автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Обоснование элементов конструкций водосбросных сооружений со ступенчатой водосливной гранью для высоконапорных бетонных плотин

На правах рукописи

□03482Ьии

волынчиков

Александр Николаевич

Р

9

ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ВОДОСБРОСНЫХ СООРУЖЕНИЙ СО СТУПЕНЧАТОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ГРАНЬЮ ДЛЯ ВЫСОКОНАПОРНЫХ БЕТОННЫХ ПЛОТИН

Специальность 05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ 5 ррп ч™

диссертации на соискание ученой степени ' кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2009

003482500

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева»

Научный руководитель

доктор технических наук Беллендир Евгений Николаевич

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Ивашинцов Дмитрий Александрович ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» (г. Санкт-Петербург)

кандидат технических наук, профессор Малаханов Вячеслав Васильевич Московский государственный строительный университет (г. Москва)

Ведущая организация

Московский государственный университет природообустройства

(г. Москва)

Защита состоится « оС/г» ноября 2009 г. в 10 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 512.001.01 в ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева» (195220, Санкт - Петербург, ул. Гжатская, 21)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева»

Автореферат разослан

» октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Т.В. Иванова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ступенчатые водосбросы достаточно широко применяются в гидротехническом строительстве за рубежом, а в последние годы такие водосбросы устраивают в составе плотин из укатанного бетона. В России ступенчатые водосбросы пока не получили достаточного распространения, такие конструкции применялись только для защиты низового откоса невысоких грунтовых переливных плотин. Поэтому разработка и обоснование ступенчатого водосброса в теле высокой бетонной плотины представляется актуальной.

Целью диссертационной работы является разработка и обоснование конструкции ступенчатого водосброса для высокой бетонной плотины в периоды строительства и эксплуатации гидроузла. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

обобщить опыт проектирования и обоснования ступенчатых водосбросов;

разработать проект ступенчатого водосброса для высокой бетонной плотины, подготовить программу экспериментальных исследований по обоснованию элементов его конструкции;

установить зависимость гашения энергии потока от параметров ступенчатого водосброса, определить гидродинамические нагрузки на ступени водосливной грани и плиты водобойного колодца, оценить кави-тационную безопасность водосброса по результатам экспериментальных гидравлических исследований;

сравнить условия работы водосбросов с гладкой и ступенчатой водосливной поверхностью;

создать методику обоснования и проектирования элементов ступенчатых водосбросов для условий пропуска строительных и эксплуатационных расходов.

Научная новизна работы заключается в следующем: разработана конструкция ступенчатого водосброса в теле бетонной плотины, состоящая из гладкого водосливного оголовка, уступа в концевом сечении быков, ступенчатой водосливной грани;

получены и обобщены экспериментальные данные о параметрах потока на ступенчатой водосливной грани и в водобойном колодце, установлена зависимость степени гашения энергии потока на водосливной грани от параметров ступенчатого водосброса;

составлены рекомендации для проектирования элементов конструкций ступенчатого водосброса, позволяющие определить его основные размеры с использованием данных о гидравлических параметрах потока на ступенчатой водосливной грани;

установлено, что гашение энергии на ступенчатой водосливной грани существенно больше, чем для традиционной конструкции гладкого водосброса, что позволяет уменьшить толщину плит колодца;

показано, что устройство уступа в концевом сечении быков обеспечивает достаточную аэрацию потока и защиту ступеней от кавитаци-онной эрозии;

обоснована конструкция временного порога ступенчатого водосброса для условий пропуска строительных расходов, даны рекомендации по конструкции участка сопряжения порога со ступенчатой водосливной гранью.

Практическая значимость работы

1. Принципиально обоснована возможность использования в отечественной практике гидротехнического строительства ступенчатых водосбросов в теле высоких бетонных плотин.

2. Показано, что применение ступенчатых водосбросов вместо традиционных поверхностных водосбросов позволяет получить экономический эффект за счет сокращения сроков строительства, уменьшения объемов бетона и габаритов водобойных устройств в нижнем бьефе, снижения требований к защите бетонных поверхностей от кавитацион-ной эрозии.

3. Разработана конструкция ступенчатого водосброса для Богучан-ской ГЭС и конструкция временного порога этого водосброса.

Личный вклад автора состоит в обобщении материалов исследований по ступенчатым водосбросам в отечественной и мировой практике, формулировании задач исследований, подготовке программы экспериментальных гидравлических исследований и анализе их результатов для обоснования элементов конструкций ступенчатых водосбросов, разработке методики проектирования ступенчатого водосброса и внедрении разработанной конструкции в проект Богучанской ГЭС.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева» и МГУП, принимавших участие в проведении экспериментальных гидравлических исследований.

Степень достоверности полученных результатов

Достоверность результатов работы обеспечивается применением классических методов физического моделирования, подтверждается использованием сертифицированных датчиков и приборов, использованием статистических методов обработки экспериментальных данных, соответствием полученных результатов с данными отечественных и зарубежных исследователей ступенчатых водосбросов.

Апробация работы и внедрение результатов исследований

Содержание и результаты исследований докладывались и обсуждались на четвертой научно-технической конференции «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии» (20 - 22.11. 2008 г.), секции «Гидравлика гидротехнических и энергетических сооружений» Ученого Совета ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденева», Научно-Технических Советах ОАО «РусГидро», «Института Гидропроект».

По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, том числе статей в изданиях, рекомендованных ВАК - 4.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (104 наименования); содержит 138 страниц основного текста, в том числе 89 рисунков и 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы по разработке конструкций ступенчатых водосбросов для высоких бетонных плотин, формулируются основные задачи исследований для их обоснования.

В первой главе проанализирован и обобщен отечественный и мировой опыт проектирования и обоснования ступенчатых водосбросов.

В первой половине XX века ступенчатые плотины выполнялись из обычного бетона. Примером таких сооружений являются плотины Ван-Рейнвельд и Нью-Кротон. За последние 20 - 25 лет ступенчатые водосбросы получили значительное распространение в практике гидротехнического строительства в связи с развитием технологии возведения плотин из укатанного бетона. Примером наиболее высоких сооружений такого типа является возведенная в 1987 г. в США плотина Аппер Стилуотер на р. Роки-Крик, высота которой равна 88 м, и плотина Вел (Испания) высотой 89 м. Большинство ступенчатых водосбросов проектируются на удельные расходы до 30 м2/с.

Конструкция ступенчатых водосбросов обычно обосновывается экспериментальными гидравлическими исследованиями. В мировой практике вопросами гидравлики ступенчатых водосбросов занимались, например, Чансон, Матос, Тоцци, Соренсон и многие испанские и китайские исследователи. В России гидравлические исследования для обоснования конструкций ступенчатых водосбросов впервые начаты работами П.И.Гордиенко и Ю.П.Правдивца, продолжены в МГУП, НИИЭС и ВНИИГ И.С.Румянцевым, Аль-Али Абдельрезаком, М.И.Мирзоевым, И.С.Новиковой, Н.Н.Розановой, A.M. Швайнштейном и Г.А.Судольским.

Во второй главе разрабатывается конструкция ступенчатого водосброса в теле высокой бетонной плотины.

Конструкция ступенчатой водосливной грани должна быть разработана с учетом гидродинамического воздействия потока, а также требований по кавитационной безопасности сооружения. При разработке конструкции необходимо запроектировать очертание входного оголовка и конструкцию узла сопряжения его с водосливной гранью, определить оптимальный размер ступеней, высоту ограждающих стен водосброса и конструкцию устройств для подвода воздуха. Для решения этих вопросов были проведены экспериментальные исследования.

