2. Гидравлический расчет трапецеидального канала при неравномерном движении.

2.1 Данные для расчета.

Таблица 2.1 – Исходные данные к расчету канала при неравномерном движении воды.

Наименование	0
Глубина воды h1 на ПК0, м	0,7h0
Номер пикета ПКn	40
Способ расчёта кривой свободной поверхности	Б.А.Бахметев

Q = 24 м³/c α = 1,1

h0 = 2,47 м g = 9,81 м/с²

b = 7 м h1 = 0,7*2,47 = 1,729 м

m = 2,5

n = 0,03

i = 0,00024 ‰

2.2 Состав расчета.

Определить тип кривой свободной поверхности на участке канала от ПК0 до ПКn при пропуске нормального расхода Q. Построить продольный профиль трапецеидального канала с участком неравномерного движения в масштабах Мг 1:20000; Мв 1:50.

2.3 Общие положения.

Для того чтобы определить тип кривой свободной поверхности потока в русле, необходимо знать уклон русла i , критический уклон русла iкр и следующие глубины: глубину равномерного движения – h0 , критическую глубину потока – hкр и глубину потока на пикете (ПК0) – h1. Далее из соотношения глубин выбирается тип кривой свободной поверхности потока. В открытых призматических руслах при неравномерном движении, в зависимости от величины уклона дна и условий протекания потока в начале и в конце рассматриваемого участка, может образовываться ряд форм свободной поверхности потока.

При прямом уклоне дна i>0.

1. Первый случай.

Если уклон дна русла i меньше критического уклона iкр (i<iкр), т.е. глубина равномерного движения потока h0 больше критической глубины hкр (h0> hкр), существуют три вида кривых свободной поверхности: в зоне а – кривая подпора a1, в зоне b –кривая спада b1, в зоне с – кривая подпора – c1 (рис. 2. 1).

а1- h1 >h0 >hкр;

b1- h0> h1 >hк р; (2.1)

c1-h0> hкр> h1.

Рисунок 2.1 – Кривые свободной поверхности при h0> hкр.

2. Второй случай.

Если уклон дна русла i больше критического уклона iкр (i> iкр), т.е. глубина равномерного движения потока h0 меньше критической глубины hкр (h0 < hкр), существуют три вида кривых свободной поверхности: в зоне а – выпуклая кривая подпора a2, в зоне b –вогнутая кривая спада b2, в зоне с – выпуклая кривая подпора – c2.

a2 –h1> hкр>h0;

b2- hкр>h1>h0 ; (2.2)

c2-hкр >h0 >h1.

Рисунок 2.2 – Кривые свободной поверхности при h0 < hкр.

3. Третий случай.

Если уклон дна русла i равен критическому уклону iкр(i= iкр), т.е. глубина равномерного движения потока h0 равна критической глубине потока (h0= hкр), существуют следующие виды кривой свободной поверхности: в зоне а – кривая подпора а3, в зоне с – прямая подпора (или кривая подпора малой кривизны) с3 .

a3- h1>hкр=h0;

с3-h1<h0=hкр; (2.3)

При горизонтальном русле i=0 и обратном уклоне дна i<0.

В зоне b – выпуклая кривая спада типа b4 – h1> hкр;

В зоне с – вогнутая кривая подпора типа с4 – h1 <hкр.

Для того чтобы определить какой из случаев кривой свободной поверхности используется в данной работе необходимо рассчитать таблицу 2.2 – Определение расчётно-графических каналов и по данным расчёта графика построить график 2.1.

Таблица 2.2 – Определение расчётно-графических каналов.

h,м	ω	ω3	B	ω3/B	α*Q2/g
0,1	0,73	0,39	7,5	0,052	64,65
0,2	1,5	3,38	8	0,42
0,3	2,33	12,65	8,5	1,488
0,4	3,2	32,77	9	3,641
0,5	4,13	70,5	9,5	7,42
0,6	5,1	132,65	10	13,27
0,7	6,13	230,35	10,5	21.94
0,8	7,2	373,3	11	33,9
0,9	8,33	578	11,5	50,26
1	9,5	857,4	12	71,45

Построив график 2.1

hкр=0,98 м.

ω = hкр(b+mhкр) = 0,98(7+2,5*0,98) = 9,261.

χ = b+mhкр√1+m² = 7+2,5*0,98*√1+2,5² = 59,77.

R = ω / χ = 0,16.

C = 1/n * R^1/6 =29,47.

Для определения критического уклона существует формула:

iкр = g/α*C²кр =0,0103.

В данной работе используется первый случай кривой свободной поверхности .

i<iкр = 0,00024<0,0103

b1-h0>h1>hкр .

2.4 Ход расчета.

В настоящее время при расчете открытых русел на неравномерное движение пользуются интегральными методами (Н.Н. Павловского и Б.А. Бахметева), а также методом конечных разностей – В.И. Чарномского.