2. Гидравлический расчет быстротока

Расчет быстротока заключается в определении глубины потока по его длине, размере успокоителя, рисбермы, водобойного колодца либо стенки и выполняется в последовательности (рис. 1):

Рис. 1. Расчетная схема быстротока

1. Находят ширину входной части:

, м

где расход водосброса, м³/сек;

_{g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;}

= 0,32 ÷ 0,385 – коэффициент расхода, зависящий от конструктивного оформления входной части (принять равным 0,36);

полный напор на пороге водослива, с учетом скорости подхода (м), находится по формуле:

где – напор на пороге водослива (м), равен глубине потока в конце подводящего канала h₂, м;

= 1,1 – коэффициент скорости;

V₀ – скорость подхода (м/с), определяется по формуле:

где - площадь живого сечения потока в подводящем русле (конце подводящего канала), м².

Ширина входа и определяет ширину водосбросного сооружения .

Полученный водосливной фронт разбивают на пролеты, округлив их до стандартных размеров. Ширину пролетов следует принимать равной (м) – 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 6; 7; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 27; 30 м.

2. Вычисляют удельный расход:

, м³/с м.п.

3. Вычисляют критическую глубину – глубину, при которой для заданного расхода удельная энергия в сечении имеет наименьшее значение:

, м

где: _{= 1,1 -} коэффициент скорости;

удельный расход, м/сек;

_{= 9,81 м/с2 -} ускорение свободного падения.

4. Вычисляют нормальную глубину – глубину равномерного движения:

или

где: коэффициент шероховатости для бетонных лотков;

уклон лотка быстротока;

гидравлический радиус;

ширина лотка, м.

5. Принимают глубину воды в конце лотка:

6. Для быстротока без стенки падения за сжатую глубину можно принять глубину в конце лотка:

7. Сопряженная глубина находится по формуле:

Если , то прыжок в нижнем бьефе отогнан. Сопряжение по типу отогнанного гидравлического прыжка не допускается, поэтому в подобных случаях необходимо затопить прыжок искусственно, с помощью водобойного колодца или водобойной стенки.

_{где: - бытовая глубина воды в нижнем бьефе (глубина воды в отводящем канале), м.}

Если , то гидравлический прыжок затоплен.

8. Глубина колодца ориентировочно равна:

где: δ =1,05÷1,10 – коэффициент запаса на затопление прыжка.

9. Длину водобойного колодца определяют по формуле:

где: длина прыжка, определяемая для прямоугольного русла по формуле:

10. Вычисляют длину рисбермы:

11. Скорость течения воды в конце быстротока:

Допускаемая скорость для бетонных лотков м/сек.

Если скорость в конце быстротока превышает допустимую, то проектируют лоток с искусственной шероховатостью.

12. При проектировании водобойной стенки (рис. 2) ее высота определяется по формуле:

где: δ=1,05 – коэффициент запаса, обеспечивающий определенную степень затопления;

Н₁ – напор над водобойной стенкой равный:

где: Н₀₁ – напор над стенкой;

- скорость перед стенкой.

Стенка работает как водослив, причем может быть либо подтопленной, либо неподтопленной.

В первом приближении считается стенка неподтопленной, т.е. δ_n=1 и напор H₀₁определяется из формулы водослива:

где: m=0,42 – коэффициент расхода водобойной стенки, с учетом имеем:

Скорость перед стенкой:

Рис. 2. Расчетная схема водобойной стенки

На миллиметровке в выбранном масштабе (обычно 1:200 – 1:400) вычерчивают расчетную схему быстротока.