2.1.1. Определение нормальной глубины

Нормальная глубина – это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным [2,10].

Эта глубина никак не связана с типом искусственного сооружения, а определяется естественным (бытовым) состоянием водотока, поэтому ее также называют бытовой глубиной .

Основная расчетная формула – формула Шези:

, (2.1)

где – площадь живого сечения, м²; – коэффициент Шези, м^0,5/с;

– гидравлический радиус, м; – уклон канала.

Для трапецеидального сечения (рис. 2.1)

, (2.2)

где – глубина канала, м.

B

h m

b

Рис. 2.1.

Коэффициент откоса выбирается по условиям устойчивости откоса в зависимости от грунта, в котором устроен канал, и в зависимости от принятого способа укрепления откосов [1,4,5,8].

В табл. 2.1 приведены значения коэффициента откоса при высоте откоса меньше 10 м.

Таблица 2.1

Категория грунта или вид облицовки	Коэффициент откоса
Мелкозернистые песчаные грунты Супесчаные грунты или слабоуплотненные грунты Плотная супесь и легкий суглинок Гравелистые и песчано-гравелистые грунты Тяжелые суглинки, плотные лессы и обычные глины Тяжелые плотные глины Различные скальные породы в зависимости от степени выветренности	3,0 – 3,5 2,0 – 2,5 1,5 – 2,0 1,5 1,0 – 1,5 1,0 0,5 – 0,1

Согласно рекомендациям [2,4] во всех случаях расчета каналов для определения коэффициента Шези может применяться формула Н.Н. Павловского:

, (2.3)

где .

Приближенно можно по Н.Н. Павловскому считать:

при м , (2.4)

при м . (2.5)

При проектировании каналов выбор коэффициента шероховатости производится в соответствии с рекомендованными справочниками [2,4,8] таблицами значений в зависимости от характера поверхности.

Приведем некоторые средние значения , необходимые для выполнения данной работы.

Таблица 2.2

Характеристика поверхности
Земляные каналы правильной формы в плотном лессе или мелком гравии Каналы в плотном гравии, плотной земле, затянутые илистой пленкой Габионовая кладка Каналы с земляным дном и одернованными откосами Каналы с одернованными откосами и мощеным дном Бетонная поверхность затертая Бетонная неотделанная поверхность Поверхность из торкрет-бетона	0,018 0,020 0,025 0,033 0,035 0,013 0,017 0,019

Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле

, (2.6)

где – смоченный периметр, м, и для трапецеидального русла может быть определен:

. (2.7)

Важным показателем при расчете является расходная характеристика (модуль расхода) , м³/с:

, м³/с. (2.8)

На сегодняшний день существует много методов определения нормальной глубины. В качестве примера приведем графоаналитический метод. Расчет выполняют в следующем порядке:

а) определяем необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине , вычисляя:

;

б) задаваясь числовыми значениями произвольно выбранных глубин , вычисляем соответствующие расходные характеристики по формуле

. (2.9)

Для удобства расчет сводится в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Расчетные формулы	Ед. изм.	Назначаемые и определяемые величины
	м м2 м м м0,5/с м3/с

Примечание. Перед вычислением коэффициента Шези необходимо определить числовое значение показателя степени ;

в) строим кривую по значениям глубин и соответствующих расходных характеристик:

Масштаб для построения графика выбирается следующий: для оси глубин в 1 см по вертикали вкладывается 0,2 м (1:20), для оси расходных характеристик масштаб произвольный (рис.2.2);

г) на построенном графике по оси расходных характеристик откладываем числовое значение , поднимаем вертикаль до пересечения с кривой и слева с оси глубин снимаем числовое значение, соответствующее нормальной глубине (рис.2.3).

Рис. 2.2 Рис. 2.3