ПАВОДКОВЫЙ ВОДОСБРОС ДЛЯ ПЛОТИН Российский патент 1995 года по МПК E02B9/04 

Изобретение касается паводкового водосброса для плотин.

Современное состояние практики проектирования и строительства водосливных плотин приводит к определению размеров таких объектов для условий паводков (например, 0,1% обеспеченности), требующих больших значений высот, переливающегося слоя воды (порядка 1-5 м в зависимости от объектов).

При равном размере паводковых сбросных устройств плотина со свободным порогом водослива представляет по сравнению с сооружением, оборудованным затворами, большую безопасность относительно гидрологической опасности, которая остается одним из главных рисков для плотин.

Напротив, принятие полностью свободного порога водослива приводит к потере полезной части подпорного слоя, соответствующего максимальной высоте слоя переливающегося. Эта потеря может представлять, в частности, для сооружений малых и средних размеров значительную часть полезного объема подпорного горизонта (эта часть может достигать или превышать 50%).

Известны устройства для увеличения аккумулирующей способности водохранилища. Большей частью эти устройства главным образом образованы системами затворов, закрывающих порог водослива. Затворы независимо от типа, обычные или надувные, автоматические или ручные, обычно требуют довольно больших капиталовложений и периодического ремонта и маневрирования. Кроме того, они требуют постоянного контроля со стороны оператора или сервомеханизма, реагирующего на уровень воды в водохранилище, механизма который часто является дорогостоящим и сложным и не может быть полностью огражден от поломки. Наконец, при равной пропускной способности безопасность эксплуатации и надежность сооружения, оснащенного затворами, ниже, чем у сооружения со свободным порогом водослива (не оснащенного затворами).

Известны устройства, позволяющие временно увеличивать аккумулирующую способность водохранилища, такие как мешки с песком или перемычки. Эти устройства остаются устройствами ограниченного применения и, поскольку требуют предварительного вмешательства человека при каждом паводке, представляют большую опасность в работе.

Существует также на некоторых крупных земляных плотинах участок перемычки, срезанный на отметке, ниже отметки остальной части сооружения, и действующий по принципу размыва образующих ее материалов, размыва, порождаемого чрезвычайным подъемом уровня воды при катастрофическом паводке.

Цель изобретения почти постоянно увеличивать аккумулирующую способность плотины со свободным порогом водослива; поддерживать или увеличивать безопасность работы, свойственную сооружениям с порогами водослива, надежно обеспечивая прохождение катастрофических паводков, допуская при этом слив малых или средних паводков без вмешательства извне и без фундаментальных изменений сооружения.

На фиг.1 представлено сооружение и его паводковый водосброс со свободным порогом водослива; на фиг.2 вертикальный разрез в увеличенном масштабе гребня свободного порога водослива плотины для двух различных уровней воды; на фиг. 3 водослив с низкой стороны, оборудованный перегораживающим элементом, вид спереди; на фиг.4 водоснабжение, вид в плане; на фиг.5 виды в вертикальном разрезе, позволяющие объяснить работу перегораживающего элемента в период и после прохождения паводка; на фиг.6 график, показывающий различные силы, которые при работе могут быть приложены к перегораживающему элементу; на фиг. 7 график, представляющий изменения моментов движущих сил и сил сопротивления в зависимости от высоты воды над порогом водослива, а также изменения сбрасываемого расхода воды в зависимости от высоты переливающегося слоя воды; на фиг.8 поперечные разрезы, позволяющие сравнивать максимальные значения высоты переливающихся слоев воды для перегораживающих элементов, имеющих различные высоты (а и b), и в случае свободного порога водослива (с); на фиг. 9 вертикальный разрез, показывающий перегораживающий элемент с устройством для его опрокидывания; на фиг.10 различные предохранительные устройства, которые могут быть предусмотрены на верхнем конце устройства для включения опрокидывания; на фиг.11 в общем виде различные формы выполнения перегораживающего элемента; на фиг.12-14 в вертикальном разрезе различные варианты перегораживающего элемента, накладки; на фиг.15 в общем виде деталь перегораживающего элемента.

Сооружение 1 (фиг.1) может быть насыпной плотиной, бетонной или каменной. Следует отметить, что изобретение может применяться к любому известному типу плотины со свободным порогом водослива.

На фиг.1 приняты следующие обозначения: 2 гребень плотины, 3 ее низовой откос, 4 ее верховой откос, 5 паводковый водорсброс, 6 гребень водослива 5, 7 отводящий канал.

Водосброс 5 может быть размещен в центральной части плотины 1 и на конце ее или же вырыт на берегу без ущерба для возможного применения изобретения.

