Материал: 1550

16

m = (0,405 + 0,003) / Н * [1 + 0,55 * Н2/ (Н + Рв)2 ] и сам расход:

Q = mσзатв √2g Н3/2, используя метод подбора при различных значениях Н. Результаты заносим в табл. 1.

Таблица 1

2. Равномерное движение жидкости в открытых руслах

Равномерное движение часто встречается в инженерной практике. В основе этого движения лежат формула Шези и уравнение неразрывности. Кроме того, эти формулы и характеристики используются и при расчете неравномерного движения. Поэтому надо обратить внимание на условия существования равномерного движения (призматичность русел, постоянство расхода, шероховатость и продольный уклон) и характерные его особенности (постоянство скорости и глубины, равенство пьезометрического, гидравлического и геометрического уклонов). Важно в инженерных расчетах определять допустимые скорости, обеспечивающие сохранение русел от размыва и заилевания.

Задача № 1

Канал трапецеидального сечения характеризуется следующими параметрами:

в= 7,5 м; h = 3.0 м; m = 1,5;

γ= 1,3; i = 0,0001,

где: в = ширина канала по дну, м, h = глубина воды в канале, м,

m= коэффициент откоса канала,

i = гидравлический уклон дна канала. Определить V м/с и Q м3/с воды в канале.

17

Решение. Q = ω V; V = С√ R i; ω = b h + m h2; χ = b + 2 h √1 + m2; R = ω/χ R = 36,0 / 16,9 = 2,13 м; С = 87 / 1 + α /√ R = 87 / 1 + 1,3 / √2,13 = 46,0;

V = 46 √2,13 * 0,0001 = 0,67 м/с; Q = 36,0 * 0,67 = 24,1 м3/с.

Задача № 2

Определить уклон i дна канала, если в = 3,5 м; h = 1,5 м; m = 1,0; α = 0,90; и

пропускает Q = 2,5 м3/с.

Решение. ω = b h + m h2 = 3,5 * 1,5 + 1,0 * 1,52 = 7,5 м2; χ = b + 2 h √1 + m2 = 3,5 + 2,0 * 1,5 √ 1 + 12 = 7,7 м;

R = ω/χ = 7,5 / 7,7 = 0,97 м; С = 87 / 1 + α /√ R = 87/1 + 0,90 √ 0,97 = 46,3; V = Q / ω = 2,5 / 7,5 = 0,30 м/с;

i = V2/ С2 R = 0,32 / 46,32 * 0,97 = 0,000045.

Задача № 3

При каком наполнении и какой скорости земляной канал трапецеидального сечения пропускает расход Q = 16,0 м3/с ? Канал имеет следующие параметры: в = 5,0 м; m = 1,2; i = 0,0002; α = 1,3.

Решение. Вычисляем скорости и расходы воды, задаваясь реальными глубинами по формулам: ω = bh + mh2; χ = b + 2h√1 + m2; R = ω/χ ;

С = 87/1+ α/√R; V = С√Rι; Q = ωV. Результаты записываем в таблицу.

18

3. Гидрология и гидрометрия

Гидрология – наука, изучающая гидросферу, ее свойства, протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмосферой, литосферой и биосферой. В разделе гидрологии необходимо разобрать приходную и расходную части уравнения водного баланса отдельных участков земли. Студент должен владеть понятиями «водосборная площадь», «бассейн водотоков», «модуль и коэффициент стока». Необходимо усвоить, какие факторы влияют на сток и какими мероприятиями можно изменить величину поверхностного и внутрипочвенного стока.

Гидрометрия дает материал для определения основных расчетных характеристик потока. Полученные с помощью гидрометрии условия, глубины, расходы и другие характеристики являются основными при проектировании.

При изучении раздела гидрометрии следует усвоить устройство водомерных постов, их назначение. При этом необходимо владеть способами построения графиков колебания, повторности и продолжительности стояния горизонтов воды, определения расходов воды и скорости течения потока с помощью поплавков и гидрометрических вертушек, определения твердого стока рек, заиления водохранилищ, искусственных водоемов, прудов и т. д.

3.1. Определение объема, коэффициента и модуля стока

Количественный сток характеризуется объемом, модулем, коэффициентом и слоем стока. Объем стока W выражается в м3 за определенный промежуток времени (сутки, месяц, период, год) W = Qt, где Q – средний расход воды, м3/с; t – время расчетного периода, с; hст, – слой стока, мм, который получается при переводе объема стока в слой стока по формуле hст= 0,1Q/F, где F – величина водосборной площади в га, сток с которой равен объему стока.

Коэффициент стока σ – отношение слоя стока к осадкам за этот же период: σ = hст/Нос. Модулем стока q называется объем стока с единицы площади в единицу времени, который выражается в м3/с или л/с.

19

Задача № 1

Площадь водосбора составляет 620 га при мощности снежного покрова перед весенним снеготаянием Нсн = 0,45 см, плотность снега δ = 0,65 (плотность снега – отношение веса снега к его объему).

Решение. Объем Q снега составляет 1000 FНсн (м3), объем Qвс воды в снеге равен 1000 FНсн δ ( м3).

Из этого количества часть воды, с учетом коэффициента стока σ, стекает.

Следовательно, объем весеннего стока определяем по следующей формуле:

Wвст = 1000FНсн δ σ = 1000 * 620 * 0,45 * 0,30 * 0,65 = 54405 м3.

Задача № 2

Определить коэффициент стока σ вод весеннего половодья, если слой стока hст= 65 мм, глубина снежного покрова Нсн= 0.45 м, плотность снега

δ = 0,28.

Решение. Слой воды в снегу составляет 1000 * 0,45 * 0,28 = 126 мм, тогда коэффициент стока будет σ = 65/126 = 0,51.

Задача № 3

Определить модуль стокаq, если расход воды Q = 0,85 м3/с, а площадь водосбора F = 1500 га.

Решение. Определяем модуль стока:

q = Q / F = 0,85 / 1500 = 0,00056 м3/с с 1 га = 0,56 л/с с 1 га.

Задача № 4

Определить коэффициент стока, если средний годовой модуль стока q = 0,1 л/с с 1 га, годовое количество осадков Н = 650 мм.

20

Решение. Находим объем стока с 1 га за год:

Wст= 0,1 * 60 * 60 *24 * 365 / 1000 = 3153,6 м3/га; Слой стока: hст = 0.1 * 3153,6 = 315 мм;

Коэффициент стока σ = 315 / 650 = 0,48.

3.2. Построение графиков частоты и обеспеченности

Проектирование гидротехнических сооружений. Проведение лесокультурных работ на затапливаемых землях требует знания повторяемости и продолжительности стояния горизонтов воды за определенный период (год, вегетационный период, весенний период и т.д.). Поэтому строят графики повторяемости (частоты) и продолжительности (обеспеченности).

Амплитуду колебаний уровней воды за данный период разбивают на интервалы величиной 10-50 см. Из гидрологических ежегодников (таблиц ежегодных уровней) определяем число дней стояния горизонтов в каждом интервале и составляем таблицу.

Таблица 3 Повторяемость и продолжительность стояния горизонтов воды

Полученные данные служат для построения графика частоты. Он показывает количество дней, в течение которых уровни воды находились в пределах того или иного интервала. Наиболее часто повторяющийся в течение вегетационного периода горизонт воды называется бытовым горизонтом (ГБВ).