При высоких скоростях течения воды на быстротоке поток захватывает пузырьки воздуха, в результате этого образуется водно-

где a – коэфф ц ент аэрации, зависит от уклона быстротока i02 .

По данным А. А. Ничипоровича из работы [9], коэффициент а можно пр н мать по табл. 5 в зависимости от уклона быстротока i02

например, 25бАсм, что ы вода не вытекала на прилегающую местность. Когда быстроток используется как самостоятельное сооружение и за ним в отводящем канале возникает гидравлический прыжок, то

В ходе самостоятельной работыДпо изучению движения потоков в водоотводных сооружениях обучающимсяИпредлагается выполнить и последовательно оформить расчёт быстротока при условии формирования установившегося неравномерного движения.

для сокращения участков крепления в конце быстротока или в начале отводящего канала устраивают водобойные стенки или водобойные

колодцы.

1.3.1. Определение нормальной глубины

Для определения нормальной глубины на быстротоке можно воспользоваться любым известным методом. Для закрепления знания формул и навыка в расчётах рекомендуем использовать метод, описанный в подр. 1.2.1.

При вычислении модуля расхода, площади живого сечения, смоченного периметра и коэффициента Шези необходимо помнить,

26

что при заданном расходе Q0 изменился уклон дна i02 , форма попе-

речного сечения и укрепление стенок канала (см. подр. 1.1.1), причём коэффициент шероховатости в расчётах требуется принимать с учётом аэрации потока:

Для определен я критической глубины на быстротоке можно воспользоваться лю ым известным методом (подр. 1.2.2).

Для упрощен я расчётов следует воспользоваться формулой, которая получается из прео разования уравнения критического состояния потока (12) для прямоугольного сечения (m = 0):

Для определения критического уклона на быстротоке можно воспользоваться любой известной формулой (подр. 1.2.3).

Для вывода о состоянии потока необходимо проанализировать соотношение нормальной глубины h02 и критической глубины hк2 на

27

водоскате быстротока. Для правильности вывода следует проверить соотношение заданного уклона дна русла i02 и вычисленного крити-

ческого уклона iк2 .

вой свободной поверхности [17, 18, 21].

В пр змат ческ х руслах для описания изменения глубины h по потока l при неравномерном движении используется следую-

ром, а свободнаябповерхностьАпри этом – кривой подпора. При убывании глубины свободная поверхность образует кривую спада. К линии нормальных глубин N–N кривая свободной поверхности всегда приближается асимптотически, а к линии критических глубин

щее дифференц альное уравнение:

где Пк – параметр кинетичности.

Расчёт сводится к интегрированию данного уравнения. Увеличение глу ины воды в сторону течения называется подпо-

K–K – резко, под углом 90°.

Д Для большего понимания процесса формированияИсвободной по-

верхности студентам предлагается посмотреть видео 3.

Существует несколько методов расчёта кривой свободной поверхности: Б.А. Бахметева, акад. Н.Н. Павловского и другие. В практике дорожно-мостового и аэродромного строительства приходится решать задачи по расчёту неравномерного плавноизменяющегося движения воды не только в призматических руслах, но и на непризматических участках каналов, поэтому целесообразнее воспользоваться универсальным методом конечных разностей, предложенным В.И. Чарномским.

28

Метод В.И. Чарномского заключается в следующем: зная глубину в одном из сечений канала, например глубину на изломе дна подводящего канала и лотка быстротока hп hизл, задаются значением глубины в соседнем сечении и находят искомое расстояние l между двумя соседними сечениями с известными глубинами по уравнению

вующие назначенной глубине h , а междустрочными – R,C,…, определяемые как среднеарифметические или по соответствующим формулам.

29

Приведём необходимые для расчёта понятия и формулы с нуме-

2 g

сечений;

30

12) Э Эn 1 Эn, где Эn и Эn 1 – удельные энергии соседних сечений, причём в последующем сечении для данного типа кривой спада удельная энергия сечения больше, чем в предыдущем;

вертикальный – 1:10, горизонтальный – свободный стандартный, но предполагающий достаточную точность (1,0 м) при определении длины участка при соответствующейДглубине (1:100, 1:200, …).

И

Рис. 14. Пример построения графика кривой свободной поверхности

31

Кривая свободной поверхности строится в виде графика с вертикальной осью глубин и горизонтальной осью длин (рис. 14).

На графике обязательно указываются линии критических К–К и нормальных N–N глубин. Отдельные значения глубин и длин по осям отмечать не следует, чтобы не загромождать график. Для построения Скривой свободной поверхности точки на графике следует соединять

плавно по лекалам.

Анал з кр вой свободной поверхности (см. рис. 14) на водоскате быстротока граф чески подтверждает теоретические выводы

неирусла уменьшается;

В.И. Чарномского:

– на участке водоотводного канала с уклоном больше критического (i0 iк) форм руется кривая спада, т.е. глубина потока по дли-

– вверхбАпо течен ю от линии критических глубин К–К поток отход т резко, под углом 90°, т.е. на небольшом участке водоотводного канала про сход т значительное уменьшение глубины потока;

– вн з по течен ю к линии нормальных глубин N–N поток приближается ас мптот чески, т.е. на большом по длине участке канала изменения глу ины потока незначительны.

Используя график сво одной поверхности, необходимо принять глубину в конце ыстротока hкб .

В большинстве случаев длины призматических русел бывают достаточными, чтобы на нихДуспевал устанавливаться равно-

мерный режим и отвечающая ему нормальная глубина потока h0. Для назначения требуемой глубины (в курсовой работе длина быстротока l – величина заданная) придерживаются следующих условий:

– если длина быстротока равна или большеИдлины кривой спада, то глубину на конце быстротока принимают равной нормальной глубине h02 ;

– если же, наоборот, длина кривой спада будет больше длины быстротока, то глубина на конце быстротока определяется по графику: на горизонтальной оси длин откладывается значение длины быстротока (см. табл. 1), поднимается вертикаль до пересечения с кривой свободной поверхности, далее слева на вертикальной оси глубин снимается значение hкб .

32