3. 8 Построение продольного профиля канала

Продольный профиль канала строится в искажённом масштабе (вертикальный масштаб крупнее горизонтального). Линию дна русла намечаем по катетам, откладываем в разных масштабах. При этом отношение вертикального катета к горизонтальному должно соответствовать заданному уклону дна. Принимаем вертикальный масштаб равный 1:12,5 и горизонтальный равный 1:33333333.

Параллельно дну канала наносим линию нормальных и критических глубин. По данным вычислений, выполненных в разделе 3.7, строим кривую свободной поверхности (Рисунок 3. 8).

4 Гидравлический расчет двухрукавного участка русла реки с запрудой в несудоходном рукаве

Согласно заданию необходимо рассчитать и построить кривые свобод­ной поверхности в двух рукавном русле при бытовом состоянии и в проект­ном состоянии, то есть при наличии запруды в одном рукаве.

Исходные данные:

1. План участка реки в изобатах.

2. Расчетный уровень Н_р = 1,0 м и общий расход воды в реке Q₀ = 1000 м³/с при этом уровне.

3. Коэффициенты шероховатости правого п_п = 0,020 и левого п_л = 0,023 рукавов.

4. Проектный расход в судоходном рукаве Q_n = 70 м³/с, обеспечиваемый поста­новкой запруды в несудоходном рукаве.

Расчет необходимо вести в следующем порядке.

1. Намечаются расчетные сечения, верхнее из которых выше фактического деления русла на рукава, а нижнее ниже. Положение этих сечений определяется створом, в котором отметки свободной поверх­ности можно считаются одинаковыми. Ориентируясь рельефом дна, делим эти сечения на две части, одну из них считаем сечением правого рукава, другую – сечением левого рукава.

Остальные сечения назначаются в характерных местах русла, т.е. в глу­боких частях плесовых лощин и на гребнях перекатов. Нумерация сечений и расчетных участков снизу вверх. Самое нижнее сечение имеет номер 0.

2. На миллиметровой бумаге строятся поперечные профили расчетных сечений до уровня воды Н_р над проектным (рисунок 4. 2). Горизонтальный масштаб 1:5000, вертикальный масштаб, т.е. масштаб глубин, 1:100.

3. На поперечных профилях наносится расчетный уровень воды Н_р, подсчитываются площади сечений ω и измеряется ширина по верху В. Эти данные заносятся в таблицу 4. 1, в которой вычисляются ω_ср = ; B_ср = , средние глубины Т_ср, модули расходов = ω_ср· Т_ср^2/3 · и модули сопротивления ∆F для каждого расчетного участка. Расчеты выполняются в табличной форме (таблица 4. 1).

Вычисляется бытовое распределение расходов воды по рукавам:

,

Таблица 4. 1

номер сечения	W , м2	B	N	Wср	Bср	Тср =	Кср	∆l	∆F	∆Z	Z
Левый
0	306	240	1	433,250	310,000	1,398	23546,624	750	0,00000135	0,194	10
1	560,5	380									10,194
			2	670,250	385,000	1,741	42172,212	250	0,00000014	0,020
2	780	390									10,214
			3	747,750	330,000	2,266	56086,315	690	0,00000022	0,032
3	715,5	270									10,246
			4	582,750	285,000	2,045	40817,468	600	0,00000036	0,052
4	450	300									10,298
			5	406,500	315,000	1,290	20949,133	260	0,00000059	0,085
5	363	330									10,383
								Fл=	0,00000267
Правый
0'	643	390	6	598,250	400,000	1,496	39120,211	720	0,00000047	0,181	10
1`	553,5	410									10,181
			7	591,750	355,000	1,667	41595,679	340	0,00000020	0,076
2`	630	300									10,257
			8	708,125	335,000	2,114	58316,307	420	0,00000012	0,048
3`	786,25	370									10,305
			9	817,500	360,000	2,271	70617,869	370	0,00000007	0,029
4`	848,75	350									10,333
			10	694,375	375,000	1,852	52352,724	350	0,00000013	0,049
5`	540	400									10,383

Где – модуль сопротивления правого рукава;

– модуль сопротивления левого рукава;

Q_л.б., Q_п.б., Q₀ – соответственно, расходы в левом, правом рукавах и по всему руслу в бытовом состоянии;

- расстояние между i – м и (i + 1) – м сечениями.

