Гидравлические расчеты открытых каналов

 

При гидравлическом расчете открытых каналов встречаются задачи следующих основных типов:

1. определение расхода жидкости, пропускаемой данным каналом;

2. определение уклона дна, необходимого для пропуска заданного расхода жидкости в канале заданной формы сечения с известной глубиной наполнения;

3. определение глубины наполнения или ширины канала для пропуска данного расхода жидкости при известном уклоне дна.

При решении указанных задач будем исходить из формулы Шези (8.3)

.

Подставив в нее значение коэффициента С в его выражении например по Маннингу, получим

. (8.13)

При этом для расхода будем иметь следующее выражение:

. (8.14)

Значение площади живого сечения и гидравлического радиуса R в этой формуле зависят от глубины наполнения канала h и от формы его поперечного сечения, коэффициент же шероховатости является заданной величиной.

Рис.2 Рис.3

Если заданы форма поперечного сечения канала и глубина его наполнения, находят модуль расхода

.

После этого по формуле (8.14) определяют расход для заданного уклона или уклон, необходимый для пропуска заданного расхода.

Если же известны расход и уклон канала и требуется определить глубину его наполнения, поступают следующим образом: задаются формой поперечного сечения канала и несколькими значениями глубины его наполнения h. Далее вычисляют соответствующие этим наполнениям значения модуля расхода К и строят кривую для К взависимости от h (рис. 2). Затем откладывают по оси абсцисс значение модуля К_р (соответствующее заданному расходу) и по кривой определяют искомую глубину наполнения h_p. В этом случае, когда известна глубина наполнения и необходимо найти ширину канала, поступают аналогично предыдущему –строят график изменения модуля расхода К в зависимости от ширины b и находят по этому графику искомую ширину канала (рис. 3).

Подобные задачи могут быть решены также и аналитически, если предварительно выразить через глубину наполнения h величины и . Так, в случае прямоугольного сечения шириною В имеем

.

При трапецеидальном русле (рис.4)

и

,

где

Подставляя эти выражения для и в формулу (8.14), получаем уравнение с одним неизвестным;практически определение глубины h по кривой (описан­ное выше) оказывается более простым.

Рис.4