Экспериментальная установка для исследования условий работы ступенчатых водосбросов была размещена в гидравлическом лотке длиной 15 м и шириной 0,5 м (рис. 1). Основные части установки - модель ступенчатого водосброса высотой 2,8 м, напорный бак и отводящий лоток. Максимальные расходы воды при проведении исследований достигали 0,15 м3/с, а удельные - 0,3 м2/с.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки. Продольный разрез: 1 - подводящий трубопровод; 2 - напорный бак; 3 - быки; 4 - водосливной оголовок; 5 - переходный участок; 6 - уступ; 7 - наклонная водосливная грань; 8 - ограждающие стены; 9 - отводящий лоток; 10 - дно водобойного колодца; 11 - пластина из оргстекла с пьезометрами; 12— металлические фермы; 13 - клапанный затвор;

14 - успокоительные решетки; 15 - мерный водослив

Моделирование выполнялось по геометрическому подобию, исходя из равенства чисел Фруда /> на модели и в натуре. Числа Рейнольдса Ке на ступенчатой водосливной грани модели водосброса составляли (0,5 -5,4)105. Числа Вебера 1Уе, определяющие условия подобия сил, обусловленных поверхностным натяжением, на модели составляли 300 - 600.

Рассмотрим предлагаемую конструкцию ступенчатого водосброса (рис. 1). Профиль водосливного оголовка ступенчатого водосброса принят безвакуумным, исходя из профилирующего напора Я = 0,35 м. Ниже этого гладкого оголовка предложено разместить 7 ступеней высотой

0,0167 м. Наружные кромки ступеней переходного участка сопрягаются с криволинейной поверхностью, продолжающей профиль оголовка.

Кромки ступеней на низовой части водосброса одинаковой длины и высоты совмещены с профилем водосливной грани. При проведении исследований рассматривались 4 типа ступеней высотой: 0,10; 0,05; 0,025 и 0,01225 м в количестве 21, 42, 84 и 126 соответственно. Для выбора. оптимального размера ступеней на водосливной грани оценивалось влияние их высоты на гашение энергии, которое не должно приводить к увеличению брызгообразования, глубины потока и соответственно к увеличению высоты ограждающих стен водосброса.

Исследования показали, что при всех рассмотренных размерах ступеней на тракте ступенчатого водосброса образуется скользящий режим течения, условие существования которого определяется следующим образом: h¡ф Id > 0,8 (здесь d - высота ступеней; /;кр - критическая глубина). Выбор оптимальных размеров ступеней выполняется после оценок потерь напора.

Коэффициент скорости ф является интегральной характеристикой, учитывающей суммарные потери напора по длине водосливной грани и при повороте потока в вертикальной плоскости при сопряжении с дном водобойного колодца. Значения коэффициента ср определены на модели при различных высотах ступеней на водосливной грани.

Установлено, что коэффициент скорости зависит от удельных расходов, размеров (высоты) ступеней и высоты плотины. Полученные опытные данные (рис. 2) обобщены в виде зависимости коэффициента ф от безразмерного расхода q/(g°'5d°'5p). В этом комплексе принято, что q -удельный расход, ¿/-высота ступеней,р — высота плотины.

Представленные на рис. 2 данные практически совпадают с результатами опытов Тоцци, А.М.Швайнштейна, М.И.Мирзоева, Аль-Али Абдельрезака и могут быть использованы для проектирования водобойных устройств за ступенчатыми водосбросами.

Данные о потерях энергии на тракте ступенчатых водосбросов представлены на рис. 3 в виде их зависимости от относительной высоты плотины. В рассмотренном диапазоне расходов потери энергии на тракте ступенчатого водосброса достигают 60 - 80 %.

При разработке проекта ступенчатого водосброса необходимо оценить нагрузки на ступенчатую водосливную грань для определения состава бетона, схемы армирования и т.д. Анализ опытных данных об осредненных давлениях на ступенях позволяет отметить следующее:

осредненные пьезометрические давления на поверхностях ступеней больше атмосферного на всей длине водосливной грани;

минимальные давления зафиксированы на вертикальных поверхностях ступеней вблизи их наружных углов;

0,90,80,70,6-

0,5 -0,4030,20,1 -

0,0

0,01 0,02 0,(М 0,06 0,08 0,1 0,20 0,40 0,600,80 1 2,00

Рис. 2. Зависимость коэффициента скорости <р от ¿//(д0,5 с1 °'5 р): 1-4- данные автора дляр = 2,8 м и с1, равных 0,02; 0,03; 0,05 и 0,1 м; 5 - данные автора для р = 2 м и с! = 0,05 м; 6 — 8 - по данным А.М.Швайнштейна; 9 - по данным Тоцци; 10 - по данным китайских исследователей; 11 - по данным Соренсена; 12 - по данным Аль-Али Абделърезака; 13 - по данным М.И.Мирзоева

1,0 0.9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0.1 0,0*

АЕ/Т

•ч »1 1

□ А

* а а а в гчГ ^ о о °

о ^

д * с

* , о а /

/

/ °

/

Р!К

0

20

40

60

а-1 *-2 .-3 .-4 д-5 о-6 —1 к -8 а-9

Рис. 3. Зависимость гашения энергии от относительной высоты плотины: 1 - 4 - данные автора дляр = 2,8 м и равных 0,02, 0,03, 0,05 и 0,1 м; 5 - по данным Пейраса; 6 - по данным Боеса и Хагера; 7 - по данным Соренсена; 8 - по данным Стефенсона; 9 - по данным Матоса

давления на горизонтальных поверхностях ступеней постепенно увеличиваются от внутреннего угла к наружному; наибольшие давления зафиксированы у наружного угла ступеней;

наибольшие осредненные пьезометрические напоры наблюдаются на нижних ступенях водосливной грани, они в 2 - 3 раза больше, чем высота ступеней.

Для оценки кавитационной безопасности ступенчатой водосливной грани необходимо определить распределения скоростей течения и воздухосодержания по ее длине.

Обобщение экспериментальных данных показывает, что скорости течения по длине грани закономерно увеличиваются, однако в каждом створе они меньше максимальных расчетных скоростей, которые определены при отсутствии потерь напора. Значения коэффициента скорости ср по длине грани снижаются. Отрыв потока в створе уступа в концевом сечении быков обеспечивает его значительную аэрацию, Воздухосодер-жание удна водосливной грани составляет 0,10 - 0,15.

Для оценки высоты ограждающих стен водосброса необходимо определить глубины потока. Расчет глубин потока выполняется по уравнению Бернулли, а значения коэффициента гидравлического трения к„ определяются экспериментально.

При проведении исследований установлена зависимость коэффициента гидравлического трения от относительной глубины потока здесь Д = ¿/сояа - геометрический выступ шероховатости (рис. 4). Однако для использования общепринятой зависимости И.Ни-курадзе

необходимо определить эквивалентную гидравлическую шероховатость ступенчатой водосливной грани. Для всех рассмотренных размеров ступеней соотношение между эквивалентной гидравлической шероховатостью К3 и геометрической Д может быть получено, если принять К3 = ОД, где значение коэффициента 0 составляет в среднем 3,2.

