Определение нормальной глубины

Нормальная глубина - такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным.

Основная расчетная формула – формула Шези:

,

где - площадь живого сечения, ; С – коэффициент Шези, ;

R – гидравлический радиус, м; - уклон канала

Для трапецеидального сечения

где h – глубина канала, м

 

 

h

m

 

 

 

b

 

Во всех случаях расчета каналов для определения коэффициента Шези С может применяться формула Павловского:

где y=f(n,R)

Приближенно по Павловскому можно считать:

при R<1.0 м

при R> 1.0 м

Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле:

,

где - смоченный периметр, м

для трапецеидального русла

Модуль расхода

Расчетные формулы	Ед. изм.	Назначаемые и определяемые величины
	м	0.8	1.1	1.5
		2.8	4.34	6.82
	м	5.18	6.27	7.71
	м	0.54	0.69	0.89
		43.88	46.22	48.78
		90.29	166.82	314.08

 

 

Определение критической глубины

Критической глубиной называется глубина, отвечающая минимуму удельной энергии сечения.

,

где Э – удельная энергия сечения, м.

где g – ускорение свободного падения, ; - площадь живого сечения при критической глубине, ; - ширина канала поверху при критческой глубине, м

 

0.3	0.83	3.2	0.18
0.7	2.35	4.4	2.95
0.9	3.29		7.12

 

 

Определение критического уклона

Критическим уклоном называется такой уклон, при котором заданный расход проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной , т.е. при соблюдении равенства:

Из этого равенства выражаем

Сравнивая критическую и нормальную глубину, критический и нормальный уклон, делаем вывод о состоянии потока.

>

<

Следовательно спокойное состояние потока.

 

Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего профиля (поперечного сечения)

Гидравлически наивыгоднейшим профилем (ГНП) называется такой, у которого при заданной площади поперечного сечения , уклоне , шероховатости и коэффициенте заложения откоса пропускная способность оказывается набольшей.

Для трапецеидального канала гидравлически наивыгоднейшего сечения относительная ширина определяется по формуле:

При заданной площади живого сечения и уклона расход , средняя скорость течения , гидравлический радиус будут наибольшим, а смоченный периметр - наименьшим. Гидравлический радиус трапецеидального канала при этом равен , т.е. равен половине глубины канала.

0,9	0.54	1.7	0,45	42.21	1.52
1.3	0.78	3.55	0.65	45.64	4.13
1.7	1.02	6.07	0,85	48.31	8.55

 

 

 

Определение скорости течения в канале

 

Средняя скорость по живому сечению в канале, определяется из формулы:

где - площадь живого сечения, в котором необходимо определить скорость.

- гравелистые и песчано-гравелистые грунты

- каналы в плотном гравии, плотной земле, затянутые илистой пленкой

<

<

Следовательно, канал не нуждается в дополнительном креплении.

 

 

Быстроток

При значительных расходах воды, больших уклонах и наличии в воде твердых включений при благоприятных геологических условиях, обеспечивающих устойчивое положение круто наклоненного лотка, наиболее целесообразны быстротоки

Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном больше критического ( > )

 

 

 

Входная часть быстротока в этом случае представляет собой участок сужения с прямолинейными в плане боковыми стенками, сопрягающий подводящий канал с водоскатом. Ширину лотка быстротока рекомендуют принимать ширины подводящего и отводящего каналов. Уклон для входного участка принимают равным уклону дна подводящего канала. Глубина в конце входной части (на изломе) принимается равной критической , а при более чем двукратном превышении критической глубины над нормальной глубиной на водоскате глубина на изломе дна равна

Скорость течения в лотке быстротока бывает высокой и требует применения соответствующего материала для его изготовления. Чаще всего это бетон. Из технико-экономических соображений бетонные быстротоки устраивают прямоугольного сечения ()

При высоких скоростях течения на быстротоке поток захватывает пузырьки воздуха, и в результате этого образуется вводно-воздушная смесь. Это явление (аэрация) приводит к увеличению глубин, что необходимо учитывать в расчетах. Коэффициент шероховатости стенок и дна канала для аэрированного потока приближенно определяется по формуле:

где а – коэффициент аэрации, зависит от значения уклона быстротока