Для сооружения со свободным порогом водослива уровень RN нормального уровня воды при эксплуатации (фиг.2,а) является уровнем гребня 8 порога водослива 6. Этот уровень RN определяет максимальный объем водохранилища, который может быть сохранен емкостью, образованной плотиной. Вертикальное расстояние R, называемое запасом, между гребнем 8 водослива и гребнем 2 плотины равно сумме двух рядов слоев, а именно повышения h₁, уровня воды из-за паводка до максимального уровня RM или уровня высоких вод (РНЕ), обеспечивающее сброс максимального паводка (фиг.2,b), на который рассчитано сооружение, с другой стороны, избыточной высоты h₂, предназначенной для защиты гребня 2 плотины от колебаний поверхности воды на ее максимальном уровне RM (воздействие ветра, волн и т.д.).

На обычной плотине со свободным гребнем водослива, как плотина (фиг.1), объем водохранилища, расположенный между нормальным уровнем воды RN и максимальным уровнем RM, не накапливается и следовательно теряется при эксплуатации.

Одной из целей изобретения является обеспечение почти постоянного подъема нормального рабочего подпорного уровня водохранилища и следовательно увеличение его аккумулирующей способности, за исключением при прохождении катастрофических паводков.

С этой целью изобретение предусматривает размещать на гребне 6 водослива перегораживающий элемент 10, образованный по меньшей мере одним цельным блоком 11, например пятью блоками 11а-11е (фиг.3 и 4), причем элемент 10, не разрушаясь, способен выдерживать напор воды, соответствующий умеренному сбросу, обеспечивающему прохождение наиболее часто наблюдаемых паводков, сопротивляясь благодаря действию силы тяжести, и разрушаясь путем опрокидывания при заданном напоре воды, соответствующем уровню N, самое большее равному максимальному уровню RM и позволяющему таким образом прохождению самых сильных паводков.

Естественно, число блоков 11 не ограничено пятью элементами (фиг.3 и 4), а может быть больше или меньше в зависимости от длины водосброса 5, измеряемой вдоль плотины. Предпочтительно, число блоков 11 выбирается так, чтобы получить небольшие единичные массы, обеспечивающие удобное их размещение и замещение.

Каждый блок 11 укладывается на гребне водослива 6 и удерживается на нем под действием силы тяжести от любого скольжения к низовому откосу с помощью анкерной стенки 12, расположенной в основании блока 11. Анкерная стенка 12 может быть, например, встроена в гребень 6 (фиг.5,а), может быть как несплошной (фиг. 3 и 4), так и сплошной. Высота анкерной стенки 12 задается, но может изменяться в зависимости от прилагаемых усилий и уровня воды, начиная с которого хотят вызвать опрокидывание каждого блока 11.

Обычное герметичное уплотнение 13 (фиг.4), например из резины, предусматривается на каждом из двух концов элемента 10 между боковыми сторонами 14 водосброса 5. Когда блок 11 образован несколькими элементами, герметичные уплотнения 13 также предусматриваются между вертикальными боковыми стенками смежных блоков 11, попарно друг против друга (фиг.4). Предпочтительно, если герметичное уплотнение 15 предусматривается также между гребнем 6 водослива и основанием блоков 11 около верхового края 16 названного основания (фиг.4 и 5,а). Уплотнение 15 (фиг.5,с), опирающееся на блок 11, могло быть также установлено в пазу, устроенном на гребне водослива 6. Уплотнения 13 и 15 (фиг. 4) располагаются в одной и той же вертикальной плоскости. Вместо предусмотренного уплотнения 15 может быть устроена известным способом дренажная система в гребне 6 водослива в подстилающей к элементу 10 зоне для осушения этой зоны и предотвращения того, чтобы при нормальной работе противодавление не прикладывалось бы к блокам 11.

Элемент 10 (фиг.5,а) позволяет поднять нормальный уровень воды с уровня RN (нормальный уровень воды свободного гребня 6 водослива, т.е. без элемента 10) до уровня RN', соответствующего высоте элемента 10 над гребнем 6. Размер каждого блока 11 рассчитывается таким образом, чтобы он был устойчивым для напора воды ниже заданного уровня N, который самое большее равен максимальному уровню RM. Таким образом, предполагая, что указанный заданный уровень равен уровню RM, пока уровень воды считается ниже уровня RM для малых или средних паводков и заключен между уровнями RN' и RM, вода сбрасывается через элемент 10 (фиг.5,а) без его разрушения. В этом случае после сброса паводка уровень воды падает до уровня RN' или до уровня более низкого, если вода переливается в водохранилище.