Рассмотрим последовательность проектирования элементов ступенчатого водосброса и определения основных его параметров. 1. Определение конфигурации водосливного оголовка Водосливной оголовок проектируется безвакуумным с очертанием по профилю, рассчитанному по следующему уравнению:

где Я - профилирующий напор, х и у - горизонтальная и вертикальная оси соответственно, проведенные из центра на гребне водосброса.

1

к

(1)

х1-85 = 2Н0Му,

(2)

2. Назначение конструкции переходного участка За гладким водосливным оголовком устраиваются ступени меньшей высоты, чем на остальной части водосливной грани, причем наружные кромки ступеней выбираются на линии продолжения криволинейного очертания профиля оголовка. Высота ступеней на этом участке принимается в 3 раза меньше, чем на водосливной грани.

б 5 4 3 2 1 О

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 '8А/Д > • -1 О-2 Щ-3 П-4 О-5 П-6 Д-7 1

Рис. 4. Зависимость коэффициента гидравлического трения от относительной глубины потока: 1 - 4 - для ступеней с Д = 0,11; 0,17; 0,05 0,07 м соответственно;

5-7 - данные А.М.Швайнштейна для Д = 0,0235; 0,039; 0,039 м соответственно

3. Выбор высоты ступеней на водосливной грани

При пропуске расчетных расходов высота ступеней должна обеспечивать достаточное гашение энергии потока и образование скользящего режима течения при пропуске расчетных расходов.

4. Разработка конструкции воздухоподводящих устройств

Для обеспечения дополнительного подвода воздуха к потоку в концевом створе быков устраивается уступ на водосливной грани, высота которого принимается большей, чем высота ступеней. Аэрация потока в створе уступа должна обеспечить воздухосодержание у дна водосливной грани на всей ее длине не менее 10 - 15%.

5. Определение высоты ограждающих стен водосброса

Глубины потока на водосливной грани определяются на основании

численного решения уравнения Бернулли. Высота ограждающих стен принимается на 50% больше глубин потока в соответствующих створах.

В третьей главе разрабатывается конструкция ступенчатого водосброса с плоским гребнем.

Гидравлические исследования выполнены на экспериментальной установке, рассмотренной в главе 2 (рис. 1). Схема верховой части ступенчатого водосброса с плоским гребнем высотой около 2 м показана на рис. 5. Расчетный напор над гребнем водосброса составлял 0,2 м. Кроме того, на модели предусмотрена возможность увеличения расхода и, соответственно, напора на гребне до 0,53 м.

Рис. 5. Схематический чертеж гребня водосброса: 1 и 2 - предварительный и окончательный варианты скругленного участка гребня соответственно

В результате исследований рассмотрены два варианта и подобрана конфигурация скругленного участка гребня водосброса, обеспечивающая оптимальные условия входа потока на ступенчатую водосливную грань с образованием на ней скользящего режима течения (рис. 5). Однако при увеличении напора по сравнению с расчетным напором поток будет отрываться от скругленного участка гребня и воздействовать на ступенчатую водосливную грань. Зона воздействия низовой поверхности струи на ступенчатую водосливную грань с увеличением напора смещается ниже по течению.

Экспериментальные значения коэффициента скорости ср для водосброса с плоским гребнем представлены на рис. 2. Сопоставление данных рис. 2 для водосбросов различной высоты показывает, что при одинаковых размерах ступеней уменьшение высоты водосброса приводит к снижению гашения энергии на водосливной грани и, соответственно, к закономерному увеличению коэффициента скорости ср.

Для дополнительной аэрации потока предложено устроить за скругленным участком гребня водосброса уступ-аэратор, который совмещается с концевым створом быков. Высота уступа принимается су-

щественно большей высоты ступеней на водосливной грани, чтобы брызги воды не препятствовали поступлению воздуха в подструйное пространство через пазухи в потоке, образующиеся за быками. Оптимальная высота этого уступа отрабатывалась на модели и в результате методических опытов принята равной 0,15 м.

Для оценки кавитационной безопасности ступенчатой водосливной грани определялось распределение скоростей течения и воздухосо-держания по длине водосброса с учетом данных о распределении осред-ненных пьезометрических давлений на поверхности ступеней. Экспериментальные данные о распределении скоростей течения и воздухосодер-жания потока аналогичны зафиксированным на ступенчатой водосливной грани (глава 2). Характер изменения осредненных давлений на вертикальных и горизонтальных гранях ступеней также аналогичен рассмотренному в главе 2.

Существенное насыщение низовой части потока воздухом (С около 0,10) и снижение скоростей течения по сравнению с определенными при отсутствии потерь напора, обеспечивают защиту ступенчатой водосливной грани от кавитационной эрозии для водосброса с плоским гребнем.

На основе данных о глубинах потока на водосливной грани могут быть установлены высоты ограждающих стен водосброса на различных участках. Для проекта ступенчатого водосброса высота ограждающих стен должна быть принята максимальной из полученных при исследовании условий пропуска строительных и эксплуатационных расходов.

Последовательность проектирования элементов ступенчатого водосброса с плоским гребнем аналогична рассмотренной во второй главе и отличается только выбором конструкции гребня. В низовой части горизонтального порога следует предусмотреть скругленный участок, координаты которого определяются по уравнению движения материальной точки.

В четвертой главе приводятся данные о проектировании элементов водобойного колодца за ступенчатым водосбросом.

При устройстве за ступенчатым водосбросом водобойного колодца и образовании в нем гидравлического прыжка удается обеспечить практически полное гашение энергии потока. Экспериментальные исследования выполнены на модели для водобойного колодца с горизонтальным участком его дна длиной 0,95 м и низовым участком с уклоном 1:3 высотой 0,60 м (рис. 1).

В результате исследований установлено, что за ступенчатым водосбросом наиболее эффективна конструкция водобойного колодца, обеспечивающая значительное затопление гидравлического прыжка, когда сжатое сечение прыжка располагается на водосливной грани. В рассмат-

риваемых исследованиях коэффициент затопления прыжка г| = , где йф - глубина в нижнем бьефе, Л2 - вторая сопряженная глубина гидравлического прыжка, изменялся от 1,5 до 2,5.

На основе обобщения экспериментальных данных о положении сжатого сечения гидравлического прыжка на водосливной грани составлена следующая зависимость:

А* — к ,,

~г—~ = 3,52 г) , (3)

К-К

где /гх - превышение свободной поверхности потока над поверхностью дна колодца в месте ее сопряжения с вальцом гидравлического прыжка, Лф - глубина нижнего бьефа; И\ и И2- первая и вторая сопряженные глубины гидравлического прыжка.

При конструировании водобойного колодца определяется толщина его плит и высота ограждающих стен. Для этого необходимы данные о гидродинамическом воздействии потока на дно водобойного колодца и о максимальных уровнях воды. Распределение осредненных пьезометрических напоров по длине колодца имеет в его начальной части минимум по сравнению с определенным, исходя из УНБ. Значения минимальных осредненных напоров на дно колодца составляют (12 - 18)/;,, где - глубина потока в сжатом сечении прыжка. Минимальные давления зафиксированы на расстоянии (15 - 25)/* г от подошвы плотины.

Интенсивность пульсаций давления (отношение стандартов к скоростному напору в сжатом сечении прыжка) составляет 0,03 - 0,04.

На основании сопоставления экспериментальных данных о пульсации давления в точке и пульсации нагрузки на плиту водобойного колодца определено среднее значение коэффициента осреднения точечных пульсаций к0 для квадратной плиты с размером стороны (2,0 -н 4,0)И] , составляющее около 0,6.

