В книге сделана попытка обобщить результаты изучения движения водных потоков в их нижних бьефах. Рассмотрены вопросы влияния режима потока в нижних бьефах сооружений на компоновку гидроузлов. Указаны мероприятия по борьбе со сбойными течениями и т. д. Освещены условия рациональной эксплуатации и изложены некоторые технико-экономические задачи. Задача настоящей книги — способствовать внедрению целесообразных методов расчета в практику строительства гидротехнических сооружений. Книга рассчитана на научных работников и на инженеров, работающих в области исследования, проектирования и эксплуатации гидротехнических сооружений.

Предисловие

Глава I. Задачи исследования
§ 1. Значение изучаемой проблемы для гидротехнической практики
§ 2. Явления, возникающие в нижних бьефах речных гидроузлов при сжатом водосбросном фронте
§ 3. Явления, возникающие в нижних бьефах гидростанций
§ 4. Задачи исследования

Глава II. Схемы речных гидроузлов и условия их эксплуатации
§ 5. Общие сведения о составе речных гидроузлов
§ 6. Береговое расположение гидроузлов на равнинных реках и условия их эксплуатации
§ 7. Другие схемы гидроузлов на равнинных реках и условия их эксплуатации
§ 8. Особые случаи раздельной компоновки сооружений в составе гидроузлов
§ 9. Схемы высоконапорных русловых гидроузлов
§ 10. Схемы ирригационно-энергетических речных гидроузлов и условия их эксплуатации
§ 11. Сложные ирригационно-энергетические гидроузлы на судоходных реках
§ 12. Основные выводы

Глава III. Гашение энергии в нижних бьефах гидротехнических сооружений
§ 13. Сущность явления гашения энергии в гидротехнических сооружениях
§ 14. Некоторые гидравлические характеристики прыжка и режима потока на рисберме
§ 15. Гашение энергии за водобоем
§ 16. Пульсация давления на дне потока на участке гашения энергии
§ 17. Влияние гасителей на сопряжение бьефов
§ 18. Гидравлический прыжок в условиях пространственной задачи (решение H.Т. Мелещенко)
§ 19. Определение сопряженной глубины в условиях пространственной задачи
§ 20. Поверхностный режим сопряжения бьефов в условиях пространственной задачи
§ 21. Дополнительные указания о затоплении прыжка в пространственных условиях сопряжения бьефов

Глава IV. Движение потока на рисберме
§ 22. Движение потока на горизонтальной рисберме

Глава V. Расширение потока в нижнем бьефе гидротехнических сооружений при отсутствии сбойного течения
§ 23. Плановая задача речной гидравлики
§ 24. Уравнения плановой задачи речной гидравлики, предложенные Вернадским
§ 25. Уравнения движения струи с учетом касательных напряжений на боковых поверхностях
§ 26. Основные выводы экспериментального исследования расширения потока в плане

Глава VI. Приближенное определение формы и длины расширяющегося потока
§ 27. О приближенном решении вопроса
§ 28. Вывод расчетных зависимостей для приближенного определения формы и длины расширяющегося потока

Глава VII. Построение плана течения
§ 29. Построение плана течения по ширине пограничной зоны потока
§ 30. Построение плана течения методом конечных разностей
§ 31. Порядок построения плана течения речного потока. Сопоставление теоретических расчетов с данными экспериментов
§ 32. Пример расчета расширения потока в нижнем бьефе речного гидроузла

Глава VIII. Сбойные течения в нижних бьефах гидроузлов и борьба с ними
§ 33. Формы сбойных течений и причины их образования
§ 34. Сбойные течения, возникающие от нерациональной эксплуатации сооружений
§ 35. Применение раздельных стенок и дамб для борьбы со сбойностыо
§ 36. Конструктивные мероприятия по борьбе со сбойностью
§ 37. Мероприятия в нижних бьефах крупных гидроузлов

Глава IX. Формирование русла в нижних бьефах гидроузлов
§ 38. Общая характеристика размывов русла за сооружениями
§ 39. Характеристика местных размывов за сооружениями
§ 40. Размывающая способность потока за водобоем
§ 41. Неразмывающие скорости потока в условиях медленно изменяющегося режима
§ 42. Экспериментальные исследования размывов русла за водобоем
§ 43. Определение глубины размыва русла за водобоем и длины крепления русла
§ 44. Размыв русла при поверхностном режиме сопряжения бьефов
§ 45. Размыв русла на участке расширения потока

Глава X. Понижение уровня нижнего бьефа речных гидроузлов
§ 46. Общая характеристика явления
§ 47. Медленно изменяющееся движение вод в размываемых руслах
§ 48. Приближенное решение уравнения деформации русла
§ 49. Приближенное определение понижения уровня нижнего бьефа
§ 50. Определение формы размыва русла нижнего бьефа
§ 51. Основные выводы

Глава XI. Маневрирование затворами отверстий гидротехнических сооружений в целях борьбы с размывом дна и разрушением крепления русла
§ 52. Задачи маневрирования затворами гидротехнических сооружений
§ 53. Гидравлические вопросы маневрирования затворами гидротехнических сооружений
§ 54. Установление графика эксплуатации отверстий гидротехнических сооружений при донном режиме сопряжения бьефов
§ 55. Пример расчета маневрирования затворами при донном режиме сопряжения бьефов
§ 56. Установление допустимого числа работающих отверстий гидротехнических сооружений при поверхностном режиме сопряжения бьефов
§ 57. Пример расчета маневрирования затворами при поверхностном режиме сопряжения бьефов
§ 58. Ограничение расходов воды, сбрасываемых через гидростанцию

Глава XII. Выбор длины водосбросного фронта сооружений
§ 59. Факторы, влияющие на выбор длины водосбросного фронта
§ 60. Методика установления длины водосбросного фронта

Заключение
Литература

Предисловие

Непрерывный рост гидроэнергетического строительства в СССР настоятельно требует развития научных исследований в области фильтрации, механики грунтов, инженерной гидравлики и динамики русловых потоков.

