5.2. Определение скорости и расхода воды грунтового потока

Скорость фильтрации грунтовых вод определяют по формуле Дарси (22). Для определения уклона грунтовых вод на местности по углам треугольника, близкого к равностороннему, устраивают три скважины. Стороны треугольника промеряют, а треугольник снимают инструментально (рис. 17).

Нивелировкой определяют отметки поверхности земли у каждой скважины. Измеряют глубины грунтовых вод и вычисляют отметки уровней грунтовой воды; по этим данным (отметкам) проводят горизонтали, которые называются гидроизогипсами. По гидроизогипсам определяю уклоны грунтовой воды. Расход воды грунтового потока определяется по формуле Q =  . Площадь поперечного сечения грунтового потока ω определяют умножением глубины потока H на его ширину B.

Рис. 17. Схема расположения скважин при определении уклона грунтовых вод

Задание 7. Определить скорость и расход воды грунтового потока глубиной H=2,3 м при ширине потока B=500 м, К= 0,0341 см/с=29,47 м/сутки. Отметки поверхности земли у трех скважин равны: 30,75; 26,75; 28,60 м. Глубина грунтовой воды (от поверхности почвы) равна 2,50; 1,75; 2,10 м. Следовательно, отметки уровня грунтовой воды соответственно равны: 28,25; 25,00; 26,50 м. На рис. 17 показаны эти отметки и проведенные по ним через 0,5 м гидроизогипсы

Для определения уклона грунтовых вод на плане (см. рис. 17) перпендикулярно гидроизогипсами проведена линия AB, длинна которой l = 365 м (длина определяется по плану в соответствующем масштабе).

Превышение между точками A и B равно разности отметок h= 27,5–25,5=2,0 м, следовательно, уклон

i ===0,0055.

Площадь поперечного сечения грунтового потока, скорость и расход воды равны:

 =H· B= 1150 м₂ ;  = K· i =29,47·0,0055 = 0,162 м/сутки;

Q =   = 1150· 0,162 = 186,3 м₃/сутки

6. Гидравлика

6.1. Расчет трубчатого водоспуска

Вода выходит из трубы в канал или водоприемник. Часто место выхода несколько подтопляется. Расход воды по трубе при подтопленном выходе определяется по формуле

Q = μ·ω , (25)

где μ – коэффициент расхода, находящийся обычно в пределах 0,4 – 0,6; ω – площадь поперечного сечения трубы; Z – разность отметок уровней верхнего и нижнего бьефов, определяется по формуле

d = , (26)

где d – диаметр трубы, м; ω – площадь сечения, м².

Из формулы (25) определяется площадь сечения

ω = ,

где Q – расчетный расход, м3/с; Н – величина напора воды над трубой, м.

Задание 8. Определить диаметр водоспускной трубы. Дано: расчетный расход Q = 0,8 м³/с, напор воды H = 3 м, длина трубы l = 30 м; μ = 0,5.

ω = ==0,208 м²

d = = =0,265 0,27 м.

6.2. Гидравлический расчет фонтанов

Питание фонтанов может осуществляться из рек, прудов, водопроводов или других источников с подачей воды к фонтанам по трубам. Для фонтанных трубопроводов используются стальные или чугунные водопроводные трубы. При устройстве фонтанов вода поступает в атмосферу через насадку на концах труб фонтанов. Гидравлический расчет фонтанов сводится к определению расходов воды и высоте фонтанных струй. Движение воды в фонтанных трубах происходит за счет гидростатического давления, вызывающего гидростатический напор Н (рис. 18). Напорные воды, образуемые за счет превышения источника питания над фонтаном, при движении по трубам теряют напор Н на преодоление сопротивлений по длине трубопровода и на создание скорости при выходе воды из насадки в атмосферу:

Н = h_дл + h₀, (27)

_{где Н – общий напор; hдл – потери напора по длине трубы, м; h0 – скоростной напор у насадки, м.}

_{Рис. 18. Схема фонтанной струи}

Расход воды фонтанной струи

Q = μω_{, (28)}

_{где μ – коэффициент расхода насадки, равный для конических сходящихся насадок при углах конусности 5, 13 и 45º соответственно 0,92; 0,945; 0,857; ωн – площадь поперечного сечения выходного отверстия насадки, м2; А – удельное сопротивление трубы, зависит от диаметра трубы (при диаметрах 300, 400, 450, 500 мм соответственно равно 0,805, 0,176, 0,094, 0,054); l – длинна трубопровода, м.}

_{Скоростной напор h0 у насадки, определяющий высоту, равен}

_{h0 = . (29)}

_{Вследствие сжатия струи и сопротивления, оказываемого струе воздухом, фактическая высота струи меньше, но действительную высоту струи hдл фонтана можно вычислить по формуле Люгера:}

_{hдл = , (30)}

_{φ = , (31)}

_{где dн – диаметр выходного отверстия насадки, мм.}

_{Задание 9. Определить расход фонтана Q и высоту струи hдл, если общий напор Н = 10 м, диаметр трубы 0,30 м, длина трубопровода 1200 м, диаметр выходного отверстия конической насадки 0,04 м, коэффициент расхода μ = 0,945, удельное сопротивление трубы А = 0,805.}

_{Определяем расход по формуле}

_{ωн = = = = 0,00125 м2;}

Q = 0,945·0,00125·₌

_{=0,00118= 0,00118· 13,8 = 0,0163 м3/с;}

_{h0 = = = 9,75 м;}

_{φ = = = = 0,0024;}

_{hдл = = = = 9,56 9,6 м.}