Предлагается следующая последовательность расчета параметров потока и толщины плит водобойного колодца.

1. Установление положения сжатого сечения гидравлического прыжка на водосливной грани

Положение сжатого сечения затопленного гидравлического прыжка на водосливной грани определяется по зависимости (3).

2. Определение скоростей течения у дна водобойного колодг\а

Скорости течения на водосливной грани после входа струи в воду

интенсивно уменьшаются, а вдоль дна колодца остаются примерно постоянными.

3. Определение осредненных пьезометрических давлений на дно водобойного колодца

Осредненные пьезометрические давления определяются с использованием экспериментальных данных в зависимости от параметров потока в сжатом сечении гидравлического прыжка и от коэффициента его затопления.

4. Определение пулъсационной составляющей давления

На основе экспериментальных данных стандарты пульсаций о принимаются равными 4% от скоростного напора в сжатом сечении гидравлического прыжка. Значение максимальной составляющей взвешивающего давления принимается равным 4ст при обеспеченности пульсации давления 0,01%.

5. Определение толщины плит крепления

Определение толщины плит водобоя выполняется при квазистатическом принципе приложения нагрузок по условию недопущения вертикального подъема плиты из соотношения:

где б] - вес плиты, уменьшенный на вес вытесненной ею воды; Р - наибольшее значение вертикально направленной взвешивающей плиту гидродинамической нагрузки; пс и к„ - коэффициенты сочетания нагрузок и надежности соответственно. Вертикальная гидродинамическая нагрузка Р определяется следующим образом:

где Р - гидростатическое давление на плиту, 2 - противодавление со стороны нижнего бьефа, Р' = 4коу - наибольшее значение пульсацион-ной составляющей нагрузки.

Пятая глава посвящена обоснованию преимуществ ступенчатого водосброса по сравнению с традиционным вариантом гладкой водосливной грани, примеру обоснования конструкции ступенчатого водосброса для Богучанской ГЭС, сравнению различных вариантов конструкций водосброса для этого гидроузла.

Ступенчатая водосливная грань обеспечивает большее гашение энергии потока, поэтому средние по глубине скорости течения в ее нижней части примерно в два раза меньше, чем для гладкой грани. Поток на ступенчатой водосливной грани интенсивно аэрирован.

Сжатое сечение гидравлического прыжка расположено на ступенчатой водосливной грани выше по течению, чем для варианта с ее гладкой поверхностью при одинаковых условиях пропуска расходов. Скорости течения на дне водобойного колодца у подошвы плотины практически в два раза ниже, осредненные пьезометрические давления на плиты колодца на 20 - 30% больше, а стандарты пульсации нагрузки в 2 - 3 раза меньше. Поэтому по расчету толщина плит колодца за ступенчатым во-

(4)

р = р + г+р',

(5)

досбросом примерно в 2 раза меньше, чем за водосбросом с гладкой водосливной поверхностью.

На основе результатов исследований для дополнительного водосброса Богучанского гидроузла с плотиной высотой 84 м, рассчитанному на пропуск удельных расходов до 34+45 м2/с отработана конструкция ступенчатого варианта водосброса (рис. 6). Для этого использованы экспериментальные данные, рассмотренные в главе 2, пересчитанные на натуру по масштабу 1:30.

К характерным особенностям конструкции водосброса относятся: выполнение безвакуумного водосливного оголовка при профилирующем напоре 10,5 м, устройство уступа высотой 3,6 м в концевом створе быков, выполнение переходного участка из ступеней высотой 0,5 м, устройство ступеней высотой 1,5 м на водосливной грани.

Защита поверхности ступеней водосброса от кавитационной эрозии обеспечивается невысокими скоростями течения, которые на всей длине грани до створа входа струи в воду не превышают 20 м/с, интенсивным насыщением потока воздухом (у дна водосливной грани составляет 10 - 15%), отсутствием вакуума на гранях ступеней.

В водобойном колодце за ступенчатым водосбросом образуется затопленный гидравлический прыжок, сжатое сечение которого располагается на водосливной грани. Скорости течения в транзитной струе у подошвы плотины снижаются до 10 м/с, а при выходе потока в русло нижнего бьефа достигают бытовых значений 3 - 4 м/с.

Необходимая толщина плиты дна водобойного колодца по расчету на основе экспериментальных данных составляет 4,5 м.

Для обеспечения пропуска строительных расходов через недостроенный ступенчатый водосброс Богучанской ГЭС отработана конструкция его временного порога. Высота водосброса в этот период составляет 61,5 м, а его гребень принят горизонтальным (рис. 7).

Рис. 7. Ступенчатый водосброс строительного периода

Для выбора оптимальной конструкции дополнительного водосброса Богучанской ГЭС сравнивается 4 возможных варианта водосброса, отличающиеся способами гашения энергии и сопряжением бьефов. Преимуществами варианта выполнения ступенчатого водосброса по сравнению с другими вариантами является возможность использования готового котлована, меньшая стоимость работ и материалов, технологичность и высокая скорость бетонирования ступенчатой водосливной грани.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проанализирован и обобщен отечественный и мировой опыт проектирования и обоснования ступенчатых водосбросов. Отмечено, что применение ступенчатых водосбросов позволяет уменьшить гидродинамические воздействия на водобойные устройства, сократить их размеры, снизить воздействие потока на русло реки в нижнем бьефе.

2. Разработана и обоснована конструкция ступенчатого водосброса, состоящего из гладкого водосливного оголовка, переходного участка из ступеней небольшой высоты и ступенчатой водосливной грани. Характерной особенностью этой конструкции является уступ на водосливной грани с высотой, который совмещается с концевым створом быков.

Рассматриваемая конструкция ступенчатого водосброса применима для бетонных плотин высотой 40 - 100 м при максимальных удельных расходах 30 - 50 м2/с в условиях отсутствия необходимости в пропуске льда через гребень водосброса и его работы при отрицательных температурах воздуха.

3. Для обеспечения пропуска строительных расходов разработана и обоснована конструкция временного порога ступенчатого водосброса, основными особенностями которой является горизонтальный плоский гребень, заканчивающийся скругленным участком и уступом, совмещенным с концевым створом быков водосброса.

4. При разработке элементов конструкций ступенчатого водосброса получены и обобщены экспериментальные данные о гашении энергии на его водосливной грани, значениях коэффициентов гидравлического трения и параметрах потока (скоростях течения и воздухосодержании), а также об осредненных пьезометрических давлениях на вертикальных и горизонтальных гранях ступеней. На основе этих данных выполнена оценка кавитационной безопасности ступеней, составлена методика определения параметров потока на тракте ступенчатого водосброса и проектирования элементов конструкции водосброса.

5. В результате обобщения материалов исследований о распределении параметров потока, осредненных и пульсационных составляющих гидродинамического давления в затопленном гидравлическом прыжке составлена методика их определения, позволяющая проектировать элементы водобойного колодца.

6. Разработана конструкция ступенчатого водосброса применительно к дополнительному водосбросу Богучанской ГЭС, определены оптимальные габариты ступеней, высота уступа для аэрации потока и отметки верха ограждающих стен. Для условий пропуска строительных расходов разработана конструкция временного порога этого водосброса с горизонтальным гребнем, характеризующаяся скругленным участком на выходе с порога и уступом, совмещенным с концевым створом быков.