Большое значение для правильного проектирования и эксплуатации речных гидроузлов имеет изучение вопросов движения водных потоков в их нижних бьефах. Наблюдаемые здесь сложные гидравлические явления и связанные с ними условия формирования русел оказывают существенное влияние на проектирование гидроузлов. Теперь уже нельзя ограничиваться при составлении проектов определением условий сопряжения бьефов в сооружениях и судить на этом основании о надежности работы сооружений и устойчивости их в эксплуатации. В современных сооружениях удельные расходы воды и скорости течения в несколько раз превышают значения этих величин, наблюдаемые в речных потоках при естественном режиме. В руслах рек и вдоль их берегов возникают большие размывы; во многих случаях обнаруживается сбойное течение, в результате которого размывы русла усиливаются, а условия подхода судов к шлюзам становятся совершенно неприемлемыми.

Для защиты сооружений и берегов рек от подмыва приходится укреплять русло на значительном протяжении; выбирая систему гашения энергии и длину водосбросного фронта, необходимо отчетливо представлять себе режим речного потока ниже сооружения и условия эксплуатации гидроузла.

Советская гидротехническая наука достигла уже больших успехов на пути разрешения поставленных задач. Еще в 1932—1933 г. наш выдающийся ученый H.М. Вернадский, создатель речной гидравлики, разработал теорию построения плана течений речного потока; эта теория была развита затем в трудах H.Т. Мелещенко и С.Н. Нумерова и Г.И. Сухомела; автором, совместно с канд. техн. наук А.Г. Соловьевой, разработана теория построения плана течений при наличии водоворотных зон и изучены условия возникновения сбойных течений и меры борьбы с последними.

Глубокие исследования проведены также в области гашения энергии и изучения пульсации давлений и скоростей и местных размывов русла за сооружениями. В работах М.З. Абрамова, А.Д. Саваренского, Д.И. Кумина, Н.А. Преображенского, А.Н. Рахманова, автора этой книги и других исследователей освещен вопрос о затухании макропульсации скоростей и давлений за сооружениями и влиянии последней на размывы русла; благодаря этим исследованиям стало возможным сознательно проектировать мероприятия по гашению энергии и назначать длину крепления русла. Можно смело утверждать, что трудами советских ученых впервые в мировой практике создается новый раздел гидравлики — теория гашения энергии.

Большая и весьма существенная работа выполнена проф. В.С. Баумгартом, разработавшим методику выбора основных параметров гидроузлов — длины водосбросного фронта, системы сопряжения бьефов, высоты расположения водобоя и мер борьбы с фильтрацией.

В известных трудах М.М. Гришина, А.А. Морозова, Е.А. Замарина, Ф.Ф. Губина, Д.Я. Соколова и И.В. Егиазарова рассмотрены вопросы рациональной компоновки и выбора типов гидроузлов в различных природных условиях. Все эти работы получили уже непосредственное применение при проектировании ряда сооружений великих строек и других крупных гидроузлов, строительство которых предусмотрено директивами XIX съезда Коммунистической партии Советского Союза, и позволили сэкономить немалые средства. Не меньшее значение они будут иметь и для разработки правильной эксплуатации речных гидроузлов.

Накопленный большой материал исследований требует скорейшего обобщения их с тем, чтобы новые методы расчета водных потоков быстрее вошли в практику гидростроительства.

В книге рассматриваются четыре группы вопросов.

Вначале (гл. I—II) излагаются схемы речных гидроузлов и условия их эксплуатации. Здесь сделана попытка известной систематизации опыта нашего гидростроительства и оценки инженерных решений, примененных в практике, с различных точек зрения, в особенности с точки зрения рациональной эксплуатации сооружений и влияния режима потока в их нижних бьефах на компоновку гидроузлов; при этом автор следовал тем основным идеям, которые были приняты при строительстве наших крупных речных гидроузлов и получили освещение в упомянутых трудах проф. М.М. Гришина, Е.А. Замарина, Ф.Ф. Губина, А.А. Морозова.

Вторая группа вопросов (гл. III—VIII) относится к исследованию движения речных потоков в нижних бьефах гидроузлов: гашения энергии за сооружениями, постепенного расширения потока, установления формы и условий возникновения сбойных течений и разработки мероприятий для устранения последних. Это — основная часть книги.

Далее (гл. IX—X) освещаются вопросы размыва русел в нижних бьефах сооружений как в непосредственной близости от них, так и на значительном расстоянии.

Наконец в заключительных главах (XI—XII) изучаются условия рациональной эксплуатации и некоторые технико-экономические задачи, стоящие перед инженерами при проектировании крупных речных гидроузлов.