Таблица 1
Исходные данные для самостоятельной работы по вариантам
|
Номер |
|
|
|
Обозначение величин |
|
|
|
||
|
|
Q0, м3/с |
|
i01 |
i02 |
i03 |
|
|
|
|
|
варианта |
|
b, м |
l, м |
m |
n |
||||
С |
2,4 |
1,2 |
0,0011 |
0,10 |
0,0020 |
30 |
1,5 |
0,025 |
||
1 |
|
|||||||||
2 |
|
7,1 |
2,2 |
0,0021 |
0,11 |
0,0025 |
35 |
2,0 |
0,027 |
|
3 |
|
8,8 |
2,3 |
0,0031 |
0,12 |
0,0036 |
30 |
3,0 |
0,022 |
|
|
и |
0,0012 |
0,13 |
0,0016 |
40 |
1,5 |
0,025 |
|||
4 |
6,3 |
1,5 |
||||||||
5 |
5,8 |
2,0 |
0,0022 |
0,14 |
0,0024 |
20 |
2,0 |
0,022 |
||
6 |
7,4 |
2,5 |
0,0032 |
0,15 |
0,0031 |
25 |
3,0 |
0,020 |
||
7 |
бА |
0,0028 |
45 |
1,5 |
0,025 |
|||||
2,9 |
1,0 |
0,0013 |
0,16 |
|||||||
8 |
3,8 |
1,5 |
0,0023 |
0,17 |
0,0034 |
15 |
2,0 |
0,022 |
||
9 |
4,3 |
2,2 |
0,0033 |
0,18 |
0,0015 |
10 |
3,0 |
0,025 |
||
0 |
5,7 |
2,3 |
0,0010 |
0,19 |
0,0018 |
35 |
1,5 |
0,027 |
||
1.2. Подводящий канал
Устройство подводящего канала необходимо для принятия вод, стекающих по склонам к логу, иДподведения к трубе, мосту или быстротоку. Искусственные подходные русла должны обеспечивать пропуск всего расхода без их переполнения.
Расчёт подводящего канала сводится к определению нормальной и критической глубин, критического уклона, анализа состояния потока; определению средней скорости и обоснованиюИукрепления русла. Кроме этого, необходимо привести расчёт гидравлически наивыгоднейшего профиля канала. Все величины вычисляются двумя методами для проверки правильности расчёта и принятия окончательного значения нормальной глубины, критической глубины и критического уклона на участке подводящего к быстротоку русла.
1.2.1. Определение нормальной глубины
Нормальная глубина h0 – это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным [17, 18].
9
Эта глубина никак не связана с типом искусственного сооружения, а определяется естественным (бытовым) состоянием водотока, поэтому её также называют бытовой глубиной hб.
Основная расчётная формула для равномерного движения потока – формула Шези
Q0 C |
R i0 , |
(1) |
где – площадь ж вого сечения (площадь поперечного сечения по- |
||
тока), м2; C – коэфф ц ент Шези, м0,5/с; R – гидравлический радиус, |
||
и |
|
|
м; i0– уклон канала. |
|
|
СДля трапеце дального сечения (рис. 2) площадь живого сечения |
||
определяется по формуле |
|
|
(b m h) h, |
(2) |
|
бА |
|
|
где h – глуб на потока в канале, м. |
|
|
Коэфф ц ент откоса m – это характеристика крутизны откоса, |
||
т.е. отношен е гор зонтальной проекции откоса (заложения) к его |
||
высоте (ctg α, см. р с. 2). Числовое значение m выбирается по услови- |
||
ям устойчивости откоса в зависимости от категории грунта, в котором |
||
устроен канал, и высоты откоса (прил. 2). Надводные откосы прини- |
||
маются более крутыми. В курсовой работе коэффициент откоса – ве- |
||
личина заданная. |
|
|
Д |
|
|
|
И |
|
Рис. 2. Трапецеидальное поперечное сечение канала |
|
|
Согласно рекомендациям [17] во всех случаях расчёта каналов для определения коэффициента Шези С может применяться формула Н.Н. Павловского
1 |
|
y |
|
|
|
C |
|
R |
|
, |
(3) |
|
|
||||
n
где y f(n,R).
10
Приближённо можно по Н.Н. Павловскому считать: |
|
||||||
при R 1,0 |
м |
y 1,5 |
|
|
; |
(4) |
|
n |
|||||||
при R 1,0 |
м |
y 1,3 |
|
|
. |
(5) |
|
|
n |
||||||
При проектировании каналов выбор коэффициента шероховатости производится в соответствии с рекомендациями работ [17, 18, 19, 20] по таблицам значений n в зависимости от характеристики поверхности. В прил. 1 приведены значения коэффициента гидравлической шероховатости к формулам Н.Н. Павловского [9]. В курсовой работе
коэфф ц ент шероховатости – величина заданная. |
|
|||||||||||||
Г дравл ческ й |
|
в общем |
случае определяется по |
|||||||||||
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
(6) |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
где – смоченный пер метр, |
м, для трапецеидального русла может |
|||||||||||||
быть рассч тан по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
радиус |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b 2 h |
|
1 m2 |
. |
|
(7) |
|||||||||
Важным показателем при расчёте нормальной глубины является |
||||||||||||||
расходная характеристика (модуль расхода) K0, м3/с: |
|
|||||||||||||
K0 |
|
Q0 |
. |
|
|
|
(8) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
На сегодняшний день существует много методов определения |
||||||||||||||
нормальнойбАглубины. В качестве примера приведем графоаналити- |
||||||||||||||
ческий метод. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчёт выполняют в следующем порядке: |
|
|||||||||||||
1. Определяем модуль расхода (необходимую расходную харак- |
||||||||||||||
теристику, соответствующую |
|
нормальной |
глубине |
h0 ), используя |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
формулу (8): |
|
Д |
||||||||||||
K0 |
|
Q0 |
|
. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||
2. Задаваясь числовыми значениями |
произвольно выбранных |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
глубин h1,h2,h3,..., используя формулы (2), (3), (4), (5), (6), (7), вычисляем соответствующие расходные характеристики K1,K2,K3,... по формуле
K C R. |
(9) |
11
Полученные расходные характеристики должны создать такой числовой интервал, в который войдёт величина K01.
Для удобства расчёт сводится в табл. 2.
С |
|
Расчёт расходных характеристик |
|
Таблица 2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для трапецеидальных участков водоотвода |
||||||||||
|
Расчётная формула |
|
Единица |
|
Назначаемые и определяемые величины |
|
|||||||||||||
|
|
змерения |
|
h1 |
|
h2 |
|
h3 |
|
h4 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
(b m h) h |
|
м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
b 2 h 1 m2 |
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
R |
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
бА |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
С |
|
|
|
Ry |
|
|
м0,5/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
K C |
|
|
|
м3/с |
K1 |
|
K2 |
|
K3 |
|
K4 |
|
||||||
|
R |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Примечание. Перед вычислением коэффициента Шези С необходимо оп- |
||||||||||||||
|
ределить числовое значение показателя степени y |
по формулам (4), (5). |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3. Строим график K f(h) |
по значениям глубин и соответст- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
||||||||
|
вующих расходных характеристик:h1 K1;h2 |
K2;h3 |
K3 |
;... (рис. 3). |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|||||
|
|
|
|
|
|
Рис. 3. График зависимости расходной характеристики от глубины |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на трапецеидальных участках канала |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
4. На построенном графике по оси расходных характеристик от- |
||||||||||||||
|
кладываем числовое значение K0 |
, поднимаем вертикаль до пересече- |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
12