ГИДРАВЛИКА СООРУЖЕНИЙ

— теория движения воды через сооружения, разработанная на основе общих выводов гидравлики. Задачи гидравлики сооружений заключаются гл. обр. в установлении технологич. размеров и форм водопроводящих трактов проектируемых гидротехнич. сооружений.

Для водоводов (трубопроводов, каналов, туннелей) основной гидравлической характеристикой является обычно потеря энергии (напора), зависящая от размеров и формы водовода и величины расхода воды. Знание гидравлических сопротивлений позволяет определить мощность насосных установок, потерю мощности в водоводах гидроэлектростанций и т. п.

Для водосбросных сооружений (водосливов, напорных водосбросов) основным является установление размеров или количества отверстий в сооружении, необходимых для сброса расчетного расхода воды. Для малых отверстий, когда высота отверстия невелика по сравнению с действующим напором, расход воды определяется по формуле

При несвободном сливе, когда уровень нижнего бьефа находится выше порога водослива и влияет на расход через водослив, в приведенную формулу вводится коэфф. подтопления оп меньше единицы. Коэфф. расхода водослива т зависит от высоты стенки и формы порога водослива, условий подхода воды к водосливу и т. п. По форме порога водосливы разделяются на водосливы с тонкой стенкой, «практического» профиля, с ш. и роким порогом и водосливы вакуумные. Водосливы с тонкой стенкой имеют коэфф. расхода т ок. 0,4—0,45, практических профилей — 0,35 —0,5, с широким порогом— 0,32—0,38, у вакуумных водосливов значение коэфф. расхода доходит почти до 0,6. Эти значения отвечают прямоугольной форме отверстия с горизонтальным порогом. Водосливыпра- ктических профилей имеют разнообразные очертания. Чаще их гребень и низовая «сливная» грань очерчиваются по кривой, близкой к профилю нижней поверхности струи,свободно сливающейся с водослива с тонкой стенкой. В этом случае водяная струя на пороге и на сливной грани прижимается к поверхности водослива, оказывая давление на нее, обычно превышающее атмосферное (безвакуумные водосливы). Но иногда порогу придают такой профиль (круговой или эллиптич.), при к-ром на пороге возникает вакуум и коэфф. расхода водослива повышается, однако вакуум допускается небольшой, исключающий появление кавитации.

Водосбросные сооружения, представляющие собой сравнительно длинные водоводы (туннельные водосбросы и т. п.), рассчитываются подобно трубам.

Для сооружений, сопрягающих бьефы (водосливные плотины, перепады, быстротоки и т. д.), т. е. сооружений, в пределах к-рых на сравнительно небольшой длине происходит значит, падение уровня воды, а вместе с тем и уменьшение энергии потока, основной является задача гашения энергии потока. Ввиду того, что в водном потоке при большом падении уровня развиваются большие скорости, глубина воды в пределах сопрягающих сооружений становится на нек-ром участке обычно меньше критической. Поскольку же вода от сооружения отводится, как правило, при глубинах больше критических, движение воды через сопрягающие сооружения сопровождается обычно образованием прыжка (см. Прыжок гидравлический). Сооружение, сопрягающее бьефы, может быть разделено на два участка; в пределах первого участка уровень воды падает и часть энергии потока переходит из потенциальной в кинетич.; на втором участке происходит гашение развившейся избыточной кинетич. энергии, сопровождающееся образованием гидравлич. прыжка.

Для водозаборных сооружений основным является обеспечение необходимой пропускной способности сооружения. Проектирование водозаборных сооружений часто осложняется дополнительными требованиями; например, чтобы отбор воды производился из поверхностных слоев речного потока, содержащих наименьшее количество наносов. Это требование может быть удовлетворено при расположении водозабора в излучине реки, у вогнутого берега. Здесь благодаря центробежным силам поток как бы расслаивается — донные струи направляются к выпуклому берегу, а поверхностные отклоняются в сторону вогнутого берега и попадают в водозабор. Подобный эффект достигается также с помощью струенаправляющих щитов (метод искусственной поперечной циркуляции) и др. способами. Размеры и форма струенаправляющих устройств подбираются обычно экспериментальным путем.

Для предотвращения попадания в водозаборы плавающих тел (деревьев, бревен и т. д.) у входных отверстий водозаборов ставятся обычно решетки, к-рые (особенно если они засорены) оказывают, значит, сопротивление движению воды. Определение гидравлич. сопротивлений решеток является одной из задач гидравлики сооружений.

 В состав гидравлики сооружений входит также решение задач движения воды с большими скоростями. Здесь изучаются явления аэрации (насыщение воздухом) потока, возникновение кавитации, динамические воздействия потока на сооружения, вызывающие вибрацию, и др. В связи с внедрением в гидротехнич. стр-во облегченных конструкций из сборного железобетона изучение динамич. воздействий на сооружения приобрело особенно большое значение.

Течение воды в сооружениях в подавляющем большинстве случаев является турбулентным (см. Гидравлика), при к-ром давление воды в потоке и на стенки сооружения все время пульсирует, и воздействие потока на сооружения носит динамич. характер.

Ввиду разнообразия и сложности реальных форм сооружений не все случаи движения воды через сооружения поддаются гидравлич. расчету. Поэтому наряду с методами Г. с. при проектировании гидротехнич. сооружений широко применяются экспериментальные исследования сооружений на моделях (см. Моделирование, Гидравлическая лаборатория, Гидравлический лоток).

Лит.; Киселев П. Г., Справочник по гидравлическим расчетам, 3 изд.,М.—Л., 1961 ;Ч е р- т о у с о в М. Д., Гидравлика. Спец. курс, 3 изд., М.—Л., 1957; Справочник по гидротехнике, М., 1955; Агроскин И. И., Дмитриев Г. Т. иПикаловФ.И., Гидравлика, 3 изд., М.—Л., 1954;Роэанов Н. П., Вопросы проектирования водопропускных сооружений, работающих в условиях вакуума и при больших скоростях потока, М.—Л., 1959.

  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРАВЛИКЕ

  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРАВЛИКЕ. Жидкости и их свойства

  Водоснабжение

  КАНАЛИЗАЦИЯ проектирование, устройство и эксплуатация систем ...