Напротив, если уровень воды достигает заданный уровень N, равный или несколько ниже максимального уровня RM в случае сильного или катастрофического паводка, по меньшей мере один блок 11 элемента 10 выводится из равновесия под действием давления воды и опрокидывается вокруг анкерной стенки 12 (фиг. 5,с), а опрокидывающиеся блок или блоки 11 смываются водой паводка, по меньшей мере, до основания водосброа 5, позволяя таким образом сбрасывать наиболее сильные паводки. После сброса сильного паводка, вызвавшего опрокидывание элемента 10, гребень водослива 6 оказывается вновь в состоянии, показанном на фиг.5,d, причем уровень воды возвращается к нормальному уровню воды RN или к еще более низкому уровню. Возможно также предусмотреть несколько запасных блоков 11, постоянно имеющихся на месте плотины, для обеспечения его ремонта в случае необходимости и восстановления таким образом нормального уровня воды на уровень RN' (фиг.5,е). Следует отметить, что незамена одного или нескольких блоков 11 после катастрофического паводка, вызвавшего опрокидывание, по меньшей мере одного блока 11, не снижает надежности работы сооружения.

Опасность неудовлетворительной работы из-за плавающих предметов может быть легко устранена защитной верховой стороны по обычным способам, применяемым в каждом отдельном случае. Защита может быть, например, образована плавающими линиями на водохранилище на некотором расстоянии вверх по течению от сброса или стопорными устройствами, закрепленными на верховой грани плотины.

Ниже приведен цифровой пример расчета размера разрушаемой накладки в соответствии с изобретением.

Обычно плотины и пороги водослива рассчитываются по размеру для того, чтобы уровень озера (уровень воды в водохранилище) достигал максимального уровня RM для рассматриваемого катастрофического паводка (проектный паводок). Этот паводок может быть, например, паводком, происходящим один год из тысячи (паводок 0,1% обеспеченности).

Предположим, что расход этого проектного паводка 200 м³/с и что свободный гребень 6 водослива имеет длину 40 м. В этих условиях высота гребня 6 это слой воды, необходимый для сброса расхода проектного паводка, соответствующий 5 м³/с на погонный метр порога. Высота Н может быть рассчитана по следующей формуле:
Q 1,8 H^3/2, (1) из которой можно видеть, что Н почти равна 2 м по допущенной выше гипотезе. В этой гипотезе всегда при отсутствии затворов или перегораживающих элементов уровень гребня 6 водосброса 5 срезается по отметке 2 м ниже максимального уровня RM для обеспечения сброса паводка 0,1% обеспеченности, и следовательно теряются полезный объем воды, соответствующий слою 2 м.

Для определения высоты блоков 11 изобретение основывается на констатации того факта, что максимальный расход, достигаемый в среднем за 20 лет, более низкий, чем проектный паводок, и может быть около 50 м³/с (для данного примера). По формуле (1) этот расход соответствует при этом слое воды высоте около 0,8 м. Если допустить, что блоки 11 могут быть разрушены в среднем каждые 20 лет, можно тогда придать им высоту 2 м 0,8 м 1,2 м, обеспечивающую таким образом прохождение над блоками 11 слоя высотой 0,8 м, соответствующей расходу 50 м³/с. В этом случае нормальный уровень воды RN' повышается на 1,20 м над нормальным уровнем воды RN свободного гребня 6 водослива, т.е. без блоков 11. Если выбирают блоки 11, имеющие высоту более 1,2 м, высота допустимого слоя воды будет ниже 0,8 м и нужно будет допустить разрушение перегораживающих элементов, например, каждые 10 лет. Нормальный уровень воды в этом случае будет еще увеличен. Напротив, если выбирают блоки 11, имеющие высоту меньше 1,2 м, можно будет допустить слой воды высотой большей 0,8 м, причем блоки 11 разрушаются лишь каждые 50 или 100 лет, а нормальный уровень воды при этом будет ниже, чем в предыдущих случаях. Выбор высоты блоков 11 является главным образом экономическим выбором. Желательно установить временной интервал между двумя последовательными полными разрушающимися элементами 10 в 20 лет, что привело бы к теоретической высоте блоков 11 равной 1,2 м для данного примера.

Важно, чтобы разpушение всех блоков 11 не происходило бы точно при одном и том же уровне воды. Можно предусмотреть, например, чтобы один блок, такой как блок 11с (фиг.3 и 4) разрушался бы, когда вода достигает первого уровня N1, расположенного приблизительно на 10 см ниже максимального уровня RM, чтобы, по меньшей мере, другие блоки 11, такие как 11b и 11d, разрушались бы, когда вода достигнет второго уровня N2, расположенного приблизительно на 5 см ниже максимального уровня RM, и другие блоки 11, такие как 11а и 11е, разрушались бы когда вода достигнет максимального уровня RM.

