Перепады

Широко распространены два основных типа пере­падов: ступенчатые и консольные.

Ступенчатые перепады бывают открытыми, полунапорными и напорными. Открытые сту­пенчатые перепады на каналах имеют ряд особенностей. Попереч­ное сечение (рис. 27.18) открытого перепада на канале может быть прямоугольное, трапецеидальное, щелевое и гребенчатое.

 Рис. 27.18 Формы поперечных сечений открытых перепадов:
а - прямоугольная;   б - трапецеидальная;   в - щелевая;   г - гребенчатая; 1 - откосы подводящего канала; 2 - щели; 3 - гребни

Наиболее проста прямоугольная форма. Однако в случае отсутствия затворов на входе она имеет следующие недостатки: при превышении расчетных расходов воды в канале создается подпор, а при малых расходах, наоборот,  спад уровня воды и значительное увеличение скоростей на подходе к порогу. При трапецеидальной и особенно при щелевой и гребенчатой формах поперечного сечения явления подпора и спада на входе выражены слабо и в подводящем канале поддерживаются при всехрежимах глубины, практически близкие к глубинам равномерного движения воды в нем. Пропускная способность входного участка перепада рассчитывается как для неподтопленного водослива с широким порогом.

Днище многоступенчатого перепада обычно располагается ниже уровня грунтовых вод. Поэтому водобойные плиты и подпорные стенки часто испытывают значительные взвешивающие давления, для снижения которого применяется дренаж.

В целях экономии бетона ширину перепада обычно назначают уже, чем ширина верхнего и нижнего канала. Выход из перепада в нижний канал устраивают в виде водобойного колодца (рис. 27.19). Для создания более благоприятного

 Рис. 27.19 Выход    из    открытого    многоступенчатого    перепада в нижний канал

режима сопряжения с нижним каналом поток желательно выпустить на водобой не со­средоточенной струей, а струей, распределенной по всей ширине канала. Поэтому водобой часто имеет в плане расширяющуюся форму. Ту же цель преследует применение концевого зубчатого-порога различного рода расщепителей, гасителей и других уст­ройств. Окончательную форму выходного участка перепада устанавливают путем лабораторных исследований.

Полунапорные перепады в отличие от открытых имеют участок напорного движения потока, создаваемый с помощью особых по­перечных стенок (рис. 27.20). Прыжок на всех ступенях может быть и не затопленным, за исключением последней ступени (при выходе в нижний канал прыжок должен быть затоплен). Поэтому длина ступеней короче, чем в открытом перепаде и, следовательно, полунапорные перепады можно применять при больших уклонах местности. Глубина потока на водобое определяется так же, как при истечении из-под щита. Поперечную стенку - забрало рассчитывают на изгиб как балку с жестко заделанными концами. При ледоходе и шугоходе по каналу стенки из шандоров частично или полностью разбираются, что позволяет регулировать и режим гашения энергии. Во избежание разбрызгивания, которое может, на­пример, зимой вызвать   образование   наледей,    стенки – забрала устраивают  наклонными.   При большой ширине перепада этот тип    конструкции   сложнее   и дороже других, так как требует обеспечения большой жест­кости поперечной стенки.

Напорные (или закрытые) перепады устраивают при зна­чительных падениях и крутых склонах, не позволяющих развить ступенчатый открытый пе­репад. Перепад представляет собой шахту (рис. 27.21, а) или же трубу (рис. 27.21, б). Гаше­ние энергии происходит час­тично по пути, но, главным образом, на выходе в нижний бьеф, где устанавливают гаси­тели. Возможен перепад и со сбросом свободно падающей струи.

Консольные перепады ха­рактеризуются наличием в лот­ке консоли, с которой поток свободно падает струей в со­прягаемый участок канала. Под воздействием падающей струи в грунте образуется воронка такой глубины, что скорости потока уменьшаются до преде­лов, при которых дальнейший размыв -прекращается. Консольные перепады весьма экономичны, так как в них отсутствует стенка падения и водобойная плита в нижнем бьефе. Однако неопределен­ность величины размыва, который рассчитывается лишь приближенно, и неустановившийся режим воронки в период ее развития не всегда приемлемы для нормально эксплуатируемого канала. По­этому чаще консольный перепад устраивают на сбросах из каналов или в качестве берегового водосброса при плотинах из местных материалов.

 Рис. 27.20 Полунапорный перепад

 Рис. 27.21 Напорные перепады:
а- шахтный; б - трубчатый консольный

 На ирригационных каналах при малых расходах воды (1-5 м³/с) труб­чатые перепады (с наклонными трубами) экономично устраивать и при малых падениях.