Имея бытовое распределение расходов воды по рукавам вычисляются падения уровней на каждом расчетном участке и бытовые отметки в рас­четных сечениях по формулам:

; ;

где - бытовой расход на расчетном участке;

– отметка уровня в нижнем сечении расчетного участка.

При вычислении отметок в сечениях, отметка бытового уровня в ниж­нем сечении обоих рукавов принимается равной 10,00 м. Вычислив отметки в верхних сечениях обоих рукавов проверяется правильность всех предыду­щих вычислений по условию .

где – отметка свободной поверхности в верхнем сечении правого рукава;

– отметка свободной поверхности в верхнем сечении левого рукава.

4. Для построения графиков зависимости = f(z_cp) назначаются два до­полнительных уровня свободной поверхности. Один уровень Н⁺⁰³ на 0,3 м выше расчетного, а другой Н^-03 на 0,3 м ниже расчетного (рисунок 4. 1).

Далее определяем изменения площади сечения и , измеряем ширину сечения и , рассчитываем площади сечений , и отметки свободной поверхности , , при соответствующих уровнях воды. Верх­ние индексы + 0,3 и – 0,3 определяют только положение уровня свободной поверхности, а не показатель степени числа.

,

,

.

Расчет ведется в табличной форме (таблица 4. 2).

Следует иметь в виду, что при постановке запруды отметки уровня воды увеличатся в не перекрытом рукаве и в верхнем бьефе запруды, а в нижнем бьефе запруды отметки будут ниже бытовых.

5. По данным и (таблица 4. 2) строятся кривые зависимости = f( ) для каждого расчетного участка отдельно для каждого рукава. По этим гра­фикам определяются отметки свободной поверхности в сечениях. В створе запруды рассчитывается отметка верхнего бьефа и отметка нижнего бьефа .

Таблица 4. 2

№№ Сечения	z, м	∆ω, м2	B, м	ω, м2	№№ участков	ωср, м2	Вср, м	Tср, м	Кср	∆l, м	∆F	zср, мм
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Левый рукав
0	10,3	75	260	381
	10	0	240	306	1	528,500	325,000	1,626	31775,440	750	0,00000074	10,397
	9,7	69	220	237		433,250	310,000	1,398	23546,624		0,00000135	10,097
1	10,494	115,5	390	676		343,250	290,000	1,184	16699,023		0,00000269	9,797
	10,194	0	380	560,5	2	788,000	400,000	1,970	53840,514	250	0,00000009	10,504
	9,894	111	360	449,5		670,250	385,000	1,741	42172,212		0,00000014	10,204
2	10,514	120	410	900		560,000	350,000	1,600	33307,358		0,00000023	9,904
	10,214	0	390	780	3	848,625	392,500	2,162	61693,408	690	0,00000018	10,530
	9,914	109,5	340	670,5		747,750	330,000	2,266	56086,315		0,00000022	10,230
3	10,546	81,75	375	797,25		653,250	300,000	2,178	47715,230		0,00000030	9,930
	10,246	0	270	715,5	4	669,375	342,500	1,954	45493,316	600	0,00000029	10,572
	9,946	79,5	260	636		582,750	285,000	2,045	40817,468		0,00000036	10,272
4	10,598	91,5	310	541,5		498,375	277,500	1,796	32015,276		0,00000059	9,972
	10,298	0	300	450	5	501,750	320,000	1,568	29443,164	260	0,00000030	10,640
	9,998	89,25	295	360,75		406,500	315,000	1,290	20949,133		0,00000059	10,340
5	10,683	99	330	462		313,125	307,500	1,018	13779,654		0,00000137	10,040
	10,383	0	330	363
	10,083	97,5	320	265,5
Правый рукав
0'	10,3	118,5	400	761,5
	10	0	390	643	6	719,750	410,000	1,755	52370,118	720	0,00000026	10,391
	9,7	115,75	385	527,25		598,250	400,000	1,496	39120,211		0,00000047	10,091
1`	10,481	124,5	420	678		479,625	392,500	1,222	27410,266		0,00000096	9,791
	10,181	0	410	553,5	7	701,625	377,500	1,859	53031,485	340	0,00000012	10,519
	9,881	121,5	400	432		591,750	355,000	1,667	41595,679		0,00000020	10,219
2`	10,557	95,25	335	725,25		486,750	345,000	1,411	30614,973		0,00000036	9,919
	10,257	0	300	630	8	812,375	360,000	2,257	69881,559	420	0,00000009	10,581
	9,957	88,5	290	541,5		708,125	335,000	2,114	58316,307		0,00000012	10,281
3`	10,605	113,25	385	899,5		609,125	325,000	1,874	46297,599		0,00000020	9,981
	10,305	0	370	786,25	9	927,375	372,500	2,490	85174,866	370	0,00000005	10,619
	10,005	109,5	360	676,75		817,500	360,000	2,271	70617,869		0,00000007	10,319
4`	10,633	106,5	360	955,25		711,125	350,000	2,032	57038,472		0,00000011	10,019
	10,333	0	350	848,75	10	808,375	385,000	2,100	66275,189	350	0,00000008	10,658
	10,033	103,25	340	745,5		694,375	375,000	1,852	52352,724		0,00000013	10,358
5`	10,683	121,5	410	661,5		583,500	365,000	1,599	39888,055		0,00000022	10,058
	10,383	0	400	540
	10,083	118,5	390	421,5

