2.1.5 Определение скорости течения в канале

Средняя скорость по живому сечению в канале V, м/с, определяется из формулы:

где ω ― площадь живого сечения, в котором необходимо определить скорость.

Как правило, скорость необходимо знать, чтобы выяснить, является она размывающей или нет. Утверждённые МПС Временные нормы допускаемых (неразмывающих) средних скоростей течения воды для несвязных и связных грунтов приводятся в пособии и справочниках.

Определю скорость течения воды при нормальной глубине.

Определю скорость течения воды при критической глубине.

Для канала с шероховатостью поверхностей 0,025 с коэффициентом откоса 3,0 две допустимые скорости имеют следующие значения 4,2 ― 6,2 м/с.

Сравнивая полученные значения скоростей с допустимыми, можно сделать вывод о том, что в канале скорость течения при нормальной глубине для габионовой кладки является допустимой, и при критической глубине допустимой.

2.2. Быстроток

При значительных расходах воды, больших уклонах и наличии в воде твердых включений при благоприятных геологических условиях, обеспечивающих устойчивое положение круто наклонённого лотка, наиболее целесообразны быстротоки.

Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном больше критического ( .)

Гидравлический расчёт быстротока сводится к расчёту входной части 1, лотка быстротока (водоската) 2 и выходного участка 3 (рис. 2.8).

Поперечное сечение быстротока может отличаться от примыкающего к нему участков канала (подводящего и отводящего), и тогда устраивают переходные участки, пользуясь при их расчётах рекомендациями по расчёту сужающихся и расширяющихся бурных потоков.

Входная часть быстротока в этом случае представляет собой участок сужения с прямолинейными в плане боковыми стенками, сопрягающий подводящий канал с водостоком. Ширину лотка быстротока рекомендуют принимать меньше ширины подводящего и отводящего каналов, т.к. благодаря высокой скорости течения на водоскате поперечное сечение потока невелико. Иногда входную часть устраивают в виде лотка той же ширины и формы, что и лоток быстротока. Но в том, и в другом случае гидравлический расчёт входной

части можно выполнить как для незатопленного водослива с широки порогом.

Рис. 2.8 Расчетная схема быстротока

Ширина лотка быстротока может быть задана или определена из условия поддержания необходимой глубины потока в концевой части подводящего канала, т.е. исходя из условия поддержания в подводящем канале равномерного движения.

Уклон для входного участка принимают равным уклону дна подводящего канала. Глубина в конце входной части (на изломе) h_изл принимается равной h_к, а при более чем двукратном превышении критической глубины над нормальной глубиной на водоскате h₀₂ глубина на изломе дна равна (0.7-0.8)h_к.

Если лоток быстротока уже, чем отводящий канал, то выходную часть устраивают в виде расширяющегося переходного участка. Характер растекания бурного потока может принимать различные формы. Достаточно равномерное распределение глубин в перечисленных сечениях расширяющегося выходного участка с прямолинейными стенками может быть получено лишь при их отклонении меньше чем на 7° от оси потока.

Если ширина и глубина быстротока не ограничены и не определяются конструктивными соображениями, можно принимать гидравлически наивыгоднейшее сечение. Расчёт водостока заключается в определении на нём глубин и скоростей потока. Поэтому основная задача сводится к расчёту и построению кривой свободной поверхности на быстротоке.

Скорость течения в лотке быстротока бывает высокой и требует применения соответствующего материала для его изготовления. Чаще всего это бетон. Из технико-экономических соображений бетонные быстротоки устраивают прямоугольного сечения (m=0).

При высоких скоростях течения на быстротоке поток захватывает пузырьки воздуха, и в результате этого образуется водно-воздушная смесь. Это явление (аэрация) приводит к увеличению глубин, что необходимо учитывать в расчетах. Коэффициент шероховатости стенок и дна канала для аэрированного потока n_a приближённо определяется по формуле:

где a – коэффициент аэрации, зависит от значения уклона i₀ , определяется по таблице 2.5.

Таблица. 2.5. Определение коэффициента аэрации.

a	1.33	1.33-2.00	2.00-3.33
i0	0.1-0.2	0.2-0.4	0.4-0.6