Таким образом, разрушение первого блока 11 с средним паводком может оказаться достаточным для сброса паводка без дополнительного подъема уровня воды, что предотвращает разрушение других блоков 11а, 11b, 11d и 11е. Однако, запас в 10 см, который таким образом забирается, добавляется к высоте максимально допустимого переливающегося слоя воды, так что высота элементов 10 и следовательно выигранный слой воды (RN' RN) становится равным 1,1 м (2 м 0,8 м 0,1 м) в рассматриваемом здесь примере.

Опрокидывание блока или блоков 11, а следовательно их разрушение, зависит от равновесия между, с одной стороны, движущим моментом, т.е. моментом сил, которые стремятся опрокинуть рассматриваемый блок, а с другой стороны, моментом сопротивления, т. е. моментом сил, стремящихся стабилизировать указанный блок. Если не предусмотреть включающего устройства, непосредственно связанного с уровнем воды, для включения опрокидывания блока 11 с точностью при заданном уровне воды, высота воды, соответствующая указанному равновесию, может быть установлена с погрешностью, которая может достигать 0,2 м. В этих условиях необходимо для надежности сократить высоту блока или блоков 11 на величину, соответствующую этой погрешности, например 0,2 м. Можно избежать необходимость сокращения высоты блоков 11, предусматривая включающее устройство.

Для расхода 50 м³/с, рассматриваемого в примерe, возможно сократить высоту максимально допустимого переливающегося слоя воды перед опрокидыванием блоков 11, по меньше мере, на 0,8 м, делая так, чтобы линия гребня блоков 11, рассматриваемых отдельно или вместе, располагались бы уже не параллельно гребню 6 порога водослива, а по непрямой линии, например ломаной или кривой линии, для увеличения длины водосборного фронта указанного расхода. Если эту длину удваивают, то расход 50 м³/с при этом распределяется на 80 м вместо 40 м, а высота соответствующего максимально допустимого слоя воды доводится с 0,8 м до 0,5 м. Это позволяет при прочных равных условиях поднять на 0,3 м высоту блоков 11 и увеличить в связи с этим объем воды, накопленной в водохранилище. Различные формы блоков 11, позволяющие увеличивать длину водосборного фронта, будут описаны ниже (фиг.11,е-g).

На фиг.6 показаны различные силы, которые в процессе работы могут прикладываться к одному элементу 11.

Предположим, что блок 11 имеет форму параллелепипеда, а также ширину L и высоту Н₁. На фиг.6 обозначено: RM максимальный уровень, В высота анкерной стенки 12 над гребнем 6, Н₂ высота максимально допустимого переливающегося слоя воды над блоком 11, Z уровень воды. Движущие силы, стремящиеся опрокинуть блок 11 это давление Р воды на верховой стороне блока 11 и противодавление, которое возможно действует на опорную поверхность названного блока и которое вызвано существованием возможных утечек в герметичных уплотнениях или присутствием включающего устройства. Силы сопротивления, стремящиеся стабилизировать блок 11 сумма W собственного веса блока 11 и веса водяного столба, возможно присутствующего над данным блоком 11.

Для расчета значений P,V и W, а также значений соответствующих движущего момента и момента сопротивления по отношению к анкерной стенке 12, следует рассмотреть несколько случаев в зависимости от высоты воды над гребнем 6. Значения Р, V и W соответствующих движущего момента и момента сопротивления приводятся ниже для различных случаев, указанные величины приведены на единицу длины блока 11. а) если 0 < Z < 3B, то Р 1/2˙γ_w˙Z², (2) U 1/2˙γ_w˙Z ˙ L, (3) W γ_b˙H₁ ˙ L, (4) M_m 0 (5) M_mV 1/3˙γ_w˙Z ˙ L², (6) M_r 1/2˙γ_b˙H₁ L² + + 1/2˙γ_w˙Z² (B Z/3), (7) б) если 3В < Z < H₁, то P 1/2˙γ_w˙Z², (8) U 1/2˙γ_w˙Z ˙ L, (9) W γ_b˙H₁ ˙ L, (10) M_m 1/2˙γ_w˙Z² ˙ (Z/3 B) (11) M_mU M_m + 1/3˙γ_w˙Z˙L², (12) M_r 1/2γ_b˙H₁ ˙ L², (13) в) если H₁ < Z, то P 1/2˙γ_w˙H²₁ + γ_w˙H₁ ˙ (Z H₁), (14) U 1/2˙γ_w˙Z ˙ L, (15) W γ_b˙H₁ ˙ L + γ_w˙(Z H₁) ˙ L, (16) M_m 1/2˙γ_w˙H²₁ ˙(H₁/3 B) + + γ_w˙H₁ ˙ (Z H₁) ˙ (H₁/2 B), (17) M_mU M_m + 1/3γ_w˙Z ˙L², (18) M_r 1/2γ_b˙H₁ ˙ L² + + 1/2˙γ_w˙ (Z H₁) ˙ L² (19)
В вышеуказанных формулах P, U, W, L, H₁, B и Z имеют значения, указанные выше.

