Водосброс, водослив - устройство в гидротехническом сооружении, в котором сброс воды осуществляется через отверстие со свободной поверхностью потока.
Сброс воды осуществляется в случае переполнения водохранилища из-за паводка, сильных дождей и тд.
Исключение - водосливная плотина, на которой слив воды осуществляется постоянно.
Различаются:
- водосливы без затвора - пропускная способность водослива не регулируется и зависит только от уровня воды в водохранилище;
- водосливы с затвором - пропускная способность водосброса регулируется.
Другие часто используемые названия водосброса и сопутствующие термины:
- водоспуск - другое название;
- водосливная плотина (ВП) - плотина, предназначенная для пропуска воды путем перелива через ее гребень;
- водосливная поверхность - поверхность конструкции водослива, по которой непосредственно происходит слив воды;
- водосливной носок - выступ в конце водосливной поверхности, при сходе с которого струя воды свободно сбрасывается в нижний бьеф или сопрягается с ним с помощью гидравлического прыжка;
- грань водослива - наивысшая линия гребня водослива;
- гребень водослива - верхняя часть водослива.
Пропуск воды через водосливные отверстия на гребне плотины чаще всего регулируется затворами.
Водосливные отверстия могут быть использованы также для пропуска льда, иногда леса, а при низком пороге - наносов и, при соответствующих скоростях течения и габаритах отверстия - судов.
Водосливные отверстия ограничены быками и устоями, направляющими поток в отверстия и используемыми одновременно в качестве опор для затворов, подъемных механизмов и мостов.
В состав водосливной плотины на нескальном основании входят также понур, устраиваемый в верхнем бьефе перед телом водослива для удлинения пути фильтрационного потока под подошвой сооружения, а также крепление нижнего бьефа - устройства для гашения энергии и защиты русла от размыва.
ВП бывают бетонные, железобетонные, деревянные; проводятся исследования возможности перелива воды через земляные плотины и каменнонабросные плотины.
ВП рассчитывают на пропуск «расчетного» максимального расхода реки при нормальном подпорном уровне (НПУ) верхнего бьефа (с учетом пропускной способности др. сооружений гидроузла), затем проверяется возможность пропуска макс, расхода при чрезвычайных условиях эксплуатации и определяется форсированный подпорный уровень (ФПУ).
Макс. расходы реки определяют методами гидрологии. Пропускная способность водосливной плотины рассчитывается по формулам гидравлики.
Величина напора на гребне водослива назначается из условий: достижения возможно больших удельных (на 1 м длины плотины) расходов воды в конце крепления русла (на рисберме) в нижнем бьефе (однако с допустимыми в отношении защиты сооружения от подмыва скоростями течения воды), получения минимальной общей стоимости сооружения, приемлемой высоты затворов и недопущения опасной вибрации тела водослива.
На построенных ВП величина напора на гребне обычно составляет от 2 до 8 м, достигая в отдельных случаях 15-18 м.
Удельные расходы принимаются до 50- 60 м3/сек. на 1 м длины водослива для ВП на нескальных грунтах и до 100-120 м3/сек. - на скальных.
Общая длина водосливного фронта разбивается на ряд пролетов, в тч рассчитанных на величину хода судов.
ВП имеют также глубинные отверстия (водоспуски).
Величина кинетической энергии потока, сбрасываемого через водосливные плотины (зависящая от расхода воды и напора), может быть весьма значительной.
Эта энергия гасится частично в процессе разрушения дна и берегов нижнего бьефа, частично затрачивается на внутреннее сопротивления воды (вихреобразование, удары струи и др).
По мере увеличения размыва русла его интенсивность уменьшается и с течением времени размывы прекращаются.
Основные виды сопряжения потока, прошедшего через плотину, с нижним бьефом:
-
донный режим, когда струя плавно опускается с плотины и движется у дна, растекаясь кверху, и вихревой валец затопленного прыжка располагается сверху;
-
поверхностный режим, когда струя сходит с повышенного уступа или носка плотины и движется у поверхности нижнего бьефа, образуя поверхностный прыжок и растекаясь книзу, покрывая собой вихревой валец у дна;
-
свободно падающая струя, когда струя свободно падает с гребня или носка-трамплина, размер которых выбирают, исходя из условий пропуска льда, леса, судов, производства работ, экономических показателей и тд.
Дно нижнего бьефа (водобой и рисберма) крепится на таком протяжении от плотины, чтобы возможный размыв русла не угрожал ее устойчивости и прочности. Для удешевления крепления стремятся погасить избыточную энергию потока и довести его скорости до приемлемых величин на кратчайшем расстоянии от плотины. Это достигается регламентированным маневрированием затворами (равномерное открытие их- по длине водосливной плотины) и сооружением на водобое спец. устройств для гашения энергии потока.
При сходе с рисбермы скорости течения доводятся до неразмывающих или до почти неразмывающих русло.
В ряде случаев для этой цели рисберма заканчивается углублением (ковшом), на дно которого отсыпается камень.
Режим сопряжения бьефов, тип и размеры крепления нижнего бьефа для крупных сооружений
Фильтрация воды из верхнего бьефа в нижний происходит под подошвой ВП и в обход ее в грунте берега или примыкающей земляной плотины. Для борьбы с фильтрацией воды в обход плотины устои снабжают открылками и диафрагмами.
Против фильтрационных деформаций (суффозии, выпора) грунта основания под подошвой плотины устраивается рациональный подземный контур гидросооружения. В состав последнего при нескальных основаниях входит подошва понура, тела водослива, водобоя и рисбермы, шпунты или зуб, дренажи.
До недавнего времени ВП строились в основном гравитационного типа, в последнее время расширяется применение водосливных арочных и контрфорсных плотин, а также сборных железобетонных плотин. ВП сооружаются преим. из бетона и железобетона и достигают значит, размеров - до 260 м в высоту и несколько сот метров в длину.
