1123

12

ωk3 = αQ2 ,

Bk q

где Вк и ωк – ширина русла по верху и площадь живого сечения отвечают критической глубине hк.

Это уравнение является основной формулой для определения критической глубины hк при заданном расходе Q для любой формы призматического русла.

Кроме того, из этого уравнения следует, что критическая глубина не зависит ни от уклона дна водотока, ни от шероховатости его стенок и дна, в то время как нормальная глубина зависит от этих факторов.

Расчет критической глубины для любой формы поперечного сечения призматического русла определяется аналитическим или графическим путем.

По заданному Q определяют αQ2. Задаваясь различными значениями h q

Критическая глубина будет соответствовать тому значению (h), когда будет

Рис. 4 Кривая определения критической глубины трапецеидального канала

Критическую глубину канала прямоугольного сечения можно вычислить

Определить h кр. – трапецеидального, прямоугольного и треугольного русла.

5. Определение сопряженных глубин водного потока

Рассмотрим общую теорию гидравлического прыжка и покажем ее практическое применение.

Гидравлическим прыжком называется явление, характеризуемое внезапным увеличением глубины потока с резким переходом от больших скоростей течения к меньшим (рис. 5).

14

Рис. 5 Схема гидравлического прыжка в открытом русле

При прыжке в открытом русле на сравнительно коротком участке происходит переход от глубины h1 - меньшей критической глубины, к глубине h2 - большей критической глубины. При этом всегда имеет место переход из бурного состояния потока в состояние спокойное.

Длина, на которой происходит резкое изменение глубины потока, называется длиной прыжка и обычно обозначается через Ln. На этой длине на поверхности потока образуется область, в которой жидкость находится в водоворотном состоянии, носящая название валец. При этом наблюдается уменьшение энергии от Э1 до Э2, часть энергии теряется Эn = Э1 – Э2 – гидравлические потери напора. Движение в самом прыжке носит пульсирующий характер. Глубины потока h1 и h2 именуются сопряженными, при этом:

h1 = hс1 - первая сопряженная глубина h2 = hсII - вторая сопряженная глубина.

Разность hcII – hcI – составляет высоту прыжка, что имеет большое значение при решении многих инженерных задач при проектировании гидротехнических сооружений.

Рассмотрение кривой удельной энергии сечения позволяет понять, почему переход потока из бурного состояния в спокойное осуществляется в форме гидравлического прыжка. Если бы этот переход осуществлялся постепенно, то по достижении критической глубины дальнейшее движение потока было бы невозможным (поток остановился), потому что глубина hк соответствует минимальной удельной энергии Эmin (энергии нет). Но это противоречит сущности явления. Вот почему и наблюдаем гидравлический прыжок.

Гидравлический прыжок в призматическом русле при соотношении сопря-

щих волн и носит название - гидравлический прыжок волна.

Основное уравнение гидравлического прыжка получено Меланже на основе закона количества движения. Он его применил для совершенного гидравлического прыжка. Началом считается такое сечение перед прыжком, в котором при бур-

15

ном состоянии потока сохраняется распределение скоростей, которое присуще для плавно изменяющегося движения потока.

Концом считается сечение в спокойном состоянии, в котором распределение скоростей мало изменяется по длине потока за прыжком.

Это уравнение связывает все элементы до и после прыжка.

Рассматривая уравнение можно сказать, что левая и правая части уравнения одинаковы, только левая относится ко второму сечению, а правая к первому сечению. Поэтому выражение

αQ2 + hcω = П(h) qω

является прыжковой функцией, следовательно П (hcI) = П (hcII).

Можно сказать так, что сопряженные глубины это такие глубины, при которых прыжковая функция имеет одно и тоже значение.

Прыжковая функция П(h) имеет минимальное значение при h критической, как и удельная энергия сечения Эk (рис. 6).

Рис. 6 График прыжковой функции

Функция П(h) будет непрерывной, имеет две ветви уходящие в бесконечность, поэтому кривая П (h) напоминает кривую удельной энергии сечения и имеет вид параболы.

Этот график позволяет определить сопряженную глубину, если известна одна из них. Если известна hIc, то достаточно восстановить перпендикуляр с верхней ветвью и точка пересечения покажет вторую сопряженную глубину hcII.

График прыжковой функции позволяет определить сопряженные глубины для трапециидального сечения канала.

В случае прямоугольного канала расчет ведется по аналитическим формулам.

16

Они получены на основании анализа основного уравнения гидравлического прыжка и выражены через hк.

Сопряженные глубины определяются тогда, когда необходимо рассчитать глубину гасителя энергии или высоту водобойной стенки.

Длина гидравлического прыжка является весьма важным с практической точки зрения, так как эта длина нередко определяет габариты водобойной части гидротехнического сооружения и размеры крепления русла в зоне перехода бур-

ного потока в спокойный. Ее можно определить, используя формулу

Ln = 4,5 hcII.

Задание

Канал трапецеидального сечения

Q = 54,3м3/с b =7 м

m = 1,5

hc = 0,8 ά= 1,1

17

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная литература

1/Бабиков, Б.В. Гидротехнические мелиорации: Учеб. для вузов / Б.В. Баби-

ков – СПБ: ЛТА, 2002. – 293 с.

2. Сабо Е.Д., Теодоронский, В.С. Гидротехнические мелиорации объектов ландшафтного строительства: Учеб. для вузов /Е.А. Сабо, В.С. Теодоронский. – Москва, изд-во Академия, 2008.

Дополнительная литература

1. Андрющенко, П.Ф. Гидротехнические сооружения в садово-парковом и ландшафтном строительстве [Текст]: учеб. пособие / П.Ф. Андрющенко, А.Н. Дюков, Т.П. Деденко; Федеральное агентство по образованию, ГОУ ВПО

«ВГЛТА». – Воронеж, 2009. -111 с.

2. Андрющенко, П.Ф. Гидротехнические сооружения в лесном деле. Проектирование осушения лесной и лесопарковой территории [Текст]: методические указания к курсовой работе для студентов по направлению подготовки 250100 - Лесное дело (квалификация (степень) «магистр») / П.Ф. Андрющенко, Т.А. Малинина ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2014.

-28 с. Электронная версия ЭБС ВГЛТА.

3.Андрющенко, П.Ф. Гидротехнические сооружения в садово-парковом и ландшафтном строительстве [Текст] : учеб. пособие : [для студентов и преподавателей лесохозяйств. фак. специальностей 250203 – Садово-парковое и ландшафт. стр-во, 250201 – Лесн. хоз-во] / П.Ф. Андрющенко, А.Н. Дюков, Т.П. Деденко; Фед. Агентство по образованию, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования «Воронеж. гос. лесотех. акад. – Воронеж, 2009 . – 111 с. ЭБС «Лань».

18

20

Петр Федорович Андрющенко Татьяна Анатольевна Малинина Татьяна Петровна Деденко

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ В ЛЕСНОМДЕЛЕ

Методическиеуказания

квыполнению практических занятий длястудентовпо направлению подготовки250100 – Лесноедело (квалификация(степень) магистр)

РИО ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева , 8

Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10