Основные уравнения равномерного установившегося движения жидкости для правильных русел.

7.1. Типы открытых русел

Все открытые русла подразделяются на естественные и искусственные водотоки. К естественным руслам относятся реки, ручьи, сбросы по тальвегам и балкам и др. Искусственные русла - это каналы, лотки, туннели, дренажные и другие трубы, т. е. большинство сооружений, применяемых в гидротехнической и гидромелиоративной практике.

Для открытых русел используют следующие классификации.

Русла подразделяют по параметрам, определяющим изменение площади живого сечения по длине потока, на непризматические и призматические (и цилиндрические). У непризматических русел форма и (или) геометрические размеры поперечного профиля меняются по длине русла. Поэтому площадь живого сечения потока является функцией длины русла и функцией глубины потока вдоль русла. В таком русле движение неравномерное. В призматических руслах форма и размеры элементов поперечного профиля по длине сохраняются неизменными. Площадь живого сечения потока может изменяться только в связи с изменением глубины потока.

По форме профиля поперечного сечения русла могут быть правильной и неправильнойформы. Призматические русла имеют правильную форму. Они могут быть прямоугольные, треугольные, трапецеидальные (рис. 7.1, а, б, в). Если поперечный профиль русла правильной формы очерчен кривой линией, окружностью (рис. 7.1, д) или параболой (рис. 7.1, г), определяемой по всей длине русла одним уравнением, то такое русло называется цилиндрическим (рис. 7.1, г, д). Правильную форму чаще всего имеют искусственные русла. К руслам неправильной формы относятся полигональные (составные) русла (рис. 7.1, ж) и русла естественных потоков (рис. 7.1, е).

Открытые русла в зависимости от продольного уклона дна делятся на русла с положительным (прямым) геометрическим уклоном i >0, когда дно русла понижается в направлении движения потока; горизонтальныерусла приi = 0 и русла с отрицательным (обратным)уклоном дна i <0, когда дно русла повышается в направлении движения жидкости.

7.2. Условия равномерного движения в открытом русле

Равномерное движение жидкости характеризуется прямыми параллельными линиями токов (траекториями), а также постоянством местной осредненной во времени скорости вдоль каждой линии тока. Следовательно, для существования равномерного движения необходимо выполнение ряда условий.

На свободной поверхности безнапорных потоков устанавливается постоянное, как правило, атмосферное давление. Поэтому пьезометрический уклон Iр для таких потоков соответствует уклону свободной поверхности Ic, т. е. Iр = Ic. Ранее было установлено, что для равномерных потоков пьезометрический уклон равняется гидравлическому, т. е. Iр = I. Значит, равномерное безнапорное движение возможно при соблюдении равенства

Iр = I = Ic.

Для этого (рис. 7.2) необходимо, чтобы величина скоростного напорапо длине потока также оставалась бы постоянной. Этим диктуется соблюдение следующих условий:

русло- призматическое;

расход воды постоянен (Q = const);

глубина потока hпостоянна по длине русла;

линия дна не имеет перелома, т. е. i= sin ? = const, при этом i >0;

шероховатость дна и стенок русла постоянна по длине (п = const);

местные сопротивления в русле отсутствуют.

Уравнение Бернулли