Розрахунок русла гідравлічно найвигіднішого профіля

У руслах трапецеїдального перерізу гідравлічно найвигіднішого профілю співвідношення ширини русла по дну до глибини потоку h₀ при рівномірному русі або, як її називають, відносну ширину русла визначаємо за формулою

                                 .                               (1.43)

Необхідно виходити з умов, що при заданому коефіцієнті закладення відкосів m повинне бути співвідношення:

                                 .                                                (1.44)

У таких умовах гідравлічний радіус .

Якщо задаються площа живого перерізу, невідомі ширина русла по дну і глибина протікання потоку по дну, то

                                 .                                   (1.45)

У таких умовах можна визначити і глибину потоку h₀:

                                  .                                 (1.46)

Для полегшення розрахунків значень відносної ширини русла використовують таблиці (додаток 49).

Якщо для розрахунків задаються витрата Q, тип укріплення русла і його ухил то використовують формулу

                                  .                 (1.47)

Підставляючи  і , знайдемо глибину потоку

                                   .                      (1.48)

Приймаючи показник степеня Z=0,700, маємо

                                   ,                            (1.49)

де

                                      .                               (1.50)

Значення A наведені в додатку 49.

 

Приклад 1.9.1. Визначити тип укріплення і поздовжній ухил дна каналу, профіль якого повинен бути гідравлічно найвигіднішим за таких умов:

а) витрата Q =107 м³/с, коефіцієнт закладення відкосів m =2,5, а ширина русла по дну b=1,4 м;

б) Q =1,28 м³/сек; m =0; b = м;

в) Q =1,53 м³/сек; m =; b = м.

Розв’язання:

1) За додатком 49 .

2) .

3) .

4) .

5) За додатком 30 визначаємо укріплення у вигляді дерен на зв’язній основі.

6) За додатком 40 n=0,0275.

7) .

8) За додатком 41 W=55,5 м/с.

9) .

Відповідь: б)         в)

Задачі для розв’язання

1.10.1. Визначити тип укріплення і поздовжній ухил, який повинно мати русло, щоб його профіль був гідравлічно найвигіднішим при умовах:

а) Q =56,4 м³/с; m=1,0; h₀= м.

б) Q = 4,0 м³/с; m =0; h₀= м.

в) Q = м³/с; m =; h₀= м.

Відповідь:

а) укріплення – ________________________

б) укріплення – _______________________

в) укріплення – ________________________

1.10.2. Визначити ширину русла по дну, глибину рівномірного руху і ухил, який повинно мати русло, щоб при гідравлічно найвигіднішому профілі його середня в перерізі швидкість протікання потоку відповідала б для даного типу укріплення допущеній швидкості, якщо:

а) Q =34,4 м³/с; m =2,0; русло закріпляємо доброю бутовою кладкою (бруківкою) з середніх порід;

б) Q =2,6 м³/с; m =; грунт просочують бітумом.

в) Q = м³/с; m =; русло укріплюють дерен в стіну;

Відповідь: а)    б)    в).

 

1.10.3. Визначити ширину русла, глибину і середню в перерізі швидкість протікання потоку, профіль русла гідравлічно найвигідніший при умовах:

а) Q =4,0 м³/с; і =0,001; m=2,0; добре оброблена скеля.

б) Q = 1,84 м³/с; і =; m =0; русло закріплено доброю сухою кладкою;

в) Q = м³/с; і =; m =; канал прокладають у щільній глині;

Вказівки: додаток 40, додаток 49, додаток 41.

Відповідь: а)    б)    в)

 

1.10.4. Визначити глибину води в каналі h, що відповідає гідравлічно найвигіднішому перерізу, якщо ширина каналу b = м; коефіцієнт закладення відкосів m =.

Відповідь:

 

1.10.5. Знайти найвигідніші розміри трапецеїдального каналу довжиною L = м, який з’єднує дві водойми на різних рівнях H =4 м, якщо витрата каналу Q =  м³/с, закладення відкосів m =; грунт – земля (n =1,3).

 

1.10.6. Визначити розміри каналів невеликої зрошувальної системи (додаток 51). Позначки рівней води у вузлових точках (у метрах), довжини окремих ділянок (у кілометрах) і витрати на них (у кубічних метрах за секунду) вказані на схемі. Канали – трапецеїдальні, m = (додаток 50); розміри n / b повинні відповідати найвигіднішим, за умовами місцевості h <2,5 м. Грунт – щільний конгломерат: n =0,8.

Рис. 1.13

 

Приклад розв’язання при т = 2:

Визначаємо модуль витрати  для різних значень глибини h дані заносимо у таблицю. 1.2.

Визначаємо всі показники F, χ, R через h при найвигідніших розмірах при m =2, n/b = 2,1 (додаток 49).

,  .

Таблиця 1.2.

h	F	χ	R		C
2,5	15,6	12,3	1,28	1,13	50	880
2,0	10,0	9,8	1,02	1,00	47	470
1,5	5,6	7,35	0,765	0,875	44	216
1,0	2,5	4,9	0,51	0,74	40	71,4
0,5	0,63	2,45	0,25	0,5	32,2	10,2

За даними табл. 1.2 будуємо криву  (рис. 1.14)

 

Рис. 1.14

 

 

1.10.7. Визначити розміри каналів зрошувальної системи. Позначки рівнів води у вузлових точках мережі, довжини і витрати на окремих ділянках вказані на схемі. Глибина  м. Закладення відкосів m = (додаток 50); розміри каналів найвигідніші (при m =1,5; n/b=1,65). Грунт – земля: n =1,3 (рис. 1.15).

Рис. 1.15

 

1.10.8. Визначити розміри осушувальних каналів. Позначки рівнів води у вузлових точках, довжини окремих ділянок і витрати в них показані на рис.1.15. Канали трапецеїдальні; m=; розміри n/b найвигідніші, глибина не повинна перевищувати 2,5 м. Грунт – піщано-глинистий: n =1,3. Рис. 1.16.

Рис. 1.16