M_m движущий момент при отсутствии противодавления;
M_mU движущий момент при наличии противодавления;
γ_w объемный вес воды;
γ_b средний объемный вес элемента накладки.

На графике (фиг. 7) линии А, С и D представляют собой соответственно изменения M_r, M_m и M_mU в зависимости от высоты воды Z над гребнем 6, а линия Е представляет собой изменение расхода сбрасываемой воды Q в зависимости от высоты Н переливающегося слоя воды Q 1,8 H^3/2, Н (Z H₁) до блока 11 и H Z после его опрокидывания. Линии А, С, D и Е были получены, исходя из указанных выше формул и для значений Н₁ 1,2 м, L 1,1 м, В 0,15 м, γ_w 1 и γ_b 2,4.

Рассматривая линии А и С, видно, что движущий момент M_m (без противодавления U) достигает того же значения, что и момент сопротивления M_r для значения Z, равного приблизительно 2,4 м. Другими словами, при отсутствии противодавления U опрокидывание блока 11 будет происходить, когда уровень воды достигнет высоты 2,4 м над гребнем 6. Рассматривая линии А и D видно, что при наличии противодавления U, движущий момент M_mU достигает того же значения, что и момент сопротивления M_r при значении Z около 2 м, т.е. при максимальном уровне RM. Другими словами, при наличии противодавления U опрокидывание блока 11 будет иметь место, когда уровень воды достигнет максимального уровня RM. Из формул (17) и (19) видно, что при отсутствии противодавления U и без изменения значения высоты Н₁ блока 11, произошло бы его опрокидывание при Z 2 м и максимальном уровне RM, и следовало бы снизить значение γ_b и/или значение L и/или значение В по сравнению с указанными выше значениями.

Исходя из сказанного, видно, что соответствующим расчетом размера и веса блока 11 и расчетом анкерной стенки 12, можно сделать так, чтобы блок 11 опрокидывался бы при заданном уровне воды. Кроме того, если бы блок 11 был рассчитан для опрокидывания при заданном уровне воды и при отсутствии противодавления в его основании, его герметичность не является идеальной, а следовательно на основание блока 11 будут действовать противодавление, что вызовет его опрокидывание при уровне воды, ниже указанного заданного уровня воды. Следовательно, дефект герметичности не является катастрофическим, а скорее составляет запас прочности в том смысле, что он помогает опрокидыванию блока 11.

Это может быть использовано для вызывания опрокидывания блока 11 еще более надежным способом и с большей точностью, что касается уровня воды, при котором происходит опрокидывание. Действительно, может быть целесообразным, принимать меры для того, чтобы противодавление, прикладываемое к блоку 11, оставалось нулевым или очень низким, пока уровень воды остается ниже заданного уровня, и чтобы противодавление значительно большего значения прикладывалось бы внезапно к блоку 11 в тот момент, когда уровень воды достигает указанного заданного уровня. Причем определение размера блока 11 таково, что в это мгновение движущий момент переходит внезапно от значения M_m, немного меньшего, чем значение момента сопротивления M_r, к значению M_mU значительно большему, чем значение указанного момента сопротивления M_r. С этой целью можно использовать, например, включающее устройство (фиг.9), которое состоит главным образом из воздушного канала, который при нормальной работе связывает зону, лежащую под блоком 11 с атмосферой, причем верхний конец 21а воздушного канала 21 располагается на уровне N, равном уровню, при котором происходит опрокидывание блока 11. Канал 21 может быть прямым и проходить через блок 11 (сплошная линия на фиг.9), или может быть изогнутым (штрих-пунктирная линия под номером 21' на фиг.9) таким образом, чтобы его верхний конец был бы смещен к верховой стороне по отношению к блоку 11, или же воздушный канал может быть частично встроен в гребень 6 (штрих-пунктирная линия под номером 21" на фиг.9). В этом случае, когда блоков 11 несколько, они должны опрокидываться при различных уровнях воды, таких как уровни N₁, N₂ и RM (фиг. 3), по меньшей мере, один воздушный канал 21 связан с каждым блоком 11 и каждый канал 21 простирается кверху до уровня N, равного уровню N₁ или N₂, или RM, при котором соответствующий блок должен опрокинуться. В этом случае зоны гребня 6, лежащие под блоками 11, которые должны опрокинуться при различных уровнях воды, должны быть изолированы друг от друга с помощью герметичных уплотнений, размещенных соответствующим образом.

