3. Неравномерное движение в открытых руслах(каналах)

   1. Общие сведения

При неравномерном движении в призматических руслах изменяется глубина h по длине потока, а следовательно, и площадь живого сечения ω и средняя скорость потока υ. Кривая свободной поверхности может быть в виде кривой подпора (глубина вниз по течению потока увеличивается) или кривой спада (глубина вниз по течению потока уменьшается).

2. Определение критической глубины

При проведении гидравлических расчетов неравномерного движения, например, при расчете кривых свободной поверхности, сопряжении бьефов, необходимо знать критическую глубину h_kp. Глубина h_кр, соответствующая минимуму удельной энергии сечения Э=f(h), в общем случае определяется из уравнения:

(3,0)

где Q - расход воды;

α - коэффициент Кориолиса (α~1,1);

ω_кр к В_кр - соответственно площадь и ширина по верху живого сечения потока при критической глубине;

g – ускорение силы тяжести.

Для прямоугольного русла

(3,1)

где b = В - ширина прямоугольного русла по дну.

Для определения критической глубины вычислим соотношение:

Затем воспользуемся методом подбора. При b =4,06 = const зададим произвольную глубину h₁ = 0.5 м.

Вычислим площадь живого сечения:

(м²)

Найдем B по формуле:

(м)

Определим отношение:

Т.к. 4,04 ≠ 2,96, принимаем новые значения h₂,h₃ и так далее, строим кривую зависимости [График 4] и определяем по ней h_кр, которая будет соответствовать отношению

График 4

Данные для некоторых других глубин, в частности для выделенной жирным шрифтом критической глубины, приведены в Таблице 3

Таблица 3

h	w	w3	b	B	W3/B
0,5	2,55	16,5814	4,6	5,6	2,961
0,51	2,6061	17,7	4,6	5,62	3,1495
0,52	2,6624	18,8721	4,6	5,64	3,3461
0,53	2,7189	20,0992	4,6	5,66	3,5511
0,54	2,7756	21,3831	4,6	5,68	3,7646
0,55	2,8325	22,7253	4,6	5,7	3,9869
0,55219	2,844965	23,0267	4,6	5,704	4,0367
0,553	2,849609	23,1396	4,6	5,706	4,0553

3. Определение типа и построение кривой свободной поверхности

   1. Определение типа кривой свободной поверхности

Для определения типа свободной поверхности нужно определить i_кр и сравнить его с i_зад. Для этого посчитаем площадь живого сечения:

(м²)

Смоченный периметр посчитаем по формуле:

(м)

Определим гидравлический радиус из соотношения:

(м)

По формуле Павловского находим коэффициент Шези:

(м^0,5/с)

Из формулы Шези выразим гидравлический уклон, это и будет i_кр:

(3,2)

Т.к. i_кр > i_зад (0.0087 > 0.0005) и h₀ > h_кр (1,24 > 0,55219), то мы получили водоток с прямым уклоном дна. Кривая свободной поверхности будет иметь вид кривой подпора типа а₁.