2.2 Состав расчета

Определить тип кривой свободной поверхности на участке канала от ПК₀ до ПК_n при пропуске нормального расхода Q. Построить продольный профиль трапецеидального канала с участком неравномерного движения.

2. Общие положения

Для того чтобы определить тип кривой свободной поверхности потока в русле, необходимо знать уклон русла i (i=0.00027), критический уклон русла i_кр и следующие глубины: глубину равномерного движения –h₀, критическую глубину потока – h_кр и глубину потока на пикете (ПК0) – h₁.

Находим h_кр:

αQ²/g=1.1*21²/9,8=49,5

Далее определяются значения ω, ω³, B, ω³/B, которые заносятся в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – определение расчетной характеристики канала

h,m	ω,m2	ω3,m	B	ω3/B	αQ2/g
0,1	0,42	0,07	4,40	0,02	49,50
0,2	0,88	0,68	4,80	0,14
0,3	1,38	2,63	5,20	0,51
0,4	1,92	7,08	5,60	1,26
0,5	2,50	15,63	6,00	2,60
0,6	3,12	30,37	6,40	4,75
0,7	3,78	54,01	6,80	7,94
0,8	4,48	89,92	7,20	12,49
0,9	5,22	142,24	7,60	18,72
1,0	6,00	216,00	8,00	27,00
1,1	6,82	317,21	8,40	37,76
1,2	7,68	452,98	8,80	51,48

По данным таблицы 1.1 строится график ω³/B = f(h). По значению αQ²/g находится искомая глубина h_кр=1,18 м.

Далее по найденной h_кр можно найти i_кр. Для этого находим расчетные характеристики R и C.

Таблица 1.2 – определение расчетной характеристика

Hкр, м	Ω, м2	χ, м	R, м
1,18	7,5	9,28	0,81

C= (1/0.025)*R^1/6 = (1/0.025)*0,81^1/6= 38,62 м^0,5/с

Тогда: i_кр= g/α*C²_кр = 9,8/1,1*38,62²= 0,0060

Далее определяем: h₁ = 0.75*h₀ = 0.75*2.47=1.85

Далее из соотношения глубин выбирается тип кривой свободной поверхности потока. В открытых призматических руслах при неравномерном движении, в  зависимости от величины уклона дна и условий протекания потока в начале и в конце рассматриваемого участка, может образовываться ряд форм свободной поверхности потока.

При прямом уклоне дна i>0: 1. Первый случай.

Если уклон дна русла i меньше критического уклона i_кр (i<i_кр:0,00027<0,0060) т.е. глубина равномерного движения потока h₀ больше критической глубины h_кр (h₀>h_кр:2,47>1,18), существуют три вида кривых свободной поверхности: в зоне а - кривая подпора а₁, в зоне b - кривая спада b₁, в зоне c - кривая подпора – с₁ (Рис.2.1).

a₁ – h₁>h₀>h_кр

b₁ – h₀>h₁>h_кр: 2,06>1,85>1,18=> в данном случае – кривая спада b₁

c₁ – h₀>h_кр>h₁

Рисунок 2.1 – Кривые свободной поверхности при h₀>h_кр

В настоящее время при расчете открытых русел на неравномерное движение пользуются интегральными методами (Н.Н. Павловского, Б.А. Бахметова), а также методом конечных разностей – В.И. Чарномского.

Расчетные формулы
		hнач	h2		h3		h4		hкон
		1,85	2,01		2,16		2,32		2,47
1	ωi=hi(b+mhi),м2	14,25	16,06		17,97		19,98		22,08
2	χi=b+2hi√1+m2, м	12,27	12,97		13,66		14,35		15,05
3	Ri=ωi/χi, м	1,16	1,24		1,32		1,39		1,47
4	Ci=1/n*Ri1/6, м0,5/с	34,17	34,54		34,89		35,22		35,53
5	Ki=ωi*Ci*√Ri, м3/с	524,42	617,42		719,26		830,22		950,59
6	Zi=Ki/K0	0,410	0,483		0,563		0,650		0,744
7	Ji=α*i*Ci2*Bi/g*χi	0,033	0,034		0,034		0,035		0,035
8	Bi=b+2mhi, м	11,40	12,02		12,64		13,26		13,88
9	ϕ(Zi)	0,38	0,46		0,49		0,56		0,61
10	ai	0,469		0,514		0,560		0,608
11	Li, м	50,53		119,03		53,12		102,59

2.5 Построение кривых свободной поверхности потока (рисунок 2.2)

После расчета кривых свободной поверхности (в данном случае кривая спада), вычисления длины между каждой парой соседних глубин, на продольном профиле канала наносятся глубины h₁, h₂…h_n , принятые в таблице 2. Глубины h₁, h₂…h_n задаются через шаг Δh (Δh = 0,16). Для кривой спада глубины вверх по течению увеличиваются на шаг Δh.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОДОСЛИВОВ С ШИРОКИМ ПОРОГОМ

3.1 Данные для расчета

Расход воды принимается по номеру варианта. Шлюз - регулятор, он же водослив с  широким порогом, находится на трапецеидальном канале. Все параметры канала нормальная глубина h₀, ширина канала по дну b, максимальная глубина h_max, из первой задачи. Известны глубина перед порогом водослива h₁, а так же отметка порога водослива, дна подводящей и отводящей части канала (табл. 3.1).