2.2.5. Построение кривой свободной поверхности на водоскате быстротока

Построение выполняется на миллиметровой бумаге формата А4 в следующих масштабах: горизонтальный – 1:10, вертикальный – свободный, но предполагающий достаточную точность (1,0 м) при определении длины участка при соответствующей глубине (1:100, 1:200, 1:250).

Кривая свободной поверхности строится в виде графика с вертикальной осью глубин и горизонтальной осью длин (рис. 2.10).

На графике обязательно указываются линии критических и нормальных глубин. Отдельные значения глубин и длин по осям отмечать не следует, чтобы не загромождать график. Для построения кривой свободной поверхности точки на графике соединять плавно по лекалам.

Рис. 2.10

2.3. Отводящий канал

Для защиты от размыва низового откоса земляного полотна дороги и выходной части водопропускного сооружения часто устраивают водоотводные искусственные русла, по своей конструкции мало отличающиеся от подходных русел. Вода, выходящая из отверстия сооружения, часто обладает еще большой энергией, т.е. повышенной против его естественного состояния разрушительной силой. Опыт эксплуатации водопропускных сооружений показывает, что если не предусмотреть специальных мер, отводные русла на выходе из сооружений сильно размываются, что иногда приводит к авариям сооружений.

Мерами против размывов водоотводных русел, т.е. способами гашения энергии водного потока, являются: непрерывное рассеивание энергии потока в самом сооружении; сосредоточенное гашение энергии потока на выходе из трубы; укрепление отводных русел.

Известно много различных принципов гашения энергии потока. Наиболее распространенные из них:

1. усиленное перемешивание (этот принцип используется при устройстве повышенной шероховатости поперечных расщепляющих балок, зубчатых порогов);

2. соударение свободных струй в атмосфере;

3. рассеивание энергии в вальцах гидравлического прыжка;

4. сосредоточенное гашение энергии в замкнутом блоке – напорные гасители;

5. отброс струи от сооружения с одновременным их расщеплением и аэрацией (этот принцип реализуется в рассеивающих трамплинах);

6. силовое воздействие на поток в направлении, противоположном течению, путем установки различных препятствие: порогов, шашек, пирсов и т.п.

В данной курсовой работе студентам предлагается выяснить условие сопряжения бьефов быстротока и отводящего канала, анализируя вид возникающего гидравлического прыжка, и, если необходимо, выполнить расчет гасителя энергии типа водобойный колодец.

2.3.1. Определение гидравлических характеристик потока

Расчет отводящего канала с определением нормальной и критической глубин, критического уклона и средней скорости производится так же, как и в подводящем канале (см. разд. 2.1).

Исходные данные для расчета необходимо взять из табл. 1.1. Нормальная глубина зависит от уклона дна . Для определения можно воспользоваться графиком , построенном в подразд. 2.1.1 (см. рис. 2.3), предварительно вычислив расходную характеристику , соответствующую нормальной глубине :

. (2.24)

Критическая глубина не зависит от уклона дна, поэтому сохранится неизменной на протяжении всего призматического русла ( ). Соответственно не изменится и критический уклон ( ).

Сравнивая нормальную и критическую глубины, необходимо сделать вывод о состоянии потока. Исходные данные подобраны таким образом, что при верно выполненном расчете в отводящем канале установится спокойное состояние потока.

Выясняя условие сопряжения бьефов быстротока и отводящего канала, приходим к следующему выводу: при смене уклонов на возникает гидравлический прыжок.