Равномерное движение воды в открытых руслах

12.1. Условия равномерного движения

Все открытые русла делятся на естественные и искусственные. Естественные русла (реки, ручьи, временные водостоки) характеризуются тем, что очертание ложа в живом сечении не имеет какой-либо правильной геометрической формы. К искусственным руслам относятся каналы, безнапорные трубы-тоннели, канализационные и дренажные трубы. Характерной особенностью искусственных русел является то, что они в большинстве случаев имеют правильную форму поперечного сечения. Напомним, что безнапорное движение во всех открытых руслах характеризуется тем, что они имеют свободную поверхность с одинаковым (атмосферным) давлением.

Равномерным движением в открытом русле называется такое установившееся движение, когда форма и площадь сечения потока, а, следовательно, и средняя скорость остаются постоянными по всей длине русла (рис.12.1). Глубина в любом сечении отсчитывается вдоль перпендикуляра к дну в данной точке, как показано на рис.12.1. Для того, чтобы движение было равномерным, необходимо, чтобы выполнялись следующие условия:

1. Постоянство расхода воды (Q=const). (12.1)

2. Постоянство живого сечения (S=const), а, следовательно, и средней скорости (V=const).

3. Постоянство уклона дна, равного уклону свобод-

Рис. 12.1 ной поверхности.

Кроме того, необходимо, чтобы шероховатость русла на рассматриваемом участке была однотипна и отсутствовали бы местные сопротивления. На практике все приведённые условия в точности почти никогда не выполняются. Однако, если отклонения от этих условий невелики, то движение в открытом русле считается равномерным. Наименьшие отклонения от условий равномерного движения воды в открытых руслах имеют место в искусственных руслах-каналах.

12.2. Основные расчётные формулы

Основной расчётной зависимостью для установившегося равномерного движения воды в открытых руслах является формула Шези:

, (12.2)

где Q – расход воды в канале; S – площадь сечения; R – гидравлический радиус; i – уклон дна канала; C – коэффициент Шези.

Обозначая

,

получим формулу Шези в таком виде:

, (12.3)

где K называется расходной характеристикой.

Коэффициент Шези C определяется по ряду эмпирических формул:

1. Формула Н.Н. Павловского

, (12.4)

где R – гидравлический радиус, м; n – коэффициент шероховатости

, (12.5)

т.е. показатель y является функцией коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса:

.

2. Формула И.И. Агроскина

. (12.6)