7.6 Гидравлически наивыгоднейший поперечный профиль канала

Гидравлически наивыгоднейшим профилем (сечением) канала называется профиль, который при одинаковом уклоне дна, расходе, шероховатости, коэффициенте откоса обеспечивает максимальную среднюю скорость, пропускает наибольший расход. Этот вывод следует из формулы Шези

;(7.12)

При равных площадях живого сечения , уклонахiи шероховатостиnбольшый расход пропустит канал, который имеет большее значениеС. НоС возрастает с увеличениемR. Однако, R зависит от, а это значит, что гидравлически наивыгоднейший канал имеет наименьший смоченный периметр.

Задача выбора геометрически наивыгоднейшего сечения канала сводится к выбору формы сечения с минимальным периметром . Такой фигурой является круг, а для открытого канала – это полукруг. Поэтому при строительстве небольших каналов (лотков) из метала, бетона им придают форму полукруга, эллипса, параболы. Для каналов большого сечения трудно сделать выемку грунта, обеспечив полукруглое сечение; в верхней части такого сечения стенки почти вертикальные, они могут оказаться неустойчивыми при нескальных грунтах, поэтому каналы полукруглого сечения почти не применяют; в естественных грунтах строят каналы трапецеидального сечения.

Для трапецеидального гидравлически наивыгоднейшего профиля значение относительной ширины по дну определяют по формуле

(7.13)

где - коэффициент откоса определяется по таблице 7.2.

Гидравлически наивыгоднейшие профили относительно узкие и глубокие, поэтому не всегда оказываются экономически наивыгоднейшими. Действительно, экономически наивыгоднейший профиль канала должен характеризоваться минимумом объёма земляных работ. Для канала, выполняемого в выемке минимальное значение площади выемки ’, а не площадь живого сечения (рисунок 7.7). Крупные каналы не проектируют с гидравлически наивыгоднейшим профилем.

При проектировании больших каналов вводят понятие “практически наивыгоднейший профиль” (), для которого величинабудет отличаться отменее, чем на 3 – 4%, причём каналы будут получаться сравнительно малой глубины. Величинаможет иметь любое значение, лежащее в пределах

Рисунок 7.7

, (7.14)

где .

7.7 Допустимые скорости движения воды в каналах

Проектируя канал, необходимо выбрать расчётную скорость потока такой, чтобы не было размыва и заиления канала, т.е.

где - средняя расчётная скорость потока в канале;

- минимально допустимая скорость при равномерном движении воды;

Эту скорость также называют минимальной незаиляющей скоростью; если , - русло будет заиляться отлагающимися в нём твёрдыми частицами, которые несёт поток;

- максимально допустимая скорость при равномерном движении воды.

Эту скорость называют максимальной не размывающей скоростью, если , русло будет размываться водой.

В таблице 7.4 приведены значения максимально допустимой скорости при равномерном заилении для прямолинейных участков каналов (в плане). Для извилистых каналов рекомендуется снижать на 5 – 20%.

Таблица 7.4 Максимально допустимые скорости

Материал смоченной поверхности канала
Несвязанные грунты: пыль, ил песок гравий Связанные грунты: супесь и суглинок глина Скальные породы: осадочные кристаллические Крепления: одиночная мостовая двойная мостовая бетонная облицовка	0,15 – 0,20 0,20 – 0,60 0,60 – 1,2 0,7 – 1,0 1,0 – 1,8 2,5 – 4,5 20 – 25 3,0 – 3,5 3,5 – 4,5 5,0 – 10,0

Для предотвращения заиления фактическая скорость движения воды в канале должна быть дольше некоторого минимального значения. При расчёте осушительных каналов принимают если надо предотвратить осаждения ила,если надо предотвратить осаждение песка. Во всех случаях, если возможно зарастание каналов,должна быть не менее 0,5 – 0.6м/с .