Б.А. Бахметева

В основе способа лежит показательный «закон» для модулей расхода, установленный Б.А. Бахметевым для реальных русел

,
,
,

где - длина расчётного участка между сечениями 1-1 и 2-2 с глубинами h₁ и h₂ (нумерация сечений и глубин должна быть по течению); i₀, h₀- уклон дна и глубина в МК при равномерном движении.

и - относительные глубины в сечениях 1-1 и 2-2 расчётного участка;

- средний уклон трения, который определяется по параметрам С_ср, В_ср, χ_ср, ,подсчитанным по средней глубине на участке;

- коэффициент Кориолиса;

и - табличные функции Б.А. Бахметева, которые определяются по таблице Б1 в Приложении Б /2/.

,

где - расходная характеристика, определяется по h_ср;

- расходная характеристика, соответствующая нормальной глубине при равномерном движении воды в канале.

=1,15·2,13=2,44м.

Зная

=(7+2·2.44)·2.21=28,98

м,

м³/c,

м³/c,

= =0.0343,

Таблица 4 - Расчёт кривой свободной поверхности в МК по способу

Б. А. Бахметева

№№ уч-ков	h2,	h1,	η2	η1	hcр	ωср,	Вср,	χср,	Rср,	Сср,	Кср,	x				ℓ,
м	м			м	м2	м	м	м	м0,5/c	м3/c					м	м
	2,77	2,67	1,30	1,25										0,202	0,230	1180,54	-
	2,67	2,57	1,25	1,20	2,44	28,998	16,76	17,91	1,60	48,77	1787,76	3,8	0,343	0,230	0,259	1195,40	2375,94
	2,57	2,47	1,20	1,15										0,259	0,313	1565,32	3941,26
	2,47	2,42	1,15	1,13										0,313	0,370	1149,28	5090,54

На последнем 4 расчетном участке разность глубин в сечениях изменена и принята равной h=0,05 м ,что позволило получить

=5090,54м,близкой к длине МК 5000 м, и определить глубину м,без решения обратной задачи.

Используя исходные данные и результаты расчёта неравномерного движения воды (таблица 4), в масштабе строится продольный профиль МК, на котором наносятся кривая свободной поверхности воды при неравномерном движении и линии нормальных и критических глубин. Построении продольного профиля в масштабе: вертикальном М 1:50, а горизонтальном М 1:20000.Из продольного профиля определяем м.

3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СОПРЯГАЮЩЕГО

СООРУЖЕНИЯ – БЫСТРОТОКА

Общие положения

На трассе сбросного канала между ПК30 и ПК 32 наблюдается резкое падение рельефа, причём величина уклона местности значительно превышает уклон дна канала и критический уклон. Поэтому здесь необходимо запроектировать быстроток с лотком прямоугольного поперечного сечения.

Входная часть быстротока состоит из понура и входного оголовка и предназначена для обеспечения плавного перехода потока из спокойного состояния в подводящем русле в бурное на водоскате, при условии сохранения в верхнем бьефе при пропуске расчётного расхода заданной нормальной глубины равномерного движения =h_г.н.

Лоток быстротока – наиболее протяжённая часть сооружения, выполняющая важную роль в переводе потока, движущегося с большими скоростями, из отметок дна подводящего канала к отметкам отводящего.

Выходная часть устраивается для обеспечения сопряжения бурного потока, вытекающего из лотка, со спокойным в отводящем канале с помощью гидравлического прыжка и полного гашения избыточной кинетической энергии потока.

Гидравлическим расчётом быстротока устанавливаются основные параметры потока и геометрические размеры каждого элемента сооружения:

входной части;

лотка быстротока;

выходной части.

Исходными данными для расчёта быстротока являются:

расчётный расход =17,82 ; перепад отметок дна в конце подводящего и в начале отводящего участков сбросного канала =11м; конструкция входного оголовка – 0братная стенка; гидравлические элементы сбросного канала: ширина по дну b=1,5м, коэффициент заложения откосов канала =2м; нормальная глубина =3,18м, сухой запас =0,4м.

3.2 Расчёт входной части быстротока

С учётом опыта проектирования и эксплуатации сопрягающих сооружений, длина понура принимается в пределах .

=1,5* =1.5*3,18=4,77м.

Длина входного оголовка принимается равной

=3,5* =3,5*3,18=11,13м.

Расчёт входного оголовка, полагая, что затвор отсутствует или полностью открыт, ведётся из формулы расхода через неподтопленный водослив с широким порогом и боковым сжатием

,

где - расход через водослив;

- коэффициент расхода водослива;

- коэффициент бокового сжатия;

- ширина водослива;

- напор на пороге водослива с учётом скорости подхода;

- коэффициент Кориолиса;

- скорость подхода воды в канале.

