книги из ГПНТБ / Писарьков, Х. А. Осушение лесных земель учебное пособие для студентов лесохозяйственного факультета (специальность 1512)

Пользуясь формулой Шези, можно определять не только скорость, но и рамеры поперечных сечений проектируемых ка­ налов и других водотоков, поэтому она имеет большое пра­ ктическое значение.

Понятие о неравномерном движении. Неравномерное дви­ жение воды в открытых руслах имеет место при подпорах, из­ менениях уклонов и других причинах, при которых живое се­ чение и средняя скорость изменяются по длине русла. Для целей мелиорации практическое значение имеют величина подпора Z и длина кривой подпора L от плотины до места,

где подпор практически незаметен (рис. 3).

Рис. 3. Кривая подпора

Приближенно кривую подпора можно принять за параболу и тогда, по предложению Поаре, горизонтальное расстояние от плотины до конца кривой подпора составит:

где L — длина кривой подпора;

Z — величина подпора, т. е. превышение подпертого гори­ зонта (до подпора) ho, иначе говоря, эта величина

равна разности глубины воды у плотины и нор­ мальной глубины;

г — уклон дна потока.

Эта формула дает лучшие результаты при небольших ук­ лонах русла.

Мощность реки. Работа N, совершаемая рекой, равна весу

где Q — расход воды в реке (м3/сек) на участке длиною L;

-Я — высота падения на том же участке.

Лошадиная сила равна 75 кг/м/сек или 0,736 кет (1 кет— = 1,36 л. с.). Следовательно, теоретическая мощность реки

равна

10

Расход Q принимается средний многолетний.

Если N разделить на L км, то получим удельную километ­

ровую мощность реки. Вследствие неизбежных потерь дей­ ствительная мощность на 30—40% меньше. Для использова­ ния энергии реки (до конца подпора) необходимо создавать напор плотинами. Верхнее зеркало воды перед плотиной на­ зывается верхним бьефом, а ниже плотины — нижним 'бьефом. Разница уровней верхнего и нижнего бьефов назы­

-стенке площадью со, через которое вытекает вода под постоян­ ным напором Я. По формуле Торичелли

g— ускорение силы тяжести, м/сек2;

Я— напор воды над центром отверстия, м.

Учитывая сопротивление движению воды, величина скоро­ сти истечения v меньше теоретической, поэтому вводится ко­

эффициент скорости ф, величина которого меньше единицы. ■Кроме того, необходимо учитывать сжатие струи. Обозначив отношение площади сжатого сечения струи к полной площа­ ди отверстия через коэффициент ф, получим формулу для оп­ ределения расхода воды через малые отверстия:

Если отверстие затоплено и истечение происходит под уро­ вень, то в форулу вместо Я надо подставить разность уров­ ней.

Для увеличения пропускной способности отверстий при­ меняются насадки (короткие трубки) длиной не менее четы­

11

рех их диаметров. На практике применяются цилиндрические и конические насадки. Для цилиндрических насадок (рис. 5) коэффициент расхода ц=0,82. Для конически сходящихся на­ садок ц зависит от угла конусности б. Наибольшее значение коэффициент расхода достигает при б=13°24/. При этом угле

ц= 0,95.

Благодаря способности конических насадок давать сплош­ ную струю с большой скоростью они получили широкое при­ менение в мелиорации и гидротехнике — в соплах турбин, гидромониторах, пожарных бравдапойтах, фонтанах и др.

Большой коэффициент расхода (до 0,97—0,98) имеют коноидальные насадки. Отверстия гидротехнических сооруже­ ний часто устраиваются по форме, близкой к форме коноидальных насадок.

Водосливы. Если вода переливается через вырез в стенке, преграждающей поток, то это гидравлическое явление назы­ вается водосливом. Различают водосливы с тонкой стенкой, с широким порогом и практических профилей (при плотинах).

Если низовой уровень воды не влияет на истечение, то во­ дослив называется незатопленныМ, а если влияет, то затоп­ ленным и расход по нему меньше. По форме выреза в. стенке различают водосливы прямоугольные, трапецеидальные, тре­ угольные и др. (рис. 6). Ниже приводятся формулы для опре­ деления расходов воды по этим водосливам.

1. Незатопленный прямоугольный водослив с тонкой сте кой (рис. 6, а). Расчетная формула расхода воды через этот водослив имеет вид:

где Q — расход воды, м3/сек;

Ь — ширина порога водослива, м;

12

Я — напор воды над порогом водослива, м (определяется

выше порога); то — коэффициент расхода (находится по табл. 2).

Таблица 2

Коэффициенты расхода /п0

для водослива с тонкой стенкой (по Базену)

2. Трапецеидальный водослив с тонкой стенкой (рис. 6,6)

Расход воды определяется по формуле

Эта формула дает точные результаты при следующих усло­

Водослив дает точные результаты при угле 0, равном 90°. Используется при небольших расходах воды.

