Быстроток

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

Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном больше критического (i₀ > i_k) [2,10].

Рис. 2.8

Гидравлический расчет быстротока сводится к расчету входной части 1, лотка быстротока (водоската) 2 и выходного участка 3 (рис. 2.8).

Поперечное сечение быстротока может отличаться от примыкающих к нему участков канала (подводящего и отводящего) и тогда устраивают переходные участки, пользуясь при их расчетах рекомендациями по расчету сужающихся и расширяющихся бурных потоков [2,3,4].

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 меньше ширины подводящего и отводящего каналов, т.к. благодаря высокой скорости течения на водоскате поперечное сечение потока невелико. Иногда входную часть устраивают в виде лотка той же ширины и формы, что и лоток быстротока. Гидравлический расчет входной части представляет собой расчет незатопленного водослива с широким порогом.

Ширина лотка быстротока может быть задана или определена из
условия поддержания необходимой глубины потока в концевой части
подводящего, канала, т.е. исходя из условия поддержания в подводящем
канале равномерного движения.

Уклон для входного участка принимают равным уклону дна подводящего канала. Глубина в конце входной части (на изломе) h_изл принимается равной критической h_k, а при более чем двукратном превышении критической глубины над нормальной глубиной на водоскате h₀₂ глубина на изломе дна равна (0,7 - 0,8) h_k .

Если лоток быстротока уже, чем отводящий канал, то выходную часть устраивают в виде расширяющегося переходного участка. Характер растекания бурного потока может принимать различные формы. Достаточно равномерное распределение глубин в поперечных сечениях расширяющегося выходного участка с прямолинейными стенками может быть получена лишь при их отклонении меньше чем на 7° от оси потока.

Если ширина и глубина быстротока не ограничены и не определяются конструктивными соображениями, можно принимать гидравлически наивыгоднейшее сечение, рассмотренное в п. 2.1.4.

Расчет водоската заключается в определении на нем глубин и скоростей потока. Поэтому основная задача сводится к расчету и построению кривой свободной поверхности на быстротоке.

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 (m = 0).

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

n_a = а · n, (2.19)

где а – коэффициент аэрации, зависит от значения уклона быстротока i₀, определятся по табл. 2.5.

Таблица 2.5