Верхний конец каждого воздушного канала 21 может быть оборудован предохранительным устройством от плавающих предметов или предохранительным устройством от волн с тем, чтобы одна или несколько последовательных волн не вызывали бы несвоевременное опрокидывание блока 11 (фиг.10,а-с). Предохранительное устройство (фиг.10,а) образовано главным образом воронкой 22, верхний край 23 которой находится на высоком уровне, которое содержит, по меньшей мере, одно маленькое отверстие 24 на низком уровне. Предохранительное устройство (фиг. 10, b) образовано самим каналом 21, верхний конец которого загнут в виде сифона 25. Предохранительное устройство (фиг,10,с) образовано колоколом 26, который накрывает верхний конец 21а воздушного канала 21, вершина которого 27 находится на уровне, несколько большем, чем уровень N.

Может оказаться удачным для повышения надежности существующего сооружения, гребень 6 водослива которого был вначале срезан в зависимости от начально выбранного проектного паводка по уровню, определяющему нормальный уровень воды RN (фиг. 8,с), опустить гребень 6 на несколько дециметров ниже его теперешней отметки, соответствующей RN, и уложить на срезанный гребень 6 элемент 10 по изобретению, состоящий по меньшей мере, из одного блока 11, рассчитанного по размеру и весу по описанному выше способу для опрокидывания вокруг анкерной стенки 12, когда уровень воды достигает заданного уровня, не более максимального уровня RM, соответствующего проектному паводку. В этих условиях вероятность элемента 10 не изменяется, но в случае катастрофического паводка живое сечение потока, имеющееся после полного разрушения блока 11 значительно увеличивается при одном и том же уровне воды в водохранилище, что позволяет пропустить без риска паводок, имеющий расход намного выше расхода паводка, для которого сооружение было вначале рассчитано. В том случае, когда высота, выбранная для блоков 11, равна высоте понижения уровня гребня 6 (фиг.8,а), легко достигают повышения надежности сооружения без изменения нормального уровня воды RN по сравнению с сооружением, существующим до понижения уровня гребня 6 (фиг.8,с). Однако, возможно одновременно повысить надежность сооружения и вновь повысить нормальный уровень воды до уровня RN', придавая блокам 11 такую высоту, чтобы их вершина находилась на более высоком уровне, чем уровень RN, но ниже максимального уровня RM (фиг. 8, b).

В предшествующем описании было сделано предложение, что элемент 10 образован блоком 11, имеющим в целом форму параллелепипеда. Блок 11 может быть цельным блоком из армированного или неармированного бетона с плоской или выпуклой верхней поверхностью (фиг.11, b). По другому способу осуществления каждый блок 11 может быть образован полым блоком (фиг.11, с), включающим одну или несколько ячеек, заполненных балластом 32, например песок, гравий или другие насыпные материалы. Может быть предусмотрена крышка (не показано) для закрытия ячейки или ячеек 31 после их заполнения балластом. Особенно подходит форма осуществления (фиг.11), когда элемент 10 должен состоять из нескольких элементов, имеющих одинаковую высоту и которые должны опрокидываться при различных уровнях воды. В этом случае достаточно действительно отрегулировать вес каждого из элементов блоков 11 с помощью соответствующего количества балласта для достижения опрокидывания соответствующего блока при желаемом заданном уровне воды.

По другому способу осуществления изобретения каждый элемент блока 11 может быть образован с помощью сборки плит из бетона, стали или другого подходящего прочного тяжелого материала. Сборка плит (фиг.11, d) может включать прямоугольную опорную плиту 33, горизонтальную или почти горизонтальную, и прямоугольную плиту 34, вертикальную или почти вертикальную, исходящую из низового края опорной плиты 33. В этом случае вес столба воды, расположенного над опорной плитой 33, способствует в качестве усилия сопротивления, стабилизации блоков 11, пока уровень воды не достиг заданного уровня, при котором происходит его опрокидывание.

