1. Гидравлический расчет трапецеидальных каналов при равномерном движении

Данные для расчета:

Вариант №17

Расчетный расход Q=21 м³/с

Таблица 1.1 – Исходные данные к расчету канала на равномерное движение

Наименование			Последняя цифра варианта
			7
Тип грунтов, слагающих русло канала			Суглинок средний
Расчетное удельное сцепление грунта, г/см3			0,19
Диаметр фракций, мм	0,5…0,25	Содержание фракций %		4
	0,25…0,1			12
	0,1…0,05			15
	0,05…0,02			34
	0,02…0,01			35
Мутность потока ρ, кг/м3			0,80
Уклон i.%0			0,27
Откос			2

1.2 Состав расчета

Рассчитать канал трапецеидального сечения на равномерное движение. Определить ширину и глубину канала по дну. Проверить канал на размыв и заиление. Вычертить в масштабе 1:100 поперечный профиль канала.

1.3 Ход расчета

Гидравлический расчет каналов на равномерное движение производится по трем  расходам:

- расчетному (нормальному), для определения гидравлических элементов, соответствующих нормальным условиям его работы;

- форсированному, для определения необходимого превышения дамб над уровнем воды и проверки канала на неразмываемость;

-Минимальному, для проверки условий командования над каналами младшего порядка и на незаиляемость канала.

Фиксированный расход определяют по формуле:

Q_ф=K_ф­­­­­*Q=1,15*21=24,15м³/с

где Q – нормальный расход, м³/с;

К_ф – коэффициент форсировки (он принимается равным К_ф =1,15-1,20 при Q =1-10м³/с и К_ф =1,10-1,15 при Q>10м³/с): К_ф =1,15

Минимальный расход Q_min принимается не менее 40% от величины нормального расхода:

Q_min = Q*0,4=8,4 м³/с

При неизвестных величинах канала - ширине по дну b и нормальной глубине задаются относительной шириной канала β. Для оросительных каналов рекомендуется величину β принимать в диапазоне от 2,2 до 5,0.

Далее расчет по вычислению нормальной глубины в трапецеидальном канале ведется в табличной форме методом подбора.

Приняв β=З, определяются значения С, R, χ и ω, а также расходная характеристика К, которые заносятся в таблицу 1.2. 

Таблица 1.2 — Определение расходной характеристики канала

h, m`	ω, m2	X, m	R, m	C, m0,5/c	K, m3/c	K0, m3/c
0,1	0,06	1,34	0,045	19,86	0,25	1278
0,2	0,24	2,68	0,089	22,29	1,60
0,3	0,54	4,02	0,134	23,85	4,72
0,4	0,96	5,37	0,179	25,02	10,16
0,5	1,5	6,71	0,224	25,97	18,42
0,6	2,16	8,05	0,268	26,77	29,95
0,7	2,94	9,39	0,313	27,47	45,18
0,8	3,84	10,73	0,358	28,09	64,51
0,9	4,86	12,07	0,402	28,64	88,31
1,0	6	13,42	0,447	29,15	116,96
1,1	7,26	14,76	0,492	29,62	150,81
1,2	8,64	16,10	0,537	30,05	190,19
1,3	10,14	17,44	0,581	30,45	235,44
1,4	11,76	18,78	0,626	30,83	286,89
1,5	13,5	20,12	0,671	31,19	344,84
1,6	15,36	21,47	0,716	31,52	409,60
1,7	17,34	22,81	0,760	31,84	481,47
1,8	19,44	24,15	0,805	32,15	560,75
1,9	21,66	25,49	0,850	32,44	647,71
2,0	24	26,83	0,894	32,72	742,65
2,1	26,46	28,17	0,939	32,99	845,85
2,2	29,04	29,52	0,984	33,24	957,56
2,3	31,74	30,86	1,029	33,49	1078,07
2,4	34,56	32,20	1,073	33,73	1207,64
2,5	37,5	33,54	1,118	33,96	1346,52

Расходная характеристика К₀, сответствующая нормальному расходу при данном уклоне вычисляется по формуле:

К₀ =Q/√I = 21/√0,00027=1278,02 м³/с

Для определения h и b удобно пользоваться графоаналитическим способом. По  данным таблицы 1.2 строится график К = f(h) (рис.1.1). По оси абсцисс графика откладывается значение К₀, восстанавливается перпендикуляр к кривой К= f(h).

Пересечение кривой и перпендикуляра дает значение искомой (нормальной) глубины h₀:

h₀ = 2,47 м

Далее находится действительная ширина канала по дну b по формуле:

b = β*h₀=4*2,47=9,88≈10

где h₀ – нормальная глубина, найденная по графику (рис1.1),м.

Вычисленное значение ширины канала округляется до стандартного значения.

