Определение нормальной глубины

Нормальная глубина h₀ – это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным [2,10].

Эта глубина никак не связана с типом искусственного сооружения, а определяется естественным (бытовым) состоянием водотока, поэтому се также называют бытовой глубиной h_б.

Основная расчетная формула - формула Шези:

Q₀ = ω · C · , (2.1)

где ω – площадь живого сечения, м²; С – коэффициент Шези, м^0,5/с;

R – гидравлический радиус, м; i₀ - уклон канала.

Для трапецеидального сечения (рис. 2.1)

ω = (b + m · h) · h, (2.2)

где h - глубина канала, м.

Рис. 2.1

Согласно рекомендациям [2.4] во всех случаях расчета каналов для определения коэффициента Шези С может применяться формула Н.Н. Павловского:

С = · R ^y , (2.3)

где y = f (n, R) .

Приближенно можно по Н.Н. Павловскому считать:

при R < 1,0 м у = 1,5, (2.4)

при R > 1,0 м y = 1,3. (2.5)

Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле

R = , (2.6)

где χ – смоченный периметр, м, и для трапецеидального русла может быть определен

χ = b + 2 · h. (2.7)

Важным показателем при расчете является расходная характеристика (модуль расхода) К₀, м³/с:

К₀ = , м³/с. (2.8)

Расчет выполняют в следующем порядке:

а) определяем необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине h₀₁, вычисляя:

К₀₁ = ;

б) задаваясь числовыми значениями произвольно выбранных глубин h₁, h₂, h₃, … , вычисляем соответствующие расходные характеристики К₁, К₂, К₃, … по формуле

К = ω · C · . (2.9)

Для удобства расчет сводится в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Примечание. Перед вычислением коэффициента Шези С необходимо определять числовое значение показателя степени у;

в) строим кривую K = f (h) по значениям глубин и

соответствующих расходных характеристик: h₁ → К₁, h₂ → К₂, h₃ → К₃, …

Масштаб для построения графика выбирается следующий: для оси глубин в 1 см по вертикали вкладывается 0,2 м (1:20), для оси расходных характеристик масштаб произвольный (рис.2.2);

г) на построенном графике по оси расходных характеристик откладываем числовое значение К₀, поднимаем вертикаль до пересечения с кривой К = f (h) и слева с оси глубин снимаем числовое значение, соответствующее нормальной глубине h₀ (рис.2.3).

Рис. 2.2 Рис. 2.3