Расчет высоты ветровой волны

Исходные данные:

1 Плотина III класса капитальности, ежегодные вероятности (р %) превышения максимальных расходов воды: в основном расчетном случае – 3 %, в поверочном расчетном случае – 0,5 %. При определении высоты ветровых волн и ветрового нагона принимается обеспеченность расчетного шторма р = 2%, (1 раз в 50 лет).

2 Высоту ветровой волны h _1%определяют при отметке форсированного подпорного уровня воды в водохранилище (ФПУ = 54,4 м). Разгон волны по водохранилищу =1,10 км. Среднегодовая скорость ветра =4,6 м/с; скорость ветра во время шторма = 20 м/с.

Сущность расчета высоты ветровой волны в глубоководной зоне водохрани-лища при d ≥ 2 h _1%состоит в следующем: сначала определяют элементы волн; вычисляют частоту и период колебания волн при заданной обеспеченности р = 1 %, затем по формуле: h _1%= h _1%х К_2,(7) используя графики рис. 1 и рис. 2 приложения 1 по СНиП 2.06.04-82*, рассчитывают высоту волны h _1%.

Расчетными элементами волны являются:

А) средняя высота волны , м,

Б) средний период , с,

В) средняя длина волны .

Расчет элементов волн выполнен в следующем разделе расчета.

Поверочный расчет отметки гребня грунтовой плотины

Отметку гребня грунтовой плотины при ФПУ определяем на основе расчета возвышения гребня над расчетным уровнем воды согласно СНиП 2.06.05-84* «Плотины из грунтовых материалов» и СНиП 2.06.04-82* «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)».

Возвышение гребня плотины определенное при форсированном уровне (ФПУ), по формуле 1 [19]:

, (1)

где: D h_set — ветровой нагон воды в верхнем бьефе, м;

h_run _1%— высота наката ветровых волн обеспеченностью 1 %, м;

а — запас возвышения гребня плотины, а =0.5 м.

Обеспеченности расчетных уровней должны быть не более: для сооружений III класса - 5 % (1 раз в 20 лет) по наивысшим годовым уровням.

Высоту ветрового нагона , м, принимаем (без учета конфигурации береговой линии и при постоянной глубине дна d) по формуле 148 [19]:

, (2)

где - угол между продольной осью водоёма и направлением ветра, град, принимаем с чертежа, =0⁰;

L - разгон, принимаем с чертежа, L =1100 м;

d – глубина воды в водохранилище, м: , 54,4-50,0=4,4 м (3)

- коэффициент, принимаемый по таблице 2, приложения 1 [19], в зависимости от ;

V_w - расчетная скорости ветра, определяем по формуле 149 [19]:

, (4)

где - скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоёма, принимаемая по приложению 1 пункта 7 [19]. Для сооружения III класса принимается обеспеченность расчётного шторма 2 %, м/с,

- коэффициент пересчёта данных по скоростям ветра, принимаемый по формуле:

; (5)

где - коэффициент приведения скорости ветра к условиям водной поверхности водоёма, по таблице 3 приложения 1 [19], ;

V_w = 0,90 x 1,09 x 20,0 = 19,62 м/сек;

тогда коэффициент по табл.2* [19] равен 2.1.

Высоту ветрового нагона , определим методом приближения.

В первом приближении .

Во втором приближении .

Высота ветрового нагона равна .

Высоту наката на откос волн определим по п.1.14* [19]

Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1% определим по формуле 25 [19]:

, (6)

где - коэффициент шероховатости откоса, принимаемый по таблице 6 [19], для крепления откоса бетонными плитами , коэффициент проницаемости откоса, принимаемый по таблице 6 [19], для крепления откоса бетонными (железобетонными) плитами ,

- коэффициент, принимаемый по табл. 7* [19], в зависимости от скорости ветра ( =20м/сек) и угла наклона откоса к горизонту (1:3), ;

k_run - коэффициент, принимаемый по графикам рис.10*[19] в зависимости от пологости волны на глубокой воде; - высоту наката волны обеспеченностью 1% на откос, определи по формуле, м:

, (7)

где - средняя высота волны, м;

- коэффициент, принимаемый по таблице 8 [19], для сооружений III класса обеспеченность по накату 2 %, .

Для определения элементов ветровых волн используется график рисунка 1, приложение 1 [19]. Для нахождения определим безразмерные величины , , , определяемые по рис. 1, [19],