Сборка плит (фиг.11, е-d) может включать несколько почти прямоугольных плит 34, вертикальных или почти вертикальных, прилегаемых их нижним краем к опорной плите 33 и прилегающих попарно своими вертикальными краями, образуя тип защитной ширмы от ветра. Все плиты 34 имеют одинаковую высоту, но могут иметь одинаковую ширину (фиг.11,е) или различную ширину (фиг.11,f и g). В этом случае каждый блок 11 имеет непрямую линию гребня, например, пилообразную (фиг.11,е) или пилообразную усеченную линию (фиг.11,f) или же зубчатую линию (фиг. 11, g). На фиг.11,d блок 11 изображен с низовой стороны, на фиг. 11, е-g блок 11 изображен с верховой стороны. Формы осуществления (фиг. 11,е-g) позволяют увеличить длину водосборного фронта, что для одного и того же уровня воды позволяет сократить высоту переливающегося слоя воды, необходимую для сброса расходов наиболее слабых, следовательно наиболее часто наблюдаемых паводков, не вызывая разрушение блоков и не снижая надежности, как было объяснено выше. Кроме того, это позволяет соответствующим образом увеличить высоту перегораживающих элементов 10 и следовательно в той же мере нормальный уровень воды. Например, зубчатое размещение (фиг.11,g), устраивающее длину водосборного фронта, позволяет сократить на половину высоты переливающегося слоя воды малых расходов, что обеспечивает соответствующее увеличение аккумулирующей способности водохранилища без снижения возможности сброса расходов катастрофических паводков.

Вместо использования плоских плит 34 можно было бы также использовать изогнутые или рифленые плиты для увеличения длины водосборного фронта.

На фиг. 12 изображен в вертикальном разрезе блок 11, подобный блокам на фиг. 11, d-g, оборудованный кроме того воздушным каналом 21, имеющим ту же функцию, что и на фиг.9. На фиг. 12 горизонтальная плита 33 закреплена на вертикальной плите 34 так, чтобы находиться на расстоянии над гребнем 6, и заключает с верховой стороны реборду 33а, направленную вниз. Герметичное уплотнение 15 располагается между ребордой 33а и гребнем 6. Под плитой 33 таким образом образуется камера 35, в которую выходит канал 21 в его нижней части. В основании плиты 34 предусматривается отверстие 36, причем отверстие 46 имеет меньшее сечение, чем сечение канала 21.

Когда при нормальной работе уровень воды близок к уровню N, но ниже его, возможные волны на поверхности могут вызвать поступления воды в канал 21. Этими поступлениями воды будут частично заполнена камера 35, которая в то же время опорожняется через отверстие 36. Таким образом избегают того, чтобы противодавление прикладывалось бы к плите 33 из-за волн, пока уровень воды не достиг уровня N, при котором хотят, чтобы произошло опрокидывание блока 11. Камера 35 и отверстие 36 позволяют следовательно повысить точность уровня, при котором происходит опрокидывание. Возможно предусмотреть под блоком 11 (фиг.9) камеру, подобную камере 35, а также дренажное отверстие этой камеры, подобное отверстию 36.

На фиг. 13 показан в вертикальном разрезе блок 11, состоящий из нескольких модулей 11g-j, укладываемых друг на друга. Предпочтительно, модули имеют такие формы, что они вставляются друг в друга, чтобы не скользить друг относительно друга при работе под давлением воды. Модули могут иметь все одинаковый размер или различные вертикальные размеры; например, верхний модуль 11j имеет меньший размер по вертикали, чем размеры других модулей. При такой конструкции блоки 11 облегчаются не только операцией их размещения, но и также возможностью придания блоку различных высот в зависимости от времени года, без особого надзора для этого со стороны людей.

На фиг. 14 изображен модульный блок как на фиг.13, но образованный сборкой плит 33, 34 и 37. Плиты 33 и 34 жестко скрепляются между собой, в то время как плита 37 может монтироваться съемной на плите 34 для увеличения последней. Плиты 34 и 37 могут поддерживаться вместе с помощью, по меньшей мере, двух пар пластинок 38, одна пара которых видна на фиг.14 и 15, и которые могут жестко прикрепляться к одной из двух плит 34 и 37. Вместо пластинок 38 можно также использовать стержни, располагающиеся по всей длине плит 34 и 37. Герметичное уплотнение 39 предусматривается между плитами 34 и 37. Вместо того, чтобы иметь две вертикальные плиты 34 и 37, можно предусмотреть их большее число.

Высота блоков 11 зависит от экономически выгодного выбора требуемой постепенности в опрокидывании блоков 11 точности уровня воды, при котором происходит опрокидывание (точности, которая может быть повышена предусмотрением включающегося устройства, подводящего воду в основании блоков, как описано выше) и формы линии гребня блоков, которая может быть прямой, ломаной, кривой или волнистой. В описанном выше цифровом примере выхода блоков 11 может составлять 0,9-1,5 м, позволяя, в зависимости от принятых решений, выиграть 45-75% слоя воды, который был бы потерян без использования перегораживающего элемента 10.