При построении графиков = f( ) шкала должна начинаться с нуля, а шкала – с любого значения. Отметки свободной поверхности воды в нижних сечениях разветвления сохраняются неизменными и соответствуют бытовым.

Графические построения начинаем с правого (судоходного) рукава.

Из точки на оси , равной отметке нижнего сечения, (рисунок 4. 3), прово­дится прямая под углом φ до пересечения с кривой = f( ) нижнего участка (6), затем из этой точки проводится прямая под тем же углом до пересече­ния с осью . Последняя точка на оси будет соответствовать отметке уров­ня в верхнем створе нижнего расчетного участка. Такой же порядок опреде­ления отметок свободной поверхности сохраняется и для последующих (вер­хних) участков, например, 2–го участка (рисунок 4. 3).

По правому (судоходному) рукаву такое графическое построение сво­бодной поверхности ведется до общего верхнего расчетного створа деления потока на рукава.

По рукаву, в котором предусмотрена постановка запруды, расчет ведет­ся как сверху от отметки общего верхнего створа до створа запруды, так и снизу от общего нижнего створа до створа запруды. При этом в створе запруды получим две отметки уровня воды, разность которых дает необходи­мый перепад уровней на запруде , обеспечивающей распределение расходов.

Тангенс угла φ прямых на рисунке 3 определяется расчетным расходом воды и масштабами, которые приняты по осям координат и

где а – величина в единице длины горизонтальной оси;

b – величина в единице длины вертикальной оси;

Q – заданный (расчетный) расход в рукаве.

Перепад на запруде равен

Кривые свободной поверхности изображены на рисунке 4. 4.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чугаев Р.Р. Гидравлика.-Л; Энергоиздат.1982 – 672 с.

2. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика.- М; Стройиздат, 1972 – 648 с.

3. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. – М; Энергоиздат, 1984 – 638 с.

4. Герус Т.И. Построение кривых свободной поверхности в призматических руслах. – Новосибирск, НГАВТ, 2001г.

5. Ботвинков В.М., Малыгин В.Н., Жук А.Ю. Гидравлический расчет двухрукавного участка русла реки с запрудой в несудоходном рукаве. – Новосибирск, НГАВТ 2006 г.