Гидравлический расчет канала на равномерное движение

В практике проектирования каналов гидротехнических сооружений решается обычно задача определения размеров живого сечения, обеспечивающих пропуск расчетного расхода воды при одновременном выполнении условий устойчивости (на размыв и заиление).

Расчет может быть выполнен одним из известных способов: методом подбора с использованием формулы Шези /2/ или при помощи таблиц (например, способом И.И. Агроскина /3/).

При выполнении расчетно-графической работы рекомендуется расчет вести по формуле Шези:

Q=wC×ÖRi = КÖi (2.1)

где Q - расход воды;

w - площадь живого сечения потока;

C - коэффициент Шези, рекомендуется определять по формуле И.И. Агроскина:

С = 1/n + 17,72lgR,

где n - коэффициент шероховатости стенок

R=w/c - гидравлический радиус;

c - смоченный периметр;

i - гидравлический уклон (при равномерном движении равен уклону дна).

К=wCÖR – расходная характеристика (модуль расхода).

В уравнении (2.1) размеры живого сечения (ширина по дну b и глубина наполнения h) входят неявно. Поэтому расчет выполняется методом подбора.

Наиболее просто решается задача, когда неизвестен один из размеров b или h. В этом случае задаются рядом значений искомой величины (5-6 значений) и для каждого из них последовательно вычисляют площадь живого сечения w, смоченный периметр c, гидравлический радиус R, коэффициент Шези С, модуль расхода К. Необходимые для расчета величины - коэффициент заложения m и коэффициент шероховатости стенок n находят по типу грунта из справочных таблиц. Расчет ведется обычно в табличной форме. По результатам строится график зависимости К=f₁(b) или К=f₂(h), из него по вычисленному значению К_необх= Q/Öi находится искомая величина.

Если неизвестны одновременно b и h, задачу решают тем же способом, предварительно определив относительную ширину канала b=b/h .

При проектировании трапецеидального канала гидравлически наивыгоднейшего профиля используют аналитическое выражение:

b_гн= . (2.2)

В инженерной практике часто применяют формулу С.А. Гиршкана:

b= . (2.3)

По известной величине b, задаваясь, например, рядом значений b, вычисляют h, w, c, R, С, К и, построив график зависимости К=f(b), находят из него по К_необх искомую ширину b_иск. Затем с учетом b=b/h определяют вторую неизвестную величину h_иск.

При проверке канала на неразмываемость и незаиляемость в качестве расчетных расходов принимают соответственно форсированный Q_форс и минимальный Q_min расходы. По ним для ширины канала, найденной по нормальному расходу Q_норм, определяются глубины наполнения h_форс и h_min. Расчет ведется по формуле (2.1) в табличной форме методом подбора искомой величины h.

Затем из уравнения расхода Q=uw вычисляются средние по живому сечению скорости u_форс и u_мин и проверяется выполнение условий:

u_мин³u_нез, (2.4)

u_форс£ u_нер, (2.5)

где u_нез – минимальная допускаемая незаиляющая скорость; зависит от количества и размера взвешенных частиц, расхода и глубины потока. Может быть найдена по известным эмпирическим формулам /3,4/, например, по зависимости А.С. Гришкана:

u_нез=АQ ^0,2. (2.6)

Здесь А – опытный коэффициент, зависящий от гидравлической крупности наносов W; при W<1,5 мм/с, А=0,33; приW=1,5¸3,5 мм/с, А=0,44; при W> 3,5 мм/с, А=0,55;

u_нер – максимальная допускаемая неразмывающая скорость; зависит от вида грунта или типа укрепления канала. Может быть найдена по таблицам, известным эмпирическим формулам /2,3,4/.

При u_форс>u_нер следует принять укрепление стенок и дна канала, обеспечивающее соблюдение условия (2.5).