Построение графика зависимости расхода воды от глубины
График зависимости расхода от глубины воды Q=f(h) необходим для определения бытовой глубины hб во время расчетного паводка в нестесненном живом сечении водотока после пересечения его дорогой. В качестве расчетного расхода принимают сбросной расход, на который проектируется водопропускное сооружение.
Для построения графика зависимости расхода воды от глубины Q=f(h) задаются несколькими уровнями воды Н и для каждого из них вычисляют глубину потока h на вертикалях, скорости потока на вертикалях, элементарные расходы.
Скорость на вертикалях при глубине воды hi вычисляют по формуле:
, (1.3.1)
где m – коэффициент, учитывающий шероховатость лога и склонов;
Jс – уклон лога у сооружения в долях единицы.
Коэффициент m назначается для ровного земляного русла – 25, извилистого или заросшего русла (ручей) – 20, сильно заросшего – 10 – 15.
Элементарный расход на вертикалях рассчитывается по формуле:
, (1.3.2)
Расход в элементе живого сечения при расстоянии между вертикалями Li рассчитывается по формуле:
, (1.3.3)
где 
– элементарные расходы на соседних вертикалях.
По данным об элементарных расходах строят их эпюру по ширине живого сечения потока. Суммарный расход при данном уровне равен площади эпюры элементарных расходов.
Расчет производят в табличной форме (табл. 1.3.1)
Таблица 1.3.1
| Заданный уровень Н | Отметка дна на вертикали, Нi | Глубина на вертикали, hi | Скорость на вертикали, Vi | Элементарный расход на вертикали qi | Расстояние между вертикалями, Li | Qi, м3/с |
Пример 1.3.1
Исходные данные. Уклон водотока у сооружения 10%o, русло сильно заросшее (m=15).
Поперечное сечение водотока характеризуется черными отметками, приведенными в метрах:
Таблица 1.3.2
| Пикет, плюс | 0+00 | 0+10 | 0+15 | 0+18 | 0+21 | 0+24 | 0+29 | 0+36 |
| Отметки | 68,00 | 67,50 | 67,00 | 66,00 | 66,00 | 67,00 | 67,50 | 68,00 |
Требуется построить график зависимости Q=f(h).
Задаем уровень воды 67,00, вычисляем глубины (рис.1.3.1а) на вертикалях, соответствующих точкам 0+18, 0+21, и вычисляем скорости движения воды по формуле (1.3.1), элементарные расходы по формуле (1.3.2). Эти данные заносим в таблицу 1.3.2 и строим эпюру элементарных расходов (рис.1.3.1а). Эта эпюра состоит из двух треугольников и прямоугольника. Вычисляем их площадь и заносим в таблицу 1.3.2 (графа 7). Суммарная площадь эпюры равна расходу при уровне 67,00.
Принимаем отметки уровня 67,50 и 68,00 и проводим аналогичные вычисления. Строим эпюры элементарных расходов (рис.1.3.1б, 1.3.1в), вычисляем их площади (табл. 1.3.2), равные расходами при уровнях 67,50 и 68,00. Уровням 67,00; 67,50 и 68,00 (рис.1.3.1) соответствуют максимальные глубины 1,0; 1,50; и 2,0 м и расходы (табл. 1.3.2) 9,0; 21,47 и 47,66 м3/с.
По полученным данным строим график зависимости расхода воды от глубины Q= f (h) (рис 1.3.2) .
Рисунок 1.3.1 Живое сечение водотока и эпюра элементарных расходов воды при уровнях: а) 67.00; б) 67.50; в) 68.00
Таблица 1.3.2
| Заданный уровень Н | Отметка дна Нi | Глубина hi | Скорость Vi | Элементарный расход qi | Расстояние Li | Qi |
| 67,00 | 67,00 | 2,25 | ||||
| 66,00 | 1,50 | 1,50 | 4,50 | |||
| 66,00 | 1,50 | 1,50 | 2,25 | |||
| 67,00 | Сумма | |||||
| 9,0 | ||||||
| 67,50 | 67,50 | 1,181 | ||||
| 67,00 | 0,5 | 0,945 | 0,472 | 5,131 | ||
| 66,00 | 1,5 | 1,966 | 2,948 | 8,845 | ||
| 66,00 | 1,5 | 1,966 | 2,948 | 5,131 | ||
| 67,00 | 0,5 | 0,945 | 0,472 | 1,181 | ||
| 67,50 | Сумма | |||||
| 21,47 | ||||||
| 68,00 | 68,00 | 2,362 | ||||
| 67,50 | 0,5 | 0,945 | 0,472 | 4,931 | ||
| 67,00 | 1,5 | 1,5 | 9,393 | |||
| 66,00 | 2,381 | 4,762 | 14,287 | |||
| 66,00 | 2,381 | 4,762 | 9,393 | |||
| 67,00 | 1,5 | 1,5 | 4,931 | |||
| 67,50 | 0,5 | 0,945 | 0,472 | 2,362 | ||
| 68,00 | Сумма | |||||
| 47,66 |
Рис. 1.3.2 График зависимости Q= f (h) по данным примера 1.3.1