Продолжение прил. 3
Пример вычисления. Дано: расход Q = 4 м3/с, ширина канала понизу b = 2 м, уклон i = 0,07, коэффициент откоса m = 1,5, коэффициент шероховатости n = 0,0270. Необходимо найти нормальную глубину h0.
Решение. Расчёт методом Б.А. Бахметева выполняют в следующей после- |
||||
С |
|
|
|
|
довательности: |
|
|
|
|
а) определяют необходимую расходную характеристику, соответствую- |
||||
щую нормальной глуб не h0 по формуле (8) настоящего пособия: |
||||
|
К0 |
|
4,0 |
15,12м3/с; |
|
|
|
||
них |
0,07 |
|
||
|
|
|
|
|
б) зададаются двумя произвольными значениями глубин и вычисляют для расходные характер стики, используя формулы (2), (3), (6), (7), (9). Для
удобства расчёт представляют в та личной форме (табл. П.3.2);
1 |
|
|
y |
бА0,5 |
Таблица П.3.2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчёт расходных характеристик |
|
|
||||||||||
Расчётная формула |
Ед. изм. |
|
|
Назначаемые и определяемые величины |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h1 |
|
|
|
h2 |
|
|
h |
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
0,4 |
|
||||
(b m h) h |
м2 |
|
|
|
|
|
0,40 |
|
|
|
0,80 |
|
||||||||
b 2 h |
1 m2 |
м |
|
|
|
|
|
2,40 |
|
|
|
2,80 |
|
|||||||
R |
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
0,17 |
|
|
|
0,29 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
C |
|
|
R |
|
|
|
м /с |
|
|
37,22 |
|
|
|
41,56 |
|
|||||
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
K C |
|
|
м3/с |
|
|
|
|
|
6,08 |
|
|
|
17,77 |
|
||||||
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
||||
|
|
|
|
в) определяют гидравлический показатель русла Х, используя формулу |
||||||||||||||||
(П.3.11): |
|
|
|
|
|
|
Д |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6,08 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2lg |
|
|
|
|
0,93 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
17,77 |
|
3,1; |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
0,3 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
г) вычисляют нормальную глубину h0 |
по формуле (П.3.12): |
|
|
|||||||||||||
2
15,12 3,1
h0 0,2 0,36м.6,08
Искомая нормальная глубина равна 0,36 м.
61
Продолжение прил. 3
6.Определение нормальной глубины в трапецеидальном канале по графику.
Расчёт нормальной глубины в трапецеидальном сечении по графику, представленному на рис. П.3.4 из работы [9], рассмотрим на следующем
Спримере.
и бА Д И
Рис. П.3.4. График для определения нормальной глубины в трапецеидальном русле
62
Окончание прил. 3
Пример вычисления. Дано: расход Q = 2 м3/с, ширина канала понизу b = 1,2 м, уклон i = 0,005, коэффициент откоса m = 1, коэффициент шероховатости n = 0,0225. Необходимо найти нормальную глубину канала h0.
Решение. По формуле (П.3.5) определяют расходную характеристику К0, |
|||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
соответствующую нормальной глубине: |
|
|
|
|
|||
|
K0 |
2 |
|
28,3м3/с. |
|
||
|
|
0.005 |
|
|
|
||
Безразмерный показатель С вычисляют по формуле |
|
||||||
|
С |
|
b2,67 |
|
|||
|
|
|
, |
|
(П.3.13) |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
n K0 |
|
|||
где b n – заданные вел ч ны ширины канала понизу и коэффициента шерохо- |
|||||||
ватости. |
|
|
|
|
|
|
|
бА |
|
||||||
Для сходных данных |
|
|
|
2,67 |
|
|
|
|
С |
1,2 |
2,54. |
|
|||
и 0,0225 28,3 |
|
||||||
Откладывают выч сленное значение С на оси абсцисс в верхней части графика (см. р с. П.3.4) проводят ординату до пересечения с кривой m = 1. Таким образом, находят ординату (отношение нормальной глубины к ширине ка-
нала по дну), соответствующую точке пересечения: h0 0,535. Из полученного b
отношения вычисляется нормальная глубина:
h 0,535 1,2 0,64м.
Способы определения критической глубины
1. Графический метод (метод энергии).
Расчёт производится с использованием уравнения удельной энергии сечения
Э h |
Q2 |
, |
(П.4.1) |
0 |
|||
|
2 g 2 |
|
|
где h – глубина, м; – коэффициент Кориолиса; Q – расход в русле (канале), |
|
м3/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; – площадь живого сечения, м2. |
|
Порядок расчёта: |
И |
1.Задаваясь произвольно выбранными значениями глубин, определяют соответствующие значения удельной энергии сечения.
