МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И.Т. Трубилина Кафедра гидравлики и сельскохозяйственного водоснабжения

Исследование мелиораивных и водохозяйственных систем учебное пособие

МАГИСТРАМ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ

«ПРИРОДООБУСТРОЙСТВО И ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕ»

Краснодар, 2017

Исследование мелиоративных и водохозяйственных систем. Учебное пособие /Е. В. Кузнецов, А. Е. Хаджиди. Под ред. доктора технических наук, профессора Е. В. Кузнецова. - Краснодар: КубГАУ, 2017. - 71 с.

В учебном пособии даются методики гидравлических исследований сооружений, предназначенные для эксплуатации систем: орошения, обводнения и осушения. Исследования выполняются на физических моделях гидротехнических сооружений водохозяйственных систем.

Для студентов рпрофиля:

• «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»;

• «Инженерные сети сельскохозяйственного водоснабжения,

водоотведения и обводнения».

Рецензент: доктор технических наук, профессор Ю. М. Косиченко (Новочеркасская гидромелиоративная академия)

Допущено Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по специальностям «Мелиорация, рекультивация и охрана земель» и «Инженерные сети сельскохозяйственного водоснабжения, водоотведения и обводнения

СОДЕРЖАНИЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЛИОРАИВНЫХ 1

И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМ 1

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Исследование коэффициента шероховатости гидравлического лотка

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментальным путем определить коэффициент шероховатости гидравлического лотка. Сравнить полученное значение коэффициента шероховатости с табличными данными из справочной литературы.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Пропускная способность лотка зависит от состояния поверхности его русла. Поверхность может быть гладкой, шероховатой и др. Поэтому для оценки состояния поверхности лотка вводится понятие коэффициента шероховатости . Коэффициент шероховатости используется для гидравлического расчета не только лотков, но и для расчета любых типов русел.

Расчет русел на равномерное движение производится по формуле Шези:

, (1.1)

где - средняя скорость потока, ;

- коэффициент Шези, м^0,5/с;

- гидравлический радиус, ;

- уклон дна канала.

Используя формулу Шези (1.1), определяется расход воды в лотке:

, (1.2)

где - площадь живого сечения потока в лотке, м²

В формуле (1.1) и (1.2) входит коэффициент Шези С, при вычислении которого используется коэффициент шероховатости n. Связь между коэффициентами Шези и шероховатости приводится в общеизвестных формулах:

формула Н.Н. Павловского (1925 г.)

, (1.3)

где y - показатель степени, зависящий от величины гидравлического радиуса. При 0,1м ≤ R ≤ 1м, y = 0,5 + 1,5 ;

формула Маннинга (1890 г.)

, (1.4)

формула Форхгеймера (1923 г.)

, (1.5)

Используя формулу Шези (1.1) и одну из формул (1.3) - (1.5), производится исследование коэффициента шероховатости в гидравлическом лотке (рисунок 1.1).

3. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Вода из трубопровода 1 через задвижку 2 подается в напорный бак 3. Задвижка 2 служит для изменения расхода на водосливе 5 и в лотке 6. Напор на водосливе 5 измеряется с помощью пьезометра 4. В начале и конце лотка имеются пазы 7 и 8, куда вставляются плоские затворы. Уклон лотка изменяется с помощью винтового подъемного устройства 9. Вода из лотка 6 поступает в ёмкость 10 и через трубопровод 12 попадает в приёмный коллектор. Сетка 13 устанавливается в начале лотка и используется для гашения пульсации потока. В начале лотка имеется водослив-водомер 5, при помощи которого определяется расход воды.

Рис. 1.1 - Схема опытной установки

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

На лотке 6 через определенные расстояния намечаются створы. Устанавливается заданный уклон лотка при помощи винтового уст­ройства 9. Открывается задвижка 2, при помощи которой устанавлива­ется расход воды в лотке. При установившемся режиме измеряются отметки уровней воды и дна лотка поочередно во всех намеченных створах. Для уточнения расхода воды в лотке используется мерная ем­кость 10. При помощи мерной емкости 10 измеряется расход воды объемным способом.

Отметки уровней воды и дна в створах измеряются шпиценмасштабом 14, расстояния между створами и ширина лотка - санти­метровой линейкой, время - секундомером.

Результаты измерений и вычислений заносятся в таблицу 1.1.

5. ПОРЯДОК ВЫЧИСЛЕНИЯ

1. Находится глубина воды в соответствующих створах лотка

.

2. Вычисляется объемным способом расход воды в лотке

3. Определяют гидравлические элементы живого сечения потока в створах лотка: площадь живого сечения ; смоченный периметр , и гидравлический радиус :

4. Используя формулу (1.2), находится средняя скорость потока в соответствующих створах

.

5. Вычисляется коэффициент Шези из формулы (1.1) для каждого створа:

Таблица 1.1 - Опытные данные

Наименование	створы
	1	2	3	4	5
Отметки поверхности воды, м
Отметки дна лотка, м
Глубина воды в створах hi, м
Расстояние между створами li, м
Уклон лотка, i
Ширина лотка, b, м
Время наполнения мерной емкости, τ, с
Объем мерной емкости за время на­полнения, W, м3
Расход жидкости, Q, м3/с*10-3
Площадь живого сечения, ωi, м2
Смоченный периметр, χi
Гидравлический радиус, R,, м
Скорость потока, Vi, м/с
Коэффициент Шези, Ci, м0,5/с
Коэффициент шероховатости, пi.	n1	n2	n3	n4	n5
по Н.Н. Павловскому
по Маннингу
по Форхгеймеру
Среднее значение коэффициента ше­роховатости,

6. По одной из формул (1.3) - (1.5) определяются коэффициенты шероховатости лотка:

;

;

.

7. Находится среднее значение коэффициента шероховатости гидравлического лотка:

где N - число опытных значений коэффициента шероховатости . В условиях опыта N = 5.

8. Полученное значение коэффициента шероховатости , сравнивается со справочными данными и используется в расчетах последующих лабораторных работ.

9. Делается вывод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2