Гидравлический расчет одноступенчатого перепада с прямоугольным руслом
Расчет начинается с определения, требуется или нет гаситель энергии воды у перепада. На рис. 11 показана схема перепада с основными гидравлическими параметрами.
Рис. 11. Расчетная схема одноступенчатого перепада
Гаситель энергии у перепада можно не применять, если , т. е. в нижнем бьефе имеет место затопленный прыжок.
Гаситель энергии необходим, если , т. е. имеет место отогнанный или надвинутый прыжок.
Здесь – нормальная (бытовая) глубина воды до и после перепада при установившемся режиме потока и при установленных – расходе воды ; ширине лотка перепада ; уклоне дна водотока перед перепадом и коэффициенте шероховатости бетонного лотка ( определяется подбором по формулам (1) – (7), с построением графика зависимости: при прямоугольном русле);
– сопряженная глубина с определяемая по формуле:
, (8)
где – критическая глубина (глубина воды на уступе), определяемая по формуле
, (9)
где – глубина воды в сжатом сечении, определяемая по уравнению
, (10)
где – удельный (на единицу ширины водослива) расход воды, определяемый по заданному расходу воды и ширине лотка водослива:
, (11)
где – полный напор воды на уступе с учетом скоростного напора, определяемый по формуле
, (12)
где – коэффициент скорости, принимаемый в пределах 0,85–1,00; – напор воды на уступе, определяемый по формуле
, (13)
где – скорость воды на уступе, определяемая по формуле
, (14)
где – высота стенки перепада; – ускорение силы тяжести, 9,81 м/с2.
Для нахождения из уравнения (10) задаются несколькими значениями , затем для каждого из них находят по (10). Затем строится график зависимости: . По этому графику, зная из выражения (12), определяют .
Определив по формуле (8) , решают, требуется или нет гаситель энергии воды у перепада. Если требуется, тогда рассчитывается гаситель энергии. В районах с суровым климатом следует применять гаситель энергии с водобойной стенкой.
В пределах гасителя энергии развивается большая скорость потока воды, поэтому, чтобы выбрать укрепление (см. прил. 4) водобойной части перепада, определяется скорость течения воды в сжатом сечении по формуле Ю.Н. Даденкова:
, (15)
где и – см. формулы (9) и (13).