действия, предназначенным для сброса паводковых вод. Водосброс включает головной водосливной участок, отводящий канал и концевой участок сопряжения бьефов, который снабжен расположенными на боковых стенках по нормали к склону долины водотока выпусками. Последний по течению потока выпуск выполнен треугольным в поперечном сечении. Общий фронт выпусков определяется из условия распределения расчетного расхода потока на склоне с допустимой неразмывающей для растительного покрова склона долины скоростью. Водосброс позволяет обеспечить достаточно надежную защиту от паводковых вод с минимальным ущербом для гидротехнических сооружений и окружающей среды при снижении затрат на возведение гидротехнических сооружений, ограничивая их только затратами на земляные работы. 2 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Предлагаемое изобретение относится к гидротехнике, в частности к открытым береговым приплотинным водосбросам автоматического действия, и предназначено для сброса паводковых вод.

Известно водосбросное сооружение по а.с.СССР 866039 (МПК3 Е 02 В 9/04, опубл. БИ №35, 1981 г.), включающее траншею переменного сечения и отводящий водовод, причем в траншее установлен на поперечных балках лоток, который, как и верхняя часть траншеи, выполнен с постоянным прямоугольным сечением. Строительство такого сооружения связано с производством железобетонных работ, что не всегда приемлемо, особенно при удаленном районе строительства и при производстве работ в зимний период.

Известны береговые водосбросы (Справочник проектировщика гидротехнических сооружений. - М.: Стройиздат, 1983 г., с.364), включающие подводящий канал, головную часть в виде водослива, отводящий промежуточный канал, сбросную часть (быстроток) и концевой участок. Сопрягающие сооружения являются наиболее сложными и их строительство связано с применением определенных материалов, например камня определенной крупности и крепости, монолитного или сборного железобетона, что приводит к высокой стоимости строительства и требует квалифицированного исполнения. 

Наиболее близким техническим решением является водосброс (Замарин Е.А., Фантеев В.В. Гидротехнические сооружения. - М.: 1954, с. 240, рис.209) с головным водосливным участком, отводящим каналом и концевой участок, отводящий канал которого расположен вдоль берегового склона. Перелив через борт канала осуществляется как свободное истечение через водослив с широким порогом. Для сохранения в канале постоянных скоростей ширину его постепенно сужают в пределах развитого сливного фронта или уменьшают глубину потока в концевом участке канала изменением уклона его дна. При такой конструкции полное опорожнение канала невозможно, что приводит к протуханию застойной воды в канале после прохождения паводка. Кроме того, выдержать отметку порога на большом протяжении практически невозможно.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение надежной защиты гидротехнических сооружений и окружающей среды при упрощении и удешевлении производства работ по возведению гидротехнических сооружений, что особенно актуально при строительстве их в районах Крайнего Севера, где восстановление нарушенного почвенного слоя требует большего времени и средств, нежели, например, в средней полосе России.

Поставленная цель достигается тем, что в водосбросе гидротехнического сооружения, включающем головной водосливной участок, отводящий канал и концевой участок сопряжения бьефов, концевой участок снабжен расположенными на боковых стенках по нормали к склону долины водотока выпусками, последний по течению потока выпуск выполнен треугольным в поперечном сечении, а общий фронт выпусков определяется из условия распределения расчетного расхода потока на склоне с допустимой неразмывающей для растительного покрова склона долины скоростью. Выполнение концевого выпуска с расположенными на боковых стенках по нормали с склону долины выпусками, а также выполнение последнего по течению потока выпуска треугольным в поперечном сечении и определение общего фронта выпусков из условия распределения расчетного расхода потока на склоне с допустимой неразмывающей для растительного покрова склона долины скоростью являются отличием от прототипа и свидетельствуют о новизне заявляемого технического решения. 

Рассредоточенность сбросного потока по склону с возможностью обеспечения допустимых удельных расходов с неразмывающей скоростью обеспечивает сохранность почвенного покрова склона. Выполнение последнего по течению потока выпуска треугольным в поперечном сечении позволяет полностью опорожнить канал после прохождения паводка и автоматически регулировать уровень воды в канале при нарастании расхода.

Естественной поверхностью борта долины водотоков, как правило, является дерновой покров, для которого допустимая неразмывающая скорость равна 1,5 м/с (П.Г.Киселев и др. Справочник по гидравлическим расчетам. - М.: 1972, с.202, табл.10, 11). Зная уклон борта i, определяется допустимая глубина потока h из известной формулы

где

С - коэффициент Шези при шероховатости поверхности n=0,03,

- гидравлический радиус, м;

= Вh - площадь сечения потока, м2;

- смоченный периметр для широких водотоков с малой глубиной =В, т.е. R=h.

При расчетном расходе Qpacч, (м 3/c) необходимый фронт выпусков равен

м.

Выполнение водосброса гидротехнического сооружения подобной конструкции не выявлено из изученной научно-технической информации и патентной документации, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого технического решения.

На фиг.1 представлен план водосброса гидротехнического сооружения, где 1 - плотина, 2 - головной водосливной участок, 3 - отводящий канал, 4 - концевой участок с выпусками, 5 - последний выпуск (треугольного сечения), 6 - дно отводящего канала, 7 - береговой склон долины водотока (ручья) в нижнем бьефе; на фиг.2 - продольный разрез концевого участка.

Водосброс включает в себя головной водосливной участок 2, отводящий канал 3 и концевой участок сопряжения бьефов 4, снабженный расположенными на боковых стенках по нормали к склону долины 7 водотока выпусками (в том числе последним выпуском треугольного сечения 5). Фронт выпусков конструктивно разбивается на n участков равной длины. На каждом участке выпуск устраивается, например, в виде водослива с широким порогом, пропускной способностью Qpacч./n=q, м3/с каждого выпуска. Для расхода q определяется необходимый напор Н0 по известным формулам гидравлики. Зная нормальную глубину Н наполнения в отводящем канале 3 при Qpacч, определяют отметку порога первого по течению выпуска Н-Н0. Отметка порога последующего выпуска определяется с учетом уменьшения нормальной глубины в отводящем канале 3 уже для расхода Qpacч - q, и так для каждого участка. В конце отводящего канала 3 - последний (концевой) по течению потока выпуск 5 треугольного профиля со дна отводящего канала 3.

Водосброс работает следующим образом. С появлением стока в работу включается концевой выпуск треугольного профиля 5. С увеличением расхода растет и глубина наполнения в отводящем канале 3, и в работу поочередно включаются вышележащие выпуски 4. По достижении полного расчетного расхода работают все выпуски, что будет иметь место в пик паводка. На спаде паводка произойдет отключение выпусков 4 и 5 в обратном порядке.

Выполнение водосброса указанным выше способом позволяет обеспечить достаточно надежную защиту от паводковых вод с минимальным ущербом для гидротехнических сооружений и окружающей среды при снижении затрат на возведение гидротехнических сооружений, ограничивая их только затратами на земляные работы.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Водосброс гидротехнического сооружения, включающий головной водосливный участок, отводящий канал и концевой участок сопряжения бьефов, отличающийся тем, что концевой участок снабжен расположенными по нормали к склону долины водотока на боковых стенках выпусками, причем последний по течению потока выпуск выполнен треугольным в поперечном сечении, а общий фронт выпусков определяется из условия распределения расчетного расхода потока на склоне с допустимой неразмывающей для растительного покрова склона долины скоростью.