2.По вычисленным данным строят график зависимости Э f h . На по-
строенном графике на оси Э минимальному значению энергии будет соответствовать критическая глубина.
3. Расчёт удобно представлять в табл. П.4.1.
63
Продолжение прил. 4
Таблица П.4.1
Расчёт удельной энергии сечения
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
2 |
|
|
|
Q2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
h, м |
|
|
(b m h) h, м |
|
|
|
|
, м |
|
Э, м |
|
||||
|
|
|
|
|
2 g 2 |
|||||||||||
|
h1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
… |
|
Э1 |
|
||
|
h2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
… |
|
Э2 |
|
||
|
h… |
|
|
|
|
… |
|
|
|
… |
|
Э… |
|
|||
|
найти |
|
|
|
… |
|
Эn |
|
||||||||
|
hn |
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
||||
|
|
Пр мер выч |
|
слен |
я. Дано: расход Q = 12 м3/с, ширина канала по дну |
|||||||||||
|
b = 3 м, m = 2. Необход мо |
критическую глубину hк. |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
бА |
|
|
Таблица П.4.2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
Пр мер расчёта удельной энергии сечения |
|
|
|
|||||||
|
h, м |
|
|
(b m h) h, м |
|
|
Q2 |
, м |
|
Э, м |
|
|||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 g 2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|||
|
0,90 |
|
|
|
|
4,32 |
|
|
0,4326 |
|
|
1,3326 |
|
|||
|
0,91 |
|
|
|
|
4,39 |
|
|
0,4196 |
|
|
1,3296 |
|
|||
|
0,92 |
|
|
|
|
4,45 |
|
|
0,4072 |
|
|
1,3272 |
|
|||
|
0,93 |
|
|
|
|
4,52 |
|
|
0,3952 |
|
|
1,3252 |
|
|||
|
0,94 |
|
|
|
|
4,59 |
|
|
0,3837 |
|
|
1,3237 |
|
|||
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|||
|
0,95 |
|
|
|
|
4,66 |
|
|
0,3726 |
|
|
1,3226 |
|
|||
|
0,96 |
|
|
|
|
4,72 |
|
|
0,3619 |
|
|
1,3219 |
|
|||
|
0,97 |
|
|
|
|
4,79 |
|
|
0,3516 |
|
|
1,3216 |
|
|||
|
0,98 |
|
|
|
|
4,86 |
|
|
И |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,3417 |
|
|
1,3217 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|||||||
0,99 |
|
|
|
|
4,93 |
|
0,3321 1,3221 |
|||||||||
|
1,00 |
|
|
|
|
5,00 |
|
|
0,3229 |
|
|
1,3229 |
|
|||
|
|
Решение. Задаются значениями глубин и определяют соответствующее |
||||||||||||||
|
им значение |
удельной |
энергии |
сечения |
по формуле (11). Расчёт – |
|||||||||||
|
в табл. П.4.2. |
По |
полученным данным |
строят график |
зависимости |
|||||||||||
Э f h (рис. П.4.1).
На построенном графике по оси Э минимальному значению энергии соответствует критическая глубина hк 0,97 м.
64
Продолжение прил. 4
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
||||||||
Агроскина |
|
||||||||||||
Рис. П.4.1. График зависимости удельной энергии |
Э сечения от глубины |
||||||||||||
2. Метод проф. И.И. |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Одним из наиболее простых способов определения критической глубины |
|||||||||||||
с использованием эмпирического выражения является метод |
. . Агроскина: |
||||||||||||
h |
h |
|
|
|
n 0,105 2 |
|
(П.4.2) |
||||||
1 |
, |
||||||||||||
к |
кр |
|
3 |
|
|
|
n |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
И |
|||
где n – безразмерный показатель, определяемый по формуле (П.4.3) при задан- |
|||||||||||||
ных величинах коэффициента заложенияДоткоса m и ширины канала понизу b; |
|||||||||||||
hкр – приближённо вычисленная критическая глубина, определяемая из выраже- |
|||||||||||||
ния (П.4.4). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
m hкр |
; |
|
|
|
(П.4.3) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
3 |
|
|
Q |
2 |
, |
|
(П.4.4) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
кр |
|
|
|
|
g b2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где – коэффициент Кориолиса; g –ускорение свободного падения; b – заданная ширина канала понизу; Q – заданный расход в канале (русле).
65