При расходах Q = 1-10м³/с ширину канала рекомендуется принимать:  1,2; 1,5; 1,8; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 6,0; 7,0 м; при расходах Q>1-10v3/c значения b  принимается целыми значениями, т.е.: 5,0; 6,0; 7,0; 8,0м и т.д.

  Приняв стандартное значение ширины канала по дну, уточняется глубина  равномерного движения h₀. При уточнении глубины канала можно использовать  основной графоаналитический способ.

Расчет ведется в таблице 1.3.

Таблица 1.3 — Уточнение расходной характеристики канала

h, m`	b, m	ω, m2	X, m	R, m	C, m0,5/c	K, m3/c	K0, m3/c
0,1	10	1,02	10,45	0,098	22,62	7,21	1278
0,2		2,08	10,89	0,191	25,29	22,99
0,3		3,18	11,34	0,280	26,97	45,41
0,4		4,32	11,79	0,366	28,20	73,74
0,5		5,50	12,24	0,449	29,17	107,58
0,6		6,72	12,68	0,530	29,98	146,67
0,7		7,98	13,13	0,608	30,68	190,85
0,8		9,28	13,58	0,683	31,28	240,02
0,9		10,62	14,02	0,757	31,82	294,10
1,0		12,00	14,47	0,829	32,31	353,04
1,1		13,42	14,92	0,900	32,75	416,84
1,2		14,88	15,37	0,968	33,16	485,48
1,3		16,38	15,81	1,036	33,53	558,96
1,4		17,92	16,26	1,102	33,88	637,31
1,5		19,50	16,71	1,167	34,20	720,53
1,6		21,12	17,16	1,231	34,51	808,67
1,7		22,78	17,60	1,294	34,80	901,75
1,8		24,48	18,05	1,356	35,07	999,81
1,9		26,22	18,50	1,418	35,33	1102,90
2,0		28,00	18,94	1,478	35,58	1211,05
2,1		29,82	19,39	1,538	35,81	1324,31

По данным таблицы 1.3 строится график К = f(h) при стандартном значении  ширины канала по дну (рис.1.2) . По значению К₀ находится искомая глубина h₀.

Используя построенный график, определяются глубины h_max и h_min, соответствующие расходам Q_ф и Q_min. Для этого находятся соответствующие расходные характеристики из выражения:

K_max =Q_ф/√i=24,15/√0,00027 = 1469,72 м³/с

K_min =Q_min/√i=8,4//√0,00027 = 511,21 м³/с

h₀ = 2,06 м

h_max = 2,22 м

h_min = 1,22 м

Далее определяются скорости V₃ и V_p.

Вычисляются средние скорости движения воды в канале при соответствующих расходах:

V = Q/ω = 21/29,09=0,72м/с

где ω = h₀*(b+m*h₀) = 2,06*(10+2*2,06)=29,09 м²

V_max = Q_ф/ω_max=24.15/32,06=0,75 м/с

где ω_max =h_max*(b+m*h_max)=2,22*(10+2*2,22)=32,06 м²

V_min = Q_min/ω_min=8,4/15,18=0,55 м/с

где ω_min = h_min*(b+m* h_min) = 1,22*(10+2*1,22)=15,18 м²

Производится сравнение полученных скоростей с допустимыми для данного канала, при этом должно выполняться условие, при котором не происходит его размыв или заиление наноса

V₃<V<V_p 0,55<0,72<0,75

где V₃ – минимальная незаиляющая скорость при равномерном движении воды, м/с; V_p –максимально допустимая неразмывающая скорость при равномерном движении, м/с.

Для построения проектного сечения оросительного канала необходимо назначить превышения гребней дамб над форсированным уровнем воды, значение которых приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Превышения гребня дамбы над форсированным уровнем воды

Расход, м3/с	Превышение Δh,м
До 10	0,3
10…30	0,4
30…50	0,5

Т.к. Q=21 = (10…30), то Δh = 0.4 м

Проектное сечение оросительного канала строится в соответствующем масштабе на формате A3. (рис.1.3)

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНОГО КАНАЛА ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ДВИЖЕНИИ

1. Данные для расчета

Расход воды в канале равен номеру варианта (№7). Из предыдущей задачи принимаются значения нормальной глубины h₀, ширины канала по дну b, коэффициенты m и n, уклон дна канала i (i=0,00027). Глубина воды на ПК0 приводится в исходных данных к задаче в таблице 2.1.

Табл.2.1 – Исходные данные к расчету канала при неравномерном движении воды

Наименование	Последняя цифра варианта 7
Глубина воды h1 на ПК0, м	1,25 h0
Номер пикета ПКn	60
Способ расчета кривой свободной поверхности	Н.Н. Павловский