7. В сопоставлении с различными вариантами конструкции дополнительного водосброса Богучанской ГЭС показаны преимущества ступенчатого варианта водосброса.

8. Дальнейшие исследования ступенчатых водосбросов должны быть направлены на разработку мероприятий по обеспечению их эксплуатации в суровых климатических условиях.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Особенности состояния бетонных сооружений Богучанской ГЭС // Гидротехническое строительство. 2007. №11. С. 26 - 30 (в соавторстве с A.JI. Воробьевым, В.П. Гребенщиковым, С.Е. Лисичкиным, О.Д.Рубиным).

2. Разработка конструкции водосброса №2 Богучанского гидроузла // Гидротехническое строительство. 2009. №3. С. 2 - 9 (в соавторстве с А.В.Толошиновым, В.А.Прокофьевым и Г.А.Судольским).

3. Выбор конструкции концевого устройства поверхностного водосброса № 2 Богучанской ГЭС // Гидротехническое строительство. 2009. № 3. С. 10-15 (в соавторстве с А.В.Толошиновым, А.П.Гурьевым, Д.В.Козловым, Н.В.Хановым).

4. Выбор оптимального варианта водосброса №2 Богучанской ГЭС // Гидротехническое строительство. 2009. №3. С. 16 - 21 (в соавторстве с A.B. Толошиновым).

Типография ООО «Наша Марка» 195220, Санкт-Петербург, Гжатская, 21. Объем 1,0 п.л. Тираж 100. Заказ 11.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И СТРОИТЕЛЬСТВА СТУПЕНЧАТЫХ ВОДОСБРОСОВ.

1.1. Общие сведения о ступенчатых водосбросах.

1.2. Конструкции ступенчатых водосбросов.

1.2.1. Выбор высоты ступеней.

1.2.2. Конструкция водосливного оголовка.

1.2.3. Область применения традиционных ступенчатых водосбросов.

1.2.4. Примеры конструкций ступенчатых водосбросов.

1.2.5. Конструктивные мероприятия для обеспечения безопасного пропуска значительных удельных расходов.

1.2.6. Возведение ступенчатых водосбросов в суровых климатических условиях.

1.3. Гидравлические исследования ступенчатых водосбросов.

1.3.1. Режимы течения на ступенчатых водосбросах.

1.3.2. Потери напора по длине потока и оценка коэффициента скорости.

1.3.3. Осредненные и пульсационные составляющие давления на ступенях. Прогноз кавитации.

1.4. Натурные данные об условиях пропуска расходов через ступенчатые водосбросы.

1.4.1. Результаты пропуска расходов через ступенчатые водосбросы.

1.4.2. Данные о повреждениях ступенчатых водосбросов.

1.5. Выводы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СТУПЕНЧАТОГО ВОДОСБРОСА В ТЕЛЕ ВЫСОКОЙ БЕТОННОЙ ПЛОТИНЫ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Экспериментальная установка.

2.3. Методика проведения исследований.

2.4. Конструкция переходного участка ступенчатого водосброса.

2.5. Определение оптимальной высоты ступеней на водосливной грани.

2.5.1. Режимы течения на водосливной грани.

2.5.2. Условия гашения энергии на водосливной грани.

2.5.3. Определение нагрузок на ступени.

2.5.4. Разработка мероприятий по борьбе с кавитационной эрозией ступеней.

2.6. Определение высоты ограждающих стен ступенчатого водосброса.

2.7. Методика расчета и проектирования элементов ступенчатого водосброса.

2.8. Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СТУПЕНЧАТОГО ВОДОСБРОСА С ПЛОСКИМ ГРЕБНЕМ.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Экспериментальная установка и методика проведения гидравлических исследований.

3.3. Разработка конструкции гребня водосброса.

3.4. Оптимизация размера ступеней на водосливной грани.

3.4.1. Режимы течения на водосливной грани.

3.4.2. Условия гашения энергии на водосливной грани.

3.4.3. Определение нагрузок на ступени.

3.4.4. Разработка мероприятий по борьбе с кавитационной эрозией ступеней.

3.5. Определение высоты ограждающих стен ступенчатого водосброса.

3.6. Методика расчета, проектирования и обоснования элементов ступенчатого водосброса с плоским гребнем.

3.7. Выводы.

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОБОЙНОГО КОЛОДЦА ЗА СТУПЕНЧАТЫМ ВОДОСБРОСОМ.

4.1. Определение условий работы водобойного колодца.

4.2. Проектирование конструкции крепления дна водобойного колодца.

4.2.1. Осредненные пьезометрические давления на дно колодца.

4.2.2. Статистические характеристики пульсации давления на дно водобойного колодца.

4.3. Методика обоснования и проектирования элементов водобойного колодца.

4.4. Выводы.

ГЛАВА 5. ОБОСНОВАНИЕ ПРЕИМУЩЕСТВ СТУПЕНЧАТОГО ВОДОСБРОСА.

5.1. Оценки гашения энергии и условий кавитационной безопасности водосбросов с гладкой и ступенчатой водосливными гранями.

5.2. Конструкция ступенчатого водосброса на примере Богучанской ГЭС.

5.3. Сравнение различных конструкций для сопряжения бьефов за высокой бетонной плотиной.

5.4. Выводы.

Традиционно для высоких бетонных плотин применяют поверхностные водосбросы, а схему сопряжения бьефов осуществляют отбросом струи или гашением энергии в водобойном колодце. Ступенчатые водосбросы применялись ранее только для пропуска небольших расходов. За рубежом в последнее время в связи с интенсивным строительством плотин из укатанного бетона в их теле часто устраиваются ступенчатые водосбросы. В РФ ступенчатые водосбросы пока не получили достаточного распространения, такие конструкции применялись только для защиты низового откоса невысоких грунтовых переливных плотин.

Размеры водобойного колодца за поверхностными водосбросами в теле бетонных гравитационных плотин, определяющиеся необходимостью практически полного гашения энергии, оказываются весьма существенными. Поэтому для вы соких бетонных плотин актуальна проблема гашения избыточной энергии потока. В случае устройства ступенчатого поверхностного водосброса в теле таких плотин на водосливной низовой грани должно обеспечиваться гашение энергии и размеры водобойного колодца несколько уменьшиться, что обеспечит значительный технико-экономический эффект.

Таким образом, работа по разработке конструкции ступенчатого водосброса для высоких бетонных плотин представляется актуальной и необходимой.

На защиту выносятся:

1. Обобщение мирового и отечественного опыта проектирования ступенчатых водосбросов.

2. Результаты экспериментальных исследований по изучению параметров потока на ступенчатой водосливной грани и в водобойном колодце.

3. Обобщение результатов исследований о распределении параметров потока, осредненных и пульсационных составляющих давления с целью оценки ка-витационной безопасности конструкции.

4. Рекомендации для проектирования элементов конструкции ступенчатого водосброса в периоды строительства и эксплуатации гидроузла.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В работе проанализирован и обобщен отечественный и мировой опыт проектирования и обоснования ступенчатых водосбросов. Отмечено, что применение ступенчатых водосбросов позволяет уменьшить гидродинамические воздействия на водобойные устройства, сократить их размеры, снизить воздействие потока на русло реки в нижнем бьефе.

2. Разработана и обоснована экспериментальными гидравлическими исследованиями конструкция ступенчатого водосброса в теле высокой бетонной плотины, состоящего из безвакуумного водосливного оголовка, переходного участка из ступеней небольшой высоты и ступенчатой водосливной грани. Характерной особенностью этой конструкции является уступ на водосливной грани с высотой большей высоты ступеней, который совмещается с концевым створом быков, расположенных на гребне водосброса.

