3.2 Состав расчета

Определить ширину водосливного фронта водослива с широким порогом из условия пропуска по каналу форсированного расхода Q_ф. При расчете водослива необходимо учесть его конструктивные особенности (входная часть, условия входа потока на водослив в плане).

3.3 Общие положения

Расход воды через водослив с широким порогом находится по формуле:

Q=m*ε*σ_n*b_n*√2g*H₀^2/3

Где m – коэффициент расхода водослива с широким порогом;

ε – коэффициент бокового сжатия;

σ_n – коэффициент подтопления водослива;

b – ширина водосливного фронта, м;

H₀ – напор на водосливе с учетом скорости подхода, м;

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета водослива с широким порогом

Наименование	Вариант 7
Глубина воды перед водосливом h1, м	1,25 h
Отметки Z1, м	0
Z3, м	0,15 h
Z5,м	0
Ширина водослива S, м	2,5H
Условия входа потока на водослив	неплавный

Примечание:.1.Глубина потока h соответствует расходу Qф

2. Отметки Z₂=Z₁+h₁; Z₅=Z₅+h₀

Коэффициент расхода водосливов с широким порогом находится то 0,32 до 0,385. Коэффициент бокового сжатия ε зависит от соотношения b_в/b (где – ширина по дну подводящей части канала).

Если водослив подтоплен, то σ_n < 1. Водослив считается подтопленным, когда выполняется условие:

Δ/H₀ ≥ 0.75

где Δ = h_max – P

H₀ = H + α*V²_max/2*g, м

H – напор на водосливе, м

На неподтопленном водосливе и при отсутствии бокового сжатия σ_n=1; ε =1. Точность расчета водосливов с широким порогом (а так же любых водосливов) зависит от правильности выбора коэффициентов m, σ_n, ε.

При выборе коэффициентов расхода m, сжатия ε и подтопления σ_n необходимо ознакомится с литературой [1,3,5,8].

Коэффициент бокового сжатия рекомендуется определить по зависимости Е.А. Замарина:

ε = 1 – 0,25ξ_y *H₀/b_в

где ξ – коэффициент, учитывающий влияние вертикальных ребер устоев на условия входа потока на водослив.

3.4 Ход расчета

h=h_max=2.22 м

h1=1.25*2.22=2.77 м

z₂=z₁+h₁ = 1.25 м

z₄=z₅+h₀=2,06

P=Z₃-Z₁=0,15

Δ=h_max-P=2,22-0,15=2,07

H=h₁-(z₃-z₁)=1,1

S = 3,5H=1,1*3,5=3,85

Устанавливается тип водослива. Если соотношение S/H=2/10(3,5), то данное сооружение относится к водосливам с широким порогом.

Проектируется конструкция входной части, геометрия которой влияет на величину коэффициента расхода m = 0.35.

Задача по определению ширины шлюза – регулятора решается методом приближений.

Первое приближение.

Принимается коэффициент бокового сжатия равный 1, т.к. ширина водослива не известна.

Выясняются условия работы водослива. Определяется величина Δ и по зависимости (3.2) дается оценка степени подтопления водослива. Выбирается коэффициент расхода водослива с широким порогом по справочной литературе.

Вычисляется ширина водосливного фронта в первом приближении:

B_β1=Q_ф/m*σ_n*ε√2g*H₀^2/3

Второе приближение.

По формуле (3.3) определяется коэффициент бокового сжатия. Из формулы (3.4) с учетом бокового сжатия вычисляется ширина водосливного фронта во втором приближении b_β2.

Если результат b_β2 во втором приближении не отличается от результата b_β1 первого приближения более чем на 5%, то расчет заканчивается. Ширина водослива принимается равной b_β2.

H₀=H+α*v²_max/2g= 1,1+(1,1*0,75²/2*9,81) = 1,13

Δ/H₀=2.07/1.13=1.83 ≥ 0.75

b_β=Q_ф/m*σ_n*ε√2g*H₀^2/3= 24,15/0,35*0,95*0,95*√2*9.81*1.13^3/2=14.37

ξ₁=1-0,2ξ_y*H₀/b_β=1-0.2*1*1.13/1.68=0.538

b_β1 = Q_ф//m*σ_n*ε√2g*H₀^2/3=24,15/0,35*0,538*0,95*√2*9.81*1.13^3/2=25.37

b_β/ b_β1=55% >5%