Методические указания по пропуску льда через строящиеся гидротехнические сооружения со 34. 21. 145-2003 (стр. 10 из 15)

; (43)

где

; h₂ = h₂ / h — относительная глубина воды под ледяным покровом; h₂ — глубина воды от нижней поверхности ледяного покрова до линии максимальной скорости течения на эпюре v = f(h); r_w — плотность воды; — приведенный коэффициент Шези;

— приведенный коэффициент шероховатости русла с ледяным покровом; R — гидравлический радиус русла при наличии ледяного покрова.

В случае невозможности определения h₂

.

10.14. Задержание льда перед сооружениями обеспечивается:

а) для случая строящейся плотины с глубинными водосбросами — путем обеспечения необходимого заглубления верха входного отверстия, определяемого по формулам (32) и (34);

б) для случая водосливной плотины — путем обеспечения необходимого значения открытия затвора, определяемого по формуле (40);

в) для случая сплошной запани или забральной стенки путем обеспечения условия v < v_cr, где v_cr определяется по формуле (33).

Ряд примеров технических решений, обеспечивающих остановку и задержание льда до сооружения, приведен в Приложении 6.

10.15. Продолжительность временного задержания льда (Dt, сут) на реке выше сооружений с целью его ослабления и сброса в дальнейшем через сооружения следует определять по следующим формулам.

1. При наличии данных о прочности льда на момент вскрытия реки ниже сооружений

, (44)

где DR = R_0f - R_f — понижение прочности льда на изгиб, МПа; R_0f — прочность льда на изгиб на момент вскрытия реки ниже сооружений, МПа; R_f — необходимая прочность льда на изгиб к моменту его пропуска через сооружения, МПа; k — интенсивность понижения прочности льда, принимаемая равной: 4 МПа за сутки для водного льда, 2 МПа за сутки для шугового льда.

Примечание: Значение k рекомендуется уточнять на основании материалов натурных исследований.

2. При наличии прогностических данных о среднесуточных температурах воздуха значение Dt определяется по сумме этих температур с помощью графика зависимости Sq = f(t) с использованием формулы

, (45)

где Dq — сумма положительных среднесуточных температур воздуха за период Dt, определяемая по кривой Sq = f(t) , построенной в соответствии с прогнозом температур воздуха.

3. При наличии прогностических данных о продолжительности задержания льда необходимое снижение прочности льда определяется по формуле

, (46)

где S' — количество поглощенной льдом солнечной радиации (за период Dt), Дж/м³; S₀ — количество поглощенной теплоты, необходимое для полной потери льдом его прочности (рассыпание льда на отдельные кристаллы), Дж/м³, которое следует принимать равным:

для волокнистого льда — 0,67·10⁸ Дж/м³;

для зернистого льда — 1,13·10⁸ Дж/м³;

для шугового льда — 1,46·10⁸ Дж/м³;

для снежного льда — 2,29·10⁸ Дж/м³.

При неизвестном виде льда следует принимать среднее значение S₀, равное 1,83·10⁸ Дж/м³.

10.16. Уменьшение толщины ледяного покрова Dh_d, м, за период задержания льда, определяется по формуле

, (47)

где S = S₁ + S₂ — суммарная плотность теплового потока на верхней и нижней поверхностях ледяного покрова, Вт/м²; S₁, S₂ — плотность теплового потока на верхней и нижней поверхностях льда, соответственно, Вт/м²; Dt — продолжительность задержания льда, ч; r — удельная теплота фазового перехода, равная 3,35·10⁵ Дж/кг.

S₁ = S_k + S_u + S_R; (48)

S_k = a_возд (t_n - J); (49)

S_u = 6,24 · 10^-3 (K + W) (e - e₀); (50)

. (51)

10.17. Расчет коэффициента теплоотдачи от поверхности льда (снега) к воздуху рекомендуется производить по следующей формуле [6]:

a_возд = B W, Вт/(м²·К), (52)

где W — скорость ветра, м/с; коэффициент В определяется по табл. 11.

Таблица 11

Зависимость коэффициента В от температуры воздуха

J, °C	-40	-30	-20	-10	0	10
B, Дж/(м3·К)	7,12	6,88	6,67	6,48	6,27	6,07

10.18. Температура поверхности льда в стационарных условиях должна определяться по формуле

; (53)

при наличии снежного покрова температура поверхности снега

; (54)

где h_i,0 — толщина льда в начале расчетного периода; h_s — толщина слоя снега.

10.19. Интенсивность теплового потока при испарении с поверхности льда следует находить по зависимости (50), в которой K определяется как функция разности температур поверхности льда и воздуха (табл. 12).

Таблица 12

Значение коэффициента K в зависимости от разности температур поверхности льда и воздуха

tn - J,°с	0	1	2	3	4	5
K, м/с	1,28	1,62	1,92	2,10	2,25	2,46
tn - J,°с	6	8	10	15	20
K, м/с	2,60	2,86	3,10	3,60	4,00

10.20. Значения радиационной составляющей на поверхности льда с атмосферой следует рассчитывать по данным, указанным в Приложении 7.