-скорость подхода воды в верхний бьеф.

Из формулы расхода определяем ширину входного оголовка, определяющего и ширину лотка быстротока.

В 1-ом приближении принимаем =0,95, =0,05

, =

Значение коэффициента сжатия можно определить по формуле Е.А. Замарина

,

где - напор на гребне водослива;

b =b_л - ширина лотка;

- коэффициент, учитывающий влияние конструкции входной части сооружения на величину сжатия потока a = 0,2

Определяем окончательную ширину водослива

.

=

При изменении уклона дна входной части с на уклон лотка в конце входной части, работающей как водослив с широким порогом, устанавливается глубина, равная критической, которая определяется в соответствии с формой поперечного сечения лотка быстротока. В случае прямоугольного сечения лотка

,

где a= 1,05¸1,10 – коэффициент Кориолиса.

=1,95м.

1.3 Расчёт лотка быстротока

Расчёт лотка быстротока включает:

- расчёт уклона и длины лотка быстротока;

- установление характера кривой свободной поверхности неравномерного движения в лотке;

- расчёт неравномерного движения воды в лотке и определение глубины в конце лотка, необходимой для расчёта выходной части.

Рисунок 8-Расчетная схема входной части быстротока

Нормальной глубины равномерного движения , определяемой в случае прямоугольного сечения лотка по зависимости

где - минимально возможная площадь живого сечения потока в

конце лотка при расчётной скорости, близкой к предельно допускаемой

неразмывающей скорости для бетона.

Из формулы Шези определяется уклон лотка быстротока

где ; ; - соответственно гидравли-

ческий радиус, смоченный периметр, параметр Шези, определяемые по

нормальной глубине на лотке и принятом коэффициенте шерохова-

тости для бетона

.

Так как уклон дна есть отношение превышения к заложению, то длина лотка быстротока в плане определяется как

где - перепад отметок дна в конце подводящего и в начале отводяще-

го участка сбросного канала.

Длина лотка из геометрии чертежа равна

Для установления вида и типа кривой свободной поверхности воды на лотке из формулы Шези определяется критический уклон

где ; ; ; .

.

Анализ кривой свободной поверхности на лотке быстротока: т.к. (0,0613 ) ,то поток в лотке находится в бурном состоянии, линия нормальной глубины N-N располагается ниже линии критической глубины К-К, а характер кривой свободной поверхности – кривая спада типа

Использование способа В.И. Чарномского является особенно удобным и целесообразным в случае выполнения расчётов с использованием ПЭВМ. Сущность способа расчёта состоит в том, что вся длина лотка быстротока разбивается на отдельные участки относительно малой длины .

Каждый участок рассчитывается отдельно, следуя вниз по течению: вначале рассчитывается I участок, затем II и так далее. Расчёт каждого участка заключается в определении его длины , зная глубины в граничных сечениях, которые отличаются между собой на малую величину .

Рисунок 9-Расчетная схема неравномерного движения воды

Из уравнения В.И. Чарномского, которое имеет вид

,

определяется длина первого участка

,

где - удельная энергия рассматриваемого сечения;

- уклон дна лотка быстротока;

- средний уклон трения;

- уклон трения для сечений и с глубинами и .

Исходные данные, необходимые для расчета кривой свободой поверхности воды на лотке быстротока с использованием ПЭВМ:

- расчётный расход Q = Q_форс=17,82 м³/с,

- ширина лотка быстротока b_л = 2,20 м,

- коэффициент заложения откосов m_л = 0 (для прямоугольного сечения

лотка),

- коэффициент шероховатости (для бетона) n = 0,015,

- уклон дна быстротока i_б = 0,0613,

- глубина в начальном сечении лотка, от которой ведется построение

кривой h_кр=1,95м,

- длина лотка быстротока L = 179,78м.

Из распечатки видно,что при длине быстротока L = 179,78м сжатая глубина будет составит 0,83 м .

3.4.Расчёт выходной части быстротока

Расчёт выходной части заключается в выборе конструкции успокоителя, определении формы сопряжения бурного потока со спокойным с помощью гидравлического прыжка, расчёте гасителя энергии, назначении основных размеров, обеспечивающих безаварийную, надёжную работу сооружения.

Часто ширина отводящего русла канала бывает больше ширины лотка, поэтому водобойная часть – успокоитель может устраиваться непризматическим (расширяющимся) или выполняться призматическим, то есть постоянного сечения.