Рассматриваемая конструкция ступенчатого водосброса применима для бетонных плотин высотой 40 — 100 м, при максимальных удельных расходах от 30 о до 50 м /с в условиях отсутствия возможности пропуска льда через гребень водосброса и работы водосброса при отрицательных температурах воздуха.

3. Для обеспечения пропуска строительных расходов при недостроенном ступенчатом водосбросе разработана конструкция временного порога этого водосброса, основными особенностями которой является горизонтальный плоский гребень, заканчивающийся скругленным участком и уступом, совмещенным с концевым створом быков водосброса.

4. При разработке конструкций ступенчатого водосброса для пропуска эксплуатационных и строительных расходов обобщены экспериментальные данные об условиях их работы, гашении энергии на его водосливной грани, значениях коэффициентов гидравлического трения X (определяющего глубины потока), и параметрах потока (скоростях течения и воздухосодержании), а также об осредненных пьезометрических давлениях на вертикальных и горизонтальных гранях ступеней различной высоты. На основе этих данных составлена методика определения гидравлических параметров потока на тракте ступенчатого водосброса и проектирования элементов конструкции водосброса.

5. Установлено, что гашение энергии на ступенчатой водосливной грани, характеризующееся коэффициентом скорости ср, зависит от высоты плотины, удельного расхода и высоты ступеней. Окончательная диссипация энергии потока за ступенчатым водосбросом должна осуществляться в водобойном колодце с целью улучшения условий течения в нижнем бьефе. В результате обобщения материалов исследований о распределении гидравлических параметров потока (скоростей течения, воздухосодержания, осредненных и пульсационных составляющих гидродинамического давления и нагрузки) в затопленном гидравлическом прыжке составлена методика их определения, позволяющая запроектировать элементы водобойного колодца, определить толщину плит его крепления. Образование затопленного гидравлического прыжка в водобойном колодце за ступенчатым водосбросом приводит к снижению скоростного воздействия потока на нижние ступени водосливной грани и соответственно к снижению требований к их кави-тационной безопасности.

6. Разработана конструкция ступенчатого водосброса применительно к дополнительному водосбросу Богучанской ГЭС, определены оптимальные габариты ступеней, высота уступа для аэрации потока и отметки верха ограждающих стен. Для условий пропуска строительных расходов разработана конструкция временного порога этого водосброса, характеризующаяся скругленным участком на выходе с порога и уступом, совмещенным с концевым створом быков. Экспериментальные исследования позволили получить данные для проектирования этого водосброса, определения конфигурации и габаритных размеров водосброса, подбору состава бетона и разработки схемы его армирования. Защита конструкций водосброса от кавитационной эрозии осуществляется путем подвода воздуха через уступ на ступенчатой водосливной грани, совмещенный с концевым створом быков на гребне водосброса.

7. В сопоставлении с различными вариантами конструкции дополнительного водосброса Богучанской ГЭС показаны преимущества ступенчатого водосброса. По сравнению с аналогичным вариантом водосброса с гладкой водосливной поверхностью выполнение ступенчатой водосливной грани за счет дополнительного гашения энергии приводит к уменьшению размеров проектируемого за ним водобойного колодца, сокращению толщины плит крепления, а также к отсутствию необходимости в разработке жестких требований к качеству бетона и допустимой высоте выступов неровностей из-за меньших скоростей течения и интенсивного воздухосодержания особенно у дна грани. При технико-экономическом сравнении вариантов выявлено, что конструкции ступенчатого водосброса при минимизации затрат обеспечивает сокращение сроков возведения водосброса и может быть рекомендована для строительства.

1. Аль-Али Абдельразак. Научное обоснование методов расчета и проектирования высокопороговых водосбросных плотин со ступенчатой сливной гранью. Автореферат диссертации. МГУП, М., 2000, 22с.

2. Ахмедов Т.Х. Размыв скального русла. Издательство Наука, Алма-Ата, USSA, 1982.

3. Богомолов А.И., Боровков В.С, Майрановский Ф.Г. Высокоскоростные потоки со свободной поверхностью. М.: Стройиздат, 1979.

4. Войнов Ю.П., Прудовский A.M., Смирнов JI.B. Экспериментальные приемы определения размыва скального русла // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Вып. 52. Госэнергоиздат, 1969.

5. Волынчиков А.Н., Толошинов А.В. Выбор оптимального варианта водосброса №2 Богучанской ГЭС // Гидротехническое строительство. 2009. №3. С. 16-21.

6. Воробьев A.JL, Гребенщиков В.П., Лисичкин С. Е., Рубин О.Д. Особенности состояния бетонных сооружений Богучанской ГЭС // Гидротехническое строительство, 2007, №11, С. 26 30.

7. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений. Справочное пособие.- М., Энергоатомиздат, 1988.

8. Гордиенко П.И. Железобетонно-земляные водосливные плотины // Плотины и водосливы: СПб. тр. №61. М.:МИСИ, 1970. Вып.2.

9. Ивашинцов Д.А., Климович В.А., Векслер А.Б., Швайнштейн A.M. // Гидротехническое строительство, 2003, №8.

10. Исследования пульсации давления на дне водобойного колодца Саянского гидроузла / Камолкин В.В., Песин Г.В., Сапожников Л.Б. и др. // Известия ВНИИГ, т. 106, 1974, с.84 99.

11. Каплинский С.В. Водотоки усиленной шероховатости в гидроэнерго-строительстве. JL: Госэнергоиздат, 1950.

12. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений. Энергия, Москва,1967.

13. Лятхер В.М. Турбулентность в гидросооружениях. Энергия, М., 1968.

14. Малаханов В.В. О концепции безопасности гидротехнических сооружений / Гидротехническое строительство, 2003, №9.

15. Мирзоев М.И. Гидравлические условия работы высокопороговых водосбросных плотин со ступенчатой сливной гранью. Автореферат диссертации. МГУП, М., 2005, 22 с.

16. Правдивец Ю.П. Ступенчатые водосбросы в мировой и отечественной гидротехнике//Гидротехническое строительство, 1993, №10.

17. Родионов В.Б., Куприянов В.П. Организация пропуска паводков в стесненных горных условиях на гидроузле Коусар (Иран) // Безопасность энергетических сооружений, 1999, НИИЭС, вып. 4, с. 172-182.

18. Рубинштейн Г.Л. Лабораторные исследования местного разрушения скалы в нижних бьефах высоких водосливных плотин. Труды координационных совещаний по гидротехнике, Вып. 7, Госэнергоиздат, 1963.

19. Слисский С.М. Гидравлика зданий гидроэлектростанций. М., Энергия,1970.

20. Слисский С.М. Гидравлические расчеты высоконапорных гидротехнических сооружений. М., Энергоатомиздат, 1986.

21. СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. М.: ЦИТП Госстроя России, 2004.

22. Толошйнов А.В., Гурьев А.П., Козлов Д.В., Ханов Н.В. Волынчиков А.Н. Выбор конструкции концевого устройства поверхностного водосброса №2 Богучанской ГЭС // Гидротехническое строительство, 2009, №3, С. 10 15.

23. Толошинов А.В., Волынчиков А. Н., Прокофьев В.А., Судольский Г.А. Разработка конструкции водосброса №2 Богучанского гидроузла // Гидротехническое строительство. 2009. №3. С. 2 9.

