4. Принципы расчета переходных процессов в каналах оросительных систем с автоматическим регулированием.

Характерной особенностью работы каналов каскадного регулирования является динамичность происходящих в них процессов, обусловленная изменениями, как во времени, так и по длине русла.

Такие процессы, возникающие в период перерегулирования водопотребления (перехода от одного установившегося режима к другому), а также при различных аварийных ситуациях, называют переходными. Основной переходных процессов является неустановившееся движение воды в оросительном канале.

При регулировании с перетекающими объёмами основным принципом схемы является постоянство уровня воды в контрольном створе, расположенном в серединной части участка канала, при котором обеспечивается равенство (баланс) притока и оттока воды и, соответственно, равенство объёмов воды выше и ниже контрольного створа.

Это равенство достигается поддержанием автоматическими регуляторами перегораживающих сооружений в любой момент времени изменений уровней и самих уровней воды в начале и конце бьефа, а также в промежуточных створах, мест отбора воды сосредоточенными потребителями с помощью верхних (max) и нижних (min) уставок датчиков с заданными расчетными пределами и заданной погрешностью уровней.

Задачей расчёта переходных процессов при авторегулировании подачи воды является установление такого закона (графика или гидрографа) водоподачи на перегораживающих сооружениях при известных (заданных) условиях водопотребления, который бы обеспечивал оптимальные переходные процессы на магистральном канале. Под критерием оптимальности в этом случае принимается следующее: переходный процесс от одного режима к другому режиму должен происходить достаточно быстро при минимальных колебаниях уровней и расходов воды в канале с последующим их затуханием.

Математической моделью переходных процессов является краевая задача для уравнений Сен-Венана, которую целесообразно решать одним из численных методов. Уравнение Сен-Венана для рассматриваемой задачи удобно представить в таком виде: , (4.1)

где   __l / B)∙F_r –(Q / K²),

где Z –отметка уровня; V – средняя в сечении скорость V= ; с- скорость распространения малых возмущений c= ; q – боковой отток, приходящийся на единицу длины русла; F - число Фруда F =V²/C²; - частная производная , учитывающая непризматичность русла; В- ширина потока по верху; i₀- уклон дна канала; К- расходная характеристика , С- коэффициент Шези (скоростной множитель).

Искомыми функциями в системе (4.1) является z = z (l;t) и Q = Q (l;t).

Начальное условие – состояние покоя с горизонтальной поверхностью воды или установившийся режим движения. Для равномерного движения h(l;0)=const или z(h+i₀∙l;0)=const и Q(l;0)=const. Для неравномерного установившегося движения функция Z(l;0) определяется с помощью построения кривых свободной поверхности при Q(l;0)=const.

Левое граничное условие- функция уровня или открытие затвора от времени и уровня воды в контрольном створе : z = z (t;z_контр) или a = a (t; z_контр).

5. Построение кривой свободной поверхности по методу б.А.Бахметева.

Для призматических русел с прямым уклоном дна допускается в предварительных расчётах считать движение жидкости неравномерным установившимся. Тогда решение дифференциальных уравнений движения сводится к определению глубин воды в определенных створах. С учётом принятия постоянными и равными их среднему значению между двумя сечениями величин гидравлического показателя русла (x) и характеристики изменения удельной кинетической энергии вдоль потока (j), определение кривой свободной поверхности воды выполняется с использованием функций Б. А. Бахметева:

,

где i_д- уклон дна канала >0; l- длина бьефа (расстояние между створами),м; h₀- нормальная бытовая глубина в канале, м; - относительные глубины воды при глубинах h_н - в начале бьефа, h_к - в конце бьефа, м; характеристика изменения удельной кинетической энергии вдоль потока

,

где - коэффициент Кориолиса ; С - коэффициент Шези (скоростной множитель); g - ускорение свободного падения; В - ширина по верху при бытовой глубине;  - смоченный периметр; функция Б. А. Бахметева

,

где х- гидравлический показатель русла.

Расчёт выполняется в следующей последовательности:

- определяется нормальная бытовая глубина h₀ и глубина в конце бьефа при стабилизации уровня h_k;

_- определяется относительная глубина ;

- находится значение функции Бахметева Ф( ) для определенного значения x;

- рассчитывается значение характеристики изменения кинетической энергии потока j и значения (1-j);

- определяется отношение ;

- подбирается сочетание и Ф ( ) для определённого значения х;

- определяют глубину воды h=h_н= .

Расчёт ведут пошагово, по расчётным сечениям, считая х и постоянными в пределах бьефа, а - переменной.

Результаты вычислений представляют в табличной форме и в виде графика кривой свободных поверхностей воды в бьефе по длине бьефа.