2.2.1. Определение критической глубины

Методы определения критической глубины приведены в п. 2.1.2.

Для прямоугольного сечения можно воспользоваться формулой

, (2.20)

где – удельный расход, м²/с,

, (2.21)

где – ширина лотка быстротока, принятая равной ширине понизу в подводящем канале.

2.2.2. Определение критического уклона

Методы определения критического уклона приведены в подразд. 2.1.3.

Сравнить с заданным уклоном быстротока и сделать вывод о состоянии потока.

2.2.3. Определение нормальной глубины

Методы определения нормальной глубины приведены в подразд. 2.1.1. При определении коэффициента Шези и других необходимых величин использовать коэффициент шероховатости с учетом аэрации потока.

Сравнивая нормальную глубину с критической, необходимо назначить глубину на изломе дна подводящего канала и быстротока.

2.2.4. Расчет кривой свободной поверхности на быстротоке

Исследуя дифференциальное уравнение неравномерного движения в призматических руслах

, (2.22)

где – параметр кинетичности, сделать вывод о типе и форме кривой свободной поверхности на быстротоке.

Рис. 2.9

Рассчитать кривую свободной поверхности на водоскате быстротока.

Существует несколько методов расчета: Б.А. Бахметева, метод акад. Н.Н. Павловского и другие. В практике дорожно-мостового и аэродромного строительства приходится решать задачи по расчету неравномерного плавноизменяющегося движения воды не только в призматических руслах, но и на непризматических участках каналов. Поэтому предлагается студентам воспользоваться универсальным методом конечных разностей, предложенным В.И. Чарномским.

Метод В.И. Чарномского заключается в следующем: зная глубину в одном из сечений канала, например глубину на изломе дна подводящего канала и лотка быстротока , задаемся значением глубины в соседнем сечении и находим искомое расстояние между двумя соседними сечениями с известными глубинами по уравнению

, (2.23)

где – изменение удельной энергии сечения в пределах выбранного участка; – уклон трения (среднее значение гидравлического уклона в пределах рассматриваемого участка).

Для удобства расчет сводится в табл. 2.8.

Сложность заполнения таблицы заключается в том, что определяемые величины подразделяются на построчные и междустрочные. В табл. 2.8 знаком "–" указано место положения определяемой величины. Так, построчными значениями являются …, соответствующие назначенной глубине , а междустрочными – …., определяемые как среднеарифметические или по соответствующим формулам.

Таблица 2.8

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
h1	-	-	-		-		-			-			0
				-		-		-	-		-	-
h2	-	-	-		-		-			-			-
				-		-		-	-		-	-
h3	-	-	-		-		-			-			-
				-		-		-	-		-	-
hn	-	-	-		-		-			-			-

Приведем необходимые для расчета понятия и формулы с нумерацией по столбцам.

1. ; – последняя глубина на быстротоке принимается на 5 % больше нормальной глубины, т.е. ; промежуточные глубины рекомендуется задавать с интервалом 0,1 м, опираясь на удобные при последующем построении числовые значения глубин (например, );

2. , т.к. лоток прямоугольной формы и коэффициент откоса ;

3. , т.к. лоток прямоугольной формы и коэффициент откоса ;

4. ;

5. , где и – гидравлические радиусы, соответствующие соседним глубинам;

6. , где – коэффициент шероховатости с учетом аэрации потока;

7. , где и – коэффициенты Шези, соответствующие соседним глубинам;

8. , где – заданный расход воды, поступающий из подводящего канала;

9. , где и – средние скорости в соседних сечениях;

10. ;

11. , где – удельная энергия соответствующих сечений;

12. , где и – удельные энергии соседних сечений, причем в последующем сечении для данного типа кривой спада удельная энергия сечения больше, чем в предыдущем;

13. ;

14. , т.к. расчет кривой свободной поверхности начинается с точки излома дна; последующие числовые значения длин определяются путем наращивания, а именно: , и т.д.