24. Хапаева А.К. Гидродинамическое воздействие на дно потока в гидравлическом прыжке и за ним // Труды координационных совещаний по гидротехнике, вып.52, Энергия, JI. 1969.С.618 628.

25. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов. Изд-во по строительству. М.,1969.

26. Чугаев P.P. Гидравлика Ленинград, Энергоиздат, 1982.

27. Шарп Дж. Гидравлическое моделирование. М., Мир, 1984.

28. Швайнштейн А. М. Ступенчатые водосливные плотины и гашение энергии // Гидротехническое строительство, 1999, №5, С. 15-21.

29. Швайнштейн A.M., Алексеевская М.В., Люлина Г.Б. Гидравлические условия работы водосливных ступенчатых плотин, рассчитанных на пропуск значительных удельных расходов // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева / Сборник научных трудов. Т.253. 2009 .

30. Швайнштейн A.M., Судольский Г.А. Гидродинамическое воздействие на низовую грань ступенчатых плотин // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева / Сборник научных трудов. 2000.Т.236 , С. 37 44.

31. Швайнштейн A.M. Исследования гидравлических условий работы ступенчатых водосливных плотин // Международный симпозиум. Гидравлические и гидрологические аспекты надежности и безопасности гидротехнических сооружений, СПб, 2002.

32. Air inception and pressure fields over a spillways in transition flow regime / Fratino U., Amador A., Valenzano B. and ets. Proc. of the XXX IAHR Congress. Thes-salonica. 2003. Theme D. P. 711-716.

33. Amador A. Sanchez M., Dolz J. Discussion of "Two-phase flow characteristics of stepped spillways" by R. M. Boos and W. H. Hager, Jour of Ну dr. Engineering. 2005. V. 131. №5. P. 421-423.

34. Amador A., Sanchez M., Dolz J. Characterization nonaeration flow region in a stepped spillway by PIV. Journal of Fluid Engineering. November. 2006. V.128. P. 1266-1273.

35. Barani G.A., Rahnama M.B., Sohrabipoor N. Investigation of Flow Energy Dissipation over Different Stepped Spillways. American Journal of Applied Sciences. 2005. V. 2. P. 1101-1105.

36. Bindo M., Goatter J., Lacroix. The stepped spillway of M'Bali dam // Int. Wa-ter Power and Dams Construction, 1993. V.45, №11.

37. Boes R., Minor H.-E. Hydraulic design of stepped spillways for RCC dams // Hydropower &Dams. Issue Three. 2002. P. 87-91.

38. Burec debits first rollcrete dam // Engineering News Record, 1984. V. 212,13.

39. Carosi G., Chanson H. Self-similarity of air-water flows in skimming flows on stepped spillways. Proc. 32th IAHR Biennial Congress. Venice. Italy. Topic C2. 10 pages.

40. Carosi G., Chanson H. Turbulence characteristics in skimming flows on stepped spillways. Can. J. Civ. Eng. V. 35. P. 865 880.

41. Chanson H. A review of accidents and failures of stepped spillways and weirs. Proc. Instn Civ. Engrs Water and Mariitime Engrg. UK. V.142, Dec. P. 177-188.

42. Chanson H. Drag reduction in skimming flow on stepped spillways by aeration. Jour, of Hydraulic Research. 2004. V. 42, №3. P. 316-322.

43. Chanson H. Energy Dissipation on Stepped Spillways-Discussion. JI of Hyd. Engrg., ASCE, V. 121, № 1. P. 80-82.

44. Chanson H. Hydraulic Design of Stepped Spillways and Downstream Energy Dissipators. Dam Engineering. 2001. V. 11. № 4. P. 205-242.

45. Chanson H. Hydraulic of stepped spillways; current status. Journal of hydraulic engineering. September. 2000. P. 636 637.

46. Chanson H. Hydraulics of skimming flows on stepped chutes: The effects of inflow conditions. Journal of Hydraulic Research. 2006. V. 44, № 1. P. 51-60.

47. Chanson H. Hydraulics of skimming flows over stepped channel and spillways // Jour Hydr. Research. 1994. № 3.

48. Chanson H. Jet Flow on Stepped Spillways Discussion." J1 of Hyd. Engrg., 1995. V. 121, № 5. P. 441-442.

49. Chanson H. Model Study of a Roller Compacted Concrete Stepped Spillway. Journal of Hydraulic Engineering, 1997. V. 123, № 10. P. 931-933.

50. Chanson H. Physical modeling, scale effects and self similarity of stepped spillway flows. World Environmental and Water Resources Congress. 2008. Ahupua. P. 1-10.

51. Chanson H., Gonzalez C. Physical modelling and scale effects of air-water flows on stepped spillways. Journal of Zhejiang University SCIENCE. 2005. V.6. P. 243 250.

52. Chanson H., Gonzalez C. Recent advances in stepped spillway design: air-water flow on stepped chutes, embankment dam stepped spillway and other considerations. Fluvial, Environmental and coastal developments in hydraulic engineering. London. P. 81.

53. Chanson H., Toombes L. Air-Water Mass Transfer on a Stepped Waterway. Journal of environmental engineering. October. 2005. P. 1377 1386.

54. Chanson H., Toombes L. Energy dissipation and air entrainment in stepped storm waterway: experimental study. Journal of irrigation and drainage engineering, September-October. 2002. P. 305-315.

55. Chanson H., Toombes L. Experimental investigation and skimming flows down a stepped chute. Can. J. Civ. Eng. V. 29. 2002. P. 145 156.

56. Chanson H., Toombes L. Hydraulics of stepped chutes: The transition flow. Journal of Hydraulic Research Vol. 42, 2004, № 1. P. 43-54.

57. Chanson H., Toombes L. Strong interaction between free-surface aeration and turbulence in open channel flow. Experimental Thermal and Fluid Science. 2003. V. 27. P. 525 535.

58. Chanson H., Yasuda Y., Ohtsu I. Flow resistance in skimming flow and its modelling, Can J1 of Civ. Eng., V. 29, №6, P. 809 819.

59. Chanson H., Yasuda Y., Ohtsu I. Flow resistance in skimming flow: A critical review. Proc. Intl. Workshop of Hydraulics of stepped chutes and spillways. Ed. Balkema-Rotterdam, 2000, P. 95-102.

60. Chanson, H. Characteristics of Skimming Flow over Stepped Spillways. Discussion." J1 of Hyd. Engrg. V. 126, №11, P. 862-865.

61. Chanson, H. Enhanced Energy Dissipation in Stepped Chutes. Discussion." Proc. Instn Civ.Engrs Water and Maritime Engrg. V. 154, №4, P. 343-345.

62. Chanson, H. Hydraulic of stepped spillways and cascades. Inter. Conference on hydraulics in civil engineering. 1994. P. 217 222.

63. Chanson, H. Stepped Spillway Flows and Air Entrainment. Can J1 of Civ. Eng., 1993. V. 20, №3, P. 422-435.

64. Characteristic depth and pressure profiles in skimming flow over stepped spillways / Matos J., Sanchez M., Quintela A., Dolz J. Proc. of the XXXVIII IAHR Congress, Graz, 1999, Th. D.

