2.1.5. Определение скорости течения в канале

Средняя скорость по живому сечению в канале, м/с, V определяется из формулы:

(2.27)

где ω – площадь живого сечения, в котором необходимо определить скорость.

Как правило, скорость необходимо знать, чтобы выяснить, является она размывающей или нет. Утверждённые МПС Временные нормы допускаемых (неразмывающих) средних скоростей течения воды для несвязных и связных грунтов приводятся в пособии [4] и справочниках [5,6].

Определяем скорость течения воды при нормальной глубине. В формулу (2.26) из формулы (2.2) подставляем :

(2.28)

По расчету получаем = 1,82 м/с

Определяем скорость течения воды при критической глубине:

(2.29)

По расчету получаем =2,25 м/с. При коэффициенте откоса (m = 2,0), в данном варианте — мелкозернистые песчаные грунты. При n = 0,0225, в данном варианте характеристика поверхности – Земляная канава правильной формы,  мощение из крупного камня, поверхность в хорошем состоянии. В моей работе связный грунт - супесь с максимальной скоростью 0,7 - 1,0 м/с.

Можно сделать вывод: если = 1,82 м/с и = 2,25 м/с для подводящего канала не входят в допустимые значения средних скоростей течения воды, то требуются укрепление русла, например одиночной мостовой (3-3,5 м/с).

2.2. Быстроток

При значительных расходах воды, больших уклонах и наличии в воде твердых включений при благоприятных геологических условиях, обеспечивающих устойчивое положение круто наклонённого лотка, наиболее целесообразны быстротоки.

Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном больше критического (i₀ > i_к) [2,3].

Гидравлический расчет быстротока сводится к расчету входной части 1, лотка быстротока 2 и выходного участка 3. (рис. 7)

Рис. 7. Схема быстротока

(1-входная часть, 2-водоскат, 3-выходной участок)

Входная часть быстротока в этом случае представляет собой участок сужения с прямолинейными в плане боковыми стенками, сопрягающий подводящий канал с водостоком. Ширину лотка быстротока рекомендуют принимать меньше ширины подводящего и отводящего каналов, т.к. благодаря высокой скорости течения на водоскате поперечное сечение потока невелико. Иногда входную часть устраивают в виде лотка той же ширины и формы, что и лоток быстротока. Но в том, и в другом случае, гидравлический расчёт входной части можно выполнить, как для незатопленного водослива с широки порогом.

Ширина лотка быстротока может быть задана или определена из условия поддержания необходимой глубины потока в концевой части подводящего канала, т.е. исходя из условия поддержания в подводящем канале равномерного движения.

Уклон для входного участка принимают равным уклону дна подводящего канала. Глубина в конце входной части (на изломе) h_изл принимается равной h_к, а при более чем двукратном превышении критической глубины над нормальной глубиной на водоскате глубина на изломе дна равна (0.7-0.8) .

Если лоток быстротока уже, чем отводящий канал, то выходную часть устраивают в виде расширяющегося переходного участка. Характер растекания бурного потока может принимать различные формы. Достаточно равномерное распределение глубин в перечисленных сечениях расширяющегося выходного участка с прямолинейными стенками может быть получено лишь при их отклонении меньше чем на 7° от оси потока.

Если ширина и глубина быстротока не ограничены и не определяются конструктивными соображениями, можно принимать гидравлически наивыгоднейшее сечение [2,3,4].

Расчёт водостока заключается в определении на нём глубин и скоростей потока. Поэтому основная задача сводится к расчёту и построению кривой свободной поверхности на быстротоке.

Скорость течения в лотке быстротока бывает высокой и требует применения соответствующего материала для его изготовления. Чаще всего это бетон. Из технико-экономических соображений бетонные быстротоки устраивают прямоугольного сечения (m=0).

При высоких скоростях течения на быстротоке поток захватывает пузырьки воздуха, и в результате этого образуется вводно-воздушная смесь. Это явление (аэрация) приводит к увеличению глубин, что необходимо учитывать в расчетах. Коэффициент шероховатости стенок и дна канала для аэрированного потока n_a приближённо определяется по формуле [1]:

(2.30)

где a – коэффициент аэрации, зависит от значения уклона , определяется по таблице.

По расчету получаем n_a =0,0186

Определение коэффициента аэрации приведено в таблице 6.

Таблица 6

а	1.33	1.33-2.00	2.00-3.33
	0.1-0.2	0.2-0.4	0.4-0.6