30) Спокойные и бурные потоки.

Глубина h, при которой удельная энергия сечения потока при данном расходе Q принимает минимальное значение, называется критической глубиной и обозначается hк. Состояние потока при критической глубине называется критическим.

Критическим уклоном называется такой уклон дна, при котором заданный расход проходит в условиях равномерного движения с критической глубиной, т.е. при котором нормальная глубина потока равна критической ho = hк.

При заданном расходе Q прямой уклон дна потока может быть равным критическому уклону Iк, меньшим или большим его.

При уклоне дна, равном критическому, нормальная глубина потока ho равна критической глубине hк. Если при том же расходе Q уменьшать уклон дна Io, нормальная глубина ho начнет возрастать, критическая же глубина hк, зависящая для данного русла только от величины расхода Q, остается неизменной. Таким образом, при Io <Iк будет ho> hк. С увеличением уклона дна сверх критического уклона глубина равномерного движения ho становится меньше критической, т.е. при Io> Iк имеем ho <hк.

При глубине потока большей критической hк (т.е. при Io <Iк) состояние потока называется спокойным. С увеличением глубины спокойного потока увеличивается и удельная энергия сечения.

При глубине потока меньше критической hк (т.е. при Io >Iк) поток находится в бурном состоянии. С увеличением глубины потока удельная энергия сечения уменьшается. В бурном состоянии поток обладает значительной энергией, главным образом за счет скорости течения. При этом происходит интенсивный размыв дна и стенок русла. При устройстве искусственных водопропускных сооружений во избежание деформации русла бурные потоки стремятся превратить в спокойные.

Если в русле имеет место спокойное установившееся движение воды, то характер протекания воды на низовых участках влияет на течение в пределах верховых участков; течение же на верховых участках русла не сказывается на протекании воды в пределах низовых участков. Следовательно, при спокойном установившемся движении глубина воды в данном сечении русла определяется обстоятельствами в пределах нижележащей части потока и не зависит от обстоятельств движения в пределах верховой части потока.

В случае бурного установившегося движения воды имеем обратную картину: глубина в данном сечении русла определяется обстоятельствами движения воды на вышележащем участке русла и не зависит от обстоятельств движения на нижележащем участке.

Сопряжение потоков:

1) переход бурного потока в спокойный, как правило, осуществляется при помощи так называемого гидравлического прыжка, который характеризуется наличием водоворотной области (вальца жидкости)

2) переход спокойного потока в бурный осуществляется при помощи “водопада”.

31) Крепление русел.

При изменении уклонов, на входном и выходном участках быстротока, на входной части перепада скорость потока в большинстве случаев превосходит допустимую скорость по грунту, что может привести к размыву стенок русла. В этих условиях требуется устройство укрепления русла. Размеры и тип крепления назначают на основании гидравлических расчётов. Исходными данными для определения размеров укрепления служат глубина и скорость потока на данных участках, характер грунтов, слагающих русло, а также уклон русла. Размер укрепляемого участка русла принимают с учётом типа укрепления. Границы укрепляемого участка назначают на основании эпюры растекания потока. Тип укрепления русел выбирают на основании технико-экономических показателей. Существует три типа укрепления русел: 1) сборными бетонными и железобетонными плитами; 2) монолитным бетоном; 3) мощением, наброской камнем, габионами.