65. Chinnarasri C. Assessing the flow resistance of skimming flow. Dam Engineering. 2002. V.12. №4. P. 303 321.

66. Diez-Cascon J., Blanco J. L., Revilla J., Garcia R. Study on the hydraulic be-havior of stepped spillways. Int. Water Power and Dam Construction. 1991. V. 43. №9. P. 22-26.

67. Dolen T. P., Richardson A. T. Slip formed concrete failing for roller compacted concrete dams. Trans, of the 16th ICOLD, San Francisco, 1988, V. 3, P. 397 -416.

68. Felder S., Chanson H. Energy dissipation, flow resistance and gas-liquid inter-facial area in skimming flows on moderate-slope stepped spillways. Environ Fluid Mech. 2009. V.9. P. 427-441.

69. Felder S., Chanson H. Turbulence intensity and integral turbulent scales on a stepped spillway in skimming flows. 2nd IJERW on Hydraulic Structures, Pisa, Italy. P. 89-96.

70. Felder S., Chanson H. Turbulence, dynamic similarity and scale effects in high-velocity free-surface flows above a stepped chute. Exp. Fluids. 2009. V. 47. P. 118.

71. Field observation on the RCC stepped spillways with the flaring pier gate on the Dachaoshan project / Guo J., Liu Z., Liu J. and Lu Y. Proc. of the XXX 1AHR Congress. 2003. Thessalonica, theme D. P. 473-478.

72. Gonzalez C. Experimental study of free-surface aeration and turbulent processes down an embankment dam stepped spillway. XXX IAHR Congress. Thessalonica, Greece. Experimental Methods, Hydraulic Structures and Ecohydraulics. P. 916.

73. Gonzalez C. Flow Resistance and Design Guidelines for Embankment Stepped Chutes. Dam and Reservoirs, Societies and Environment in 21th Century. Berga. P. 1015 1023.

74. Gonzalez C., Chanson H. Air entertainment and energy dissipation on embankment spillways. Inter, symposium on hydraulic structures. Venezuela. 2006.

75. Gonzalez C., Chanson H. Hydraulic design of stepped spillways and downstream energy dissipators for embankment dams. Dam Engineering. V. XWII. Issue 4. P. 223 244.

76. Gonzalez C., Chanson H. Turbulence and cavity recirculation in air-water skimming flows on a stepped spillway. Journal of Hydraulic Research. 2008. V. 46, №1. P. 65-72.

77. Gonzalez C., Takahashi M., Chanson H. An experimental study of effects of step roughness in skimming flows on stepped chutes Journal of Hydraulic Research. 2008. V. 46, Extra Issue 1. P. 24-35.

78. Gonzalez C., Chanson, H. Interactions between Cavity Flow and Main Stream Skimming Flows: an Experimental Study. Can J1 of Civ. Eng., 2004. V. 31, №1. P. 33-44.

79. Gonzalez C., Chanson, H. Scale Effects in Moderate Slope Stepped Spillways Experimental Studies in Air-Water Flows. 8th National Conference on Hydraulics in Water Engineering. Australia. 2004. P. 8-28.

80. Hansen K.D. Roller-Compacted concrete for overtopping protection of embankment dams//Proc/ of 12-th annual USCOLD Meeting. Fort Worth. 1992.

81. He Guangtong, Hong Xiankang. The integral RCC dam design characteristics and optimization design of its energy dissipater in Shuidong hydropower station. Roller compacted concrete dam. Proc. of the Int. Symposium. Madrid. 1995. P. 405 -412.

82. Houston K. L., Richardson A. T. Energy dissipation characteristics of a stepped spillway for an RCC dam. The Int. Symposium on Hydraulics for High Dams, Beijing. 1988. P. 91 -98.

83. Iguacel С. M., Gargia V.E. The use of stepped spillways in energy dissipation. Int. Symposium on Dams and Extreme Floods. Granada. 1992. V. l.P. 251-258.

84. Iwao Ohtsu, Yonichi Yasuda. Characteristics of flow conditions on stepped channels. Proc. of the 27th Congress IAHR. San-Francisco. 1997. T. D. P. 583-588.

85. Jardin В.J. La Puebla de Cazalla's dam spillway with rolled concrete steps. Int. Symposium on Dams and Extreme Floods, Granada. 1992. V. LP. 251-258.

86. Large Dams in China. A Fifty Year Review. Editors Jiazheng Pan, Jing He. China Water Press, Beijing. 2000.

87. Mason P.J., Hinks J.L. Security of stepped masonry spillways: lesson from Ulley dam. Dam and Reservoirs. 2008. V. 18. №1. P. 5-8.

88. Matos J. Roller compacted concrete and stepped spillways: From new dams to dam rehabilitation. Dam Maintenance and Rehabilitation. Lianos et al. (eds), Swets and eitlinger, Lisse, 2003. P. 553 560.

89. Matos J., Sanchez M., Quintela A., Dolz J. Characteristic depth and pressure profiles in skimming flow over stepped spillways. XXVII IAHR Congress Proceedings, Graz, 1999.

90. Matos J., Yasuda Y., Chanson H. Interaction between and cavity recirculation in skimming flows down stepped chutes. Proc. 29th IAHR Congress, Theme D, V. 2. Beijing. P. 611-617.

91. Rajaratham N. Skimming flow in stepped spillways // Jour. Hydr. Division. 1990. V.l 16. № 4.

92. Richardson A. Т. Upper Stillwater dam roller compacted concrete design and construction concepts. Trans, of the 15th ICOLD. Lausanne. 1985, V. 2, P. 143 -155.

93. Sanches M., Blade E, Dolz J. Pressers on a stepped spillway Jour of Hydr. Res. 2005. V. 45. №4. P. 505-511.

94. Sanchez M., Blade E., Dolz J. Analysis of pressures on a stepped spillway. Journal of Hydraulic Research. 2008. V. 46. № 3 P. 410-414.

95. Sanchez M., Dolz J. Experimental study of transition and skimming flows on stepped spillways in RCC dams: qualitative analysis and pressure measurements. Journal of Hydraulic Research. 2005. V. 43. № 5. P. 540-548.

96. Sorensen R. M. Stepped spillway hydraulic model investigation // Jour. Hydr. Engineering. 1985. V. Ш. № 12.

97. Takahashi M., Gonzalez C.A., Chanson H. Self-aeration and turbulence in a stepped channel: Influence of cavity surface roughness. International Journal of Multiphase Flow. 2006. V. 32. P. 1370-1385.

98. The Val dam: Hydraulic project criteria and reduced-scale modeling/ N. Alonso, M.A.Bermydez, M.Zueco, Y.Elviro // Dam Safety, Berga (editor), 1998. Balkema, Rotterdam.

99. Tozzi M. An investigation on stepped spillways. Large Brazilian spillways. 2002. P. 185-191.

100. Tozzi M. Residual energy in stepped spillways. Int. Water Power and Dams Construction, 1994, V.46. №5. P. 32-34.

101. Yang Min, Gao Jinhua, Lian Jijan. Study on hydraulic characteristics of ' stepped spillway. Proc. of 29th IAHR Congress, Th. D. V. 1. Beijing. 2001. P. 856-861.

102. Yasuda Y, Ohtsu I. Effect of step cavity area on flow character of skimming flows on stepped chutes. Proc. of the XXX IAHR Congress. 2003. Thessalonica. Th. D. P. 703-710.

103. Yasuda Y., Chanson H. Micro- and macro-scopic of two-phase flow on a stepped chute. XXX IAHR Congress. Thessalonica, Greece. 2003. V. D. P. 695 -703.