10.21. Плотность теплового потока на нижней поверхности ледяного покрова определяется по формуле

S₂ = a_в (t – t_n). (55)

где a_в = 2640 v, Вт/(м²·К); v — скорость течения воды под ледяным покровом, м/с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Схемы пропуска расходов воды и льда через сооружения гидроузлов и их гидравлические особенности

Схемы пропуска льда через сооружения гидроузлов	Особенности конструкции сооружений	Гидравлические особенности работы сооружений			Расчетные гидравлические схемы пропуска расходов	Условия пропуска льда
		гидравлическая схема истечения	условия подтопления	характеристика перепада на входе
Через суженные русла	Часть русла в створе гидроузла ограждена перемычками для производства строительных работ в котловане, расходы воды и льда пропускаются через суженное русло	Водослив без порога, являющийся разновидностью водослива с широким порогом	Неподтопленный режим истечения	Водопадная область с переходом режима течения из спокойного в бурный с сосредоточенным перепадом на коротком участке		На сосредоточенном перепаде ледяные поля шириной больше ширины сужения разламываются на части и беспрепятственно проходят в нижний бьеф
			Подтопленный режим истечения	Перепад на входе в сужение невелик		Пропуск ледяных полей с шириной больше ширины сужения без дополнительных мероприятий возможен, если кинетическая энергия льдин достаточна для их разрушения при ударах о перемычку и берега
Через гребенки бетонных плотин	В стесненном перемычками русле выполняют сооружения для пропуска строительных расходов воды и льда в виде основания или нижней части плотины, на гребне которых предусмотрены быки, предназначенные для установки затворов. По расположению порога относительно дна русла различают гребенки: с низким порогом (непосредственно у дна русла) и с высоким порогом	Одна из форм водослива: водослив с широким порогом (в том числе водослив без порога) или водослив со стенкой практического профиля
		1. Низкая гребенка работает как водослив с широким порогом	Неподтопленный режим истечения	Водопадная область с сосредоточенным перепадом на входе		На сосредоточенном перепаде ледяные поля разламываются и пропускаются в нижний бьеф при достаточной ширине пролетов гребенки
			Подтопленный режим истечения	Перепад на сужении невелик		Пропуск льдин возможен, если кинетическая энергия льдин достаточна для их разрушения при ударе о быки. В противном случае необходимо предусматривать дополнительные мероприятия
		2. Высокая гребенка работает как водослив со стенкой практического профиля	Неподтопленное истечение	Сосредоточенный перепад на входе		В пределах водопадной области ледяные поля разламываются и пропускаются в нижний бьеф при достаточной ширине пролетов
		3. Гребенка с быками, вынесенными в верхний бьеф сооружения	Неподтопленное истечение	Весь перепад сосредоточен в пределах сооружений		Пропуск льдин возможен лишь при их разрушении о быки
Через строительные каналы, быстротоки	Каналы, устраиваемые в береговых примыканиях, в пределах поймы или части плотины или у одного из берегов
	1. На тракте канала не предусмотрены какие-либо сооружения	Водослив без порога	Неподтопленное истечение	Сосредоточенный перепад на коротком участке		На сосредоточенном перепаде ледяные поля разламываются и если их размеры становятся меньше ширины входного участка, то они проходят в нижний бьеф
			Подтопленное истечение	Перепад на входе в сужение невелик		Пропуск ледяных полей без дополнительных мероприятий затруднен
	2. На тракте канала (быстротока) предусмотрено регуляционное сооружение	Водослив с широким порогом или практического профиля	Неподтопленное истечение	Аналогично гидравлическим условиям работы без регуляционного сооружения, но ширина разламывающихся ледяных полей для их прохождения в нижний бьеф должна быть меньше ширины пролетов регуляционного сооружения
			Подтопленное истечение	Малый перепад на входе		Пропуск ледяных полей без дополнительных мероприятий затруднен; пропуск льдин меньше ширины подводящего участка аналогичен условиям работы гребенки
Через глубинные водосбросы	В стесненном перемычками русле в бетонной плотине, выполненной на части высоты, предусмотрены для пропуска воды глубинные водосбросы	При незатопленном входном сечении условия работы глубинных водосбросов аналогичны условиям работы гребенки как одной из форм водослива:
		1. Донный водосброс работает как водослив без порога (гребенка с низким порогом)	Неподтопленный режим истечения	Водопадная область с сосредоточенным перепадом на входе		Аналогично работе гребенки
			Подтопленный режим истечения	Перепад при сужении невелик		Аналогично работе гребенки
		2. Глубинный водосброс работает как водослив со стенкой практического профиля (гребенка с высоким порогом)	Неподтопленное истечение	Сосредоточенный перепад на входе		Аналогично работе гребенки
		3. Глубинный водосброс с быками, вынесенными в верхний бьеф сооружения	Неподтопленное истечение	Весь перепад на входе сосредоточен в пределах сооружения		Аналогично работе гребенки
Через глубинные водосбросы		При затопленном входном сечении имеет место одна из следующих форм работы глубинного водосброса:
		1. Истечение из отверстия		Перепад перед сооружением практически отсутствует		Дробление льдин происходит при их ударе о быки, под влиянием вихревых воронок и под давлением надвигающихся с верхнего бьефа масс льда. Проходит лишь ослабленный, раздробленный лед, его пропуск более успешен при наличии перед входом вихревых воронок
		2. Истечение через водосброс с напорным режимом течения		Сосредоточенный перепад перед сооружением отсутствует		Аналогично предыдущему пункту
Через гребень временных и постоянных водопропускных сооружений	При пропуске воды и льда переливом через гребень грунтовых или бетонных перемычек, строящиеся плотины и водосливные плотины	Истечение через водосливы различного типа:
		1. При свободном истечении через гребень	Истечение неподтопленное или подтопленное	Размеры перепада зависят от условий подтопления		Пропуск льда в основном аналогичен условиям, наблюдающимся в случае гребенки
		2. При наличии на гребне частично открытого затвора	Истечение через неподтопленное отверстие	Перепад на сооружении практически отсутствует		Аналогично пропуску льда через отверстие на входе в глубинный водосброс

ПРИЛОЖЕНИЕ 2