Донные водоспуски. 
Гидротехнические мелиорации

Водоспуски вообще и донные водоспуски в частности относятся к категории водопропускных сооружений, которые используют при создании плотинных водоемов (прудов и водохранилищ) для различных целей:

• • постоянных полезных попусков воды в нижний бьеф исходя из водохозяйственных и санитарных требований;
• • полного или частичного опорожнения водоема в заданный срок в целях очистки чаши и ремонта сооружений;
• • частичного промыва наносов, отложившихся перед плотиной, и др.

При этом порог входного отверстия водоспуска располагают на отметке, позволяющей сработать горизонт воды в водоеме до необходимого уровня. В ряде случаев рационально совместить функции водоспусков и водосбросов в одном сооружении.

Расчетный расход водоспуска определяют исходя из необходимого срока опорожнения водоема и расхода санитарного попуска. Скорость опорожнения водоема принимают с учетом допустимой интенсивности понижения уровня по условиям устойчивости от разрушения склонов водоема и мокрого (верхового) откоса земляной плотины. Опорожнение крупных водохранилищ часто происходит в течение 2…3 мес. Для средних и особенно малых водоемов этот срок уменьшается до нескольких недель и даже суток.

Если форма водопропускного отверстия представляет собой прямоугольник, то основными параметрами являются пролет (ширина) отверстия и высота. За пролет принимают размер в свету между ограничивающими отверстия боковыми гранями сооружения. За высоту для глубинных водоспусков принимают размер от порога до верхней кромки отверстия.

Пролет и высоту отверстия выбирают в соответствии с действующим СНиПом. Для гидроузлов малых и средних размеров можно использовать следующие рекомендации:

• • пролет, м: 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,50; 1,75; 2,0…
• • высота, м: 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,50; 1,75; 2,0…

При проектировании ландшафтных водоемов, часть из которых имеет более ограниченные размеры, часто применяют водоспуски в виде круглых металлических, бетонных или пластмассовых труб диаметром 200 мм и более в зависимости от величины расчетного расхода. Такие водоспуски трубчатого типа оснащают задвижками или затворами, расположенными в различных частях водоспуска. При верхнем расположении (со стороны верхнего бьефа) запорные устройства оборудуются штангами или винтовыми подъемниками, позволяющими устраивать входное отверстие на достаточной глубине от поверхности воды. Такие сооружения сохранились на водоемах постройки до 1930— 1940;х гг. (например, в Измайловском парке). Во второй половине XX в. предпочтения стали отдавать запорным сооружениям, расположенным в теле плотины в шахтном колодце.

Так как донные водоспуски находятся и работают под напором воды, сам трубопровод необходимо оборудовать противофильтрационными диафрагмами. Колодец в этом случае играет роль смотрового сооружения, фиксирующего размер фильтрации вдоль водоспуска. Иногда, при небольших размерах водоема, запорное сооружение (задвижку) устраивают в нижней части водоспуска перед сопряжением его с водоприемником. Недостатком такого решения является свободный доступ к задвижке и возможность несанкционированного манипулирования ею. Иногда приходится принимать дополнительные меры защиты задвижки в виде цепей, замков и других приспособлений.

Расчетный расход водоспуска определяют с учетом заданного времени эксплуатационного, аварийного или ремонтного срока опорожнения части или всего полезного объема водоема. Таким же способом определяют время пропуска строительных и санитарных расходов. Из различных задач расчета водоспусков наиболее часто встречается определение времени опорожнения водоема Т, сут, которое можно определить по следующей формуле (рис. 9.4):

где АН — высота слоя воды при разделении сливного объема водоема на п равных по высоте слоев (ДН= 1 м, или 0,5 м, или 0,25 м);

Рис. 9.4. Схема для расчета времени опорожнения водоема:

а — схема водоема и донного водоспуска; б — кривая зависимости Ф =/(//); Q_p — расход притока воды; Q — расход через донный водоспуск; Я, — максимальный напор при наполненном водоеме; Н" — текущий напор в течение опорожнения; П — площадь акватории в процессе опорожнения р — коэффициент расхода водоспуска (при истечении через отверстие в тонкой стенке р = 0,62; при истечении через цилиндрический насадок р = 0,82); со — площадь сечения водоспуска в теле плотины, м²; g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²; Q — площадь зеркала водоема, м², при напорах Я, определяемых по кривой Q = /(Я) (эта кривая строится по плану водоема в горизонталях); Яj — первый (исходный) максимальный напор, м; Я₂ — второй напор (Я₂ = И — А Я); Н_п — напор последнего слоя, м; Я_я_, — напор предпоследнего слоя, м; Я_р — расчетный напор, м.

Расчетный напор определяется по формуле.

где 0_Р — расчетный расход водотока, на котором сооружен водоем, м³/с.

Более точно коэффициент расхода р можно определить по формуле.

где, а — коэффициент Кориолиса; ^ — сумма коэффициентов местных сопротивлений; X — коэффициент Дарси, зависящий от материала водоспуска (обычно изменяется от 0,02 до 0,06); / — длина водоспуска, м; d — диаметр водоспуска, м.