Таким образом, элемент 10 позволяет значительно и почти постоянно увеличивать аккумулирующую способность плотины или другого сооружения со свободным гребнем водослива, сохраняя или повышая при этом надежность работы, свойственную сооружениям со свободным гребнем водослива, обеспечивая надежный сброс катастрофических паводков путем автоматического открытия (опрокидывание, по меньшей мере, одного блока 11) без всякого надзора и вмешательства оператора или контрольного устройства. Блок может быть изготовлен и установлен на пороге паводкового водосбора плотины или другого сооружения по более низкой стоимости, чем известные ранее затворы, и без капитальных изменений порога водосброcа.

Предлагаемые формы осуществления изобретения были приведены в качестве неограничивающего сведения, и специалистом могут быть внесены многочисленные изменения в рамках изобретения. В частности, уплотнение 15, расположенное в основании элемента накладки, может располагаться не вблизи верхового края названного основания, а в любом другом желаемом месте под основанием.

Сущность изобретения: с целью почти постоянного подъема нормального рабочего уровня водохранилища и следовательно увеличения его аккумулирующей способности, за исключением случаев прохождения катастрофических паводков, предусматривается размещение на гребне водосброса 5 элемента 10, образованного по меньшей мере, одним цельным блоком 11, причем блоки 11 могут выдерживать, не разрушаясь, давление воды, соответствующее умеренному водосбросу, сопротивляясь посредством действия силы тяжести, и распадаясь путем опрокидывания при заданном давлении воды, соответствующем уровню (N1 N2), самое большое равном максимальному уровню (RM), и обеспечивают при этом прохождение наиболее сильных паводков. 11 з. п. ф-лы, 15 ил.

1. ПАВОДКОВЫЙ ВОДОСБРОС ДЛЯ ПЛОТИН, включающий водослив, на гребне которого установлен перегораживающий элемент, причем гребень водослива расположен ниже катастрофического подпорного уровня, отличающийся тем, что перегораживающий элемент выполнен по меньшей мере в виде одного жесткого и цельного блока, удерживающегося на гребне водослива под действием силы тяжести и имеющего высоту, меньшую, чем разница между уровнем гребня водослива и катастрофическим подпорным уровнем, при этом на гребне водослива в основании блока установлена анкерная стенка, а размеры и вес блока подобраны по следующим соотношниям:


или


при этом



где γ_в,H₁ и h соответственно средний объемный вес, высота и длина блока,
γ_w объемный вес воды;
RN нормальный подпорный уровень;
N максимальный уровень;
B(при B ≥ 0) высота анкерной стенки, установленной перед блоком;
M_R момент сил тяжести, приложенных к блоку;
M_m и M_m U момент сил давления, приложенных к блоку соответственно при отсутствии противодавления U и при наличии противодавления U. 2. Водосброс по п. 1, отличающийся тем, что между гребнем водослива и основанием блока установлено герметичное уплотнение. 3. Водосброс по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок выполнен монолитным в форме параллелепипеда. 4. Водосброс по пп.1 и 2, отличающийся тем, что блок выполнен полым в форме параллелепипеда и заполнен балластом. 5. Водосброс по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок выполнен сборным из плит и включает одну опорную горизонтальную плиту и утановленную на ней одну вертикальную прямоугольную плиту. 6. Водосброс по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок выполнен в виде нескольких вертикальных плит, установленных на опорных горизонтальных плитах и прилегающих попарно вертикальными краями одна к другой с образованием защитной ширмы от ветра. 7. Водосброс по пп. 1 6, отличающийся тем, что блок имеет непрямую линию гребня. 8. Водосброс по пп. 1 7, отличающийся тем, что в блоке выполнен по меньшей мере один воздушный канал, верхний конец которого сообщен с атмосферой и расположен на максимальном уровне, а нижний между основанием блока и гребнем водослива. 9. Водосброс по пп. 1 8, отличающийся тем, что при выполнении перегораживающего элемента в виде нескольких блоков, установленных вдоль гребня водослива вплотную друг к другу, между их вертикальными стенками размещены герметичные уплотнения. 10. Водосброс по пп. 1 9, отличающийся тем, что между основанием блока и гребнем водослива образована камера, имеющая в нижней части дренажное отверстие. 11. Водосброс по п.10, отличающийся тем, что нижняя часть воздушного канала, проходящего через тело блока, сообщена с камерой, образованной между основанием блока и гребнем водослива. 12. Водосброс по пп.1,2,8,10 и 11, отличающийся тем, что блок выполнен в виде нескольких балок, уложенных одна на другую.