4. Незатопленный прямоугольный водослив с широким по­ рогом. Характеризуется тем, что толщина стенки должна быть в 2—3 раза более величины напора-Я (рис. 7). Расход воды

Указанные водосливы' применяются для определения рас­ ходов в оросительных и осушительных каналах, через гидро-

13

технические сооружения и др. Расхождение при определении расходов не превышает одного процента.

Рис. 6. Водосливы:

а — прямоугольный; б — трапецеидальный; в — поперечный разрез; г — треугольный

Движение воды в напорных трубах. Различают безнапор­ ное и напорное движение. Безнапорное движение может быть, в дренах, когда вода заполняет не все сечение трубы. Ско­ рость и расход воды в этих условиях определяются по форму­ ле Шези.

Рис. 7. Неэатопленный прямоугольный водослив с широким порогом

При напорном движении все сечение трубы занято водойг и напор воды создается или высоким расположением источ­ ника воды или насосами. Примером такого движения может быть движение воды в водопроводных трубах, дождевальных. трубопроводах и др.

На рис. 8 показано движение воды по напорной трубе АВ^

в которую вставлены пьезометры (тонкие трубки). При за-

14

крытой трубе в пьезометрах уровень воды установится по го­ ризонтальнойлинии ab — линии гидростатического давления.

Если труба открыта и вода вытекает в атмосферу, то уровень воды в пьезометрах устанавливается по линии Cd — линии

гидравлического давления; понижение воды в пьезометрах произошло от потерь напора на преодоление сопротивлений при движении воды.

Рис. 8. Истечение воды по напорной трубе в атмосферу

При напорном движении воды по трубам происходят по­ тери напора по длине трубы /гдл и местные потери hu.

Если истечение воды происхо­ дит под уровень (рис. 9)', то при простом водопроводе, без боко­ вых ответвлений, общий напор Н

полностью затрачивается на пре­ одоление сопротивлений по длине трубы и местных сопротивлений.

При истечении воды в атмос­ феру полный напор теряется на преодоление тех же сопротивле­ ний и на создание скорости при выходе воды из трубы.

Следовательно, можно на­ писать

H=hдл+Ам — при «стечении под уровень (рис. 9),

•^= ^дл+Аи+|/го — при истечении в атмосферу (рис. 8),

где h0— конечный напор.

Потери напора по длине потока han определяются по фор­

муле Дарси:

15

Для стальных и чугунных труб коэффициент Я равен

где d — диаметр трубы, м.

При приближенных расчетах акад. Н. Н. Павловский ре­ комендует принимать следующие значения Я: для чугунных и сварных стальных труб — 1/50; для бетонных и железобе­ тонных — 1/45, для деревянных труб — 1/52.

Значения коэффициента местного сопротивления См берутся из таблиц, приводимых в учебниках и справочниках. Ниже приведены значения С„ для некоторых видов местных сопро­ тивлений:

При наличии нескольких местных сопротивлений в трубе,

коэффициенты местных сопротивлений складываются.

2

Скоростной напор К согласно формуле (19) равен -tjj .

Следовательно, общий напор Я выразится уравнениями:

Из этих уравнений получаем скорости движения воды:

При большой длине труб местными потерями можно пре­ небречь, или учесть их суммарно в размере 5—10% от потерь по длине трубы. -

16

питаются водой из пруда, уровень воды в котором приблизи­ тельно на 30 м выше поверхности земли в Нижнем парке, ис­

пользованная вода сбрасывается в Финский залив.

Для фонтанных трубопроводов применяются стальные и чугунные водопроводные трубы. На трубах ставятся вентили для регулирования расхода воды и высоты струй. Использу­ ются цилиндрические, конические и коноидальные насадки из латуни или бронзы. Иногда делаются и специальные типы насадок для придания струям различных форм.

Гидравлические расчеты фонтанов сводятся к определению расходов воды, высоты фонтанных струй и их траекторий.

При устройстве фонтанов вода из трубопровода поступает вверх в атмосферу через насадку (рис. 11). В этом случае об­ щий напор Н, без учета местных потерь напора, затрачивается на преодоление сопротивлений по длине трубопровода и на создание скорости при выходе воды из насадки:

где Н — общий напор, м; Адл — потери напора по длине трубы, м;

А0 — скоростной напор у насадки, м.

Потери напора по длине трубы можно определить по фор­

где I — длина трубопровода, м;

Q — расчетный расход воды, м3/сек;

А— удельное сопротивление трубы на 1 пог. м при рас­ ходе воды 1 м3/сек.

где d — диаметр трубы, м.

18

Вычисленные значения удельных сопротивлений А сле­

дующие:

^Диаметр фонтанных труб определяется по формуле

Скорость воды v в трубах для фонтанов принимается рав­ ной 0,5—0,6 м!сек.