2. Гидравлический расчет водопропускных сооружений

2.1. Подводящий канал

Устройство подводящего канала необходимо для принятия вод, стекающих по склонам к логу, и подведения к трубе, мосту или быстротоку. Искусственные подходные русла должны обеспечивать пропуск всего расхода без их переполнения.

Расчёт подводящего канала сводится к определению нормальной и критической глубины, критического уклона, анализа состояния потока, определению средней скорости и обоснованию укрепления русла. Кроме этого необходимо привести расчёт гидравлически наивыгоднейшего профиля канала.

2.1.1. Определение нормальной глубины

Нормальная глубина h₀ – это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным.

Основная расчётная формула – формула Шези:

где ω – площадь живого сечения, м²; С – коэффициент Шези, м^0,5/с;

R – гидравлический радиус, м; i₀ – уклон канала.

Для трапецеидального сечения (рис. 2.1)

где h – глубина канала, м.

h m

b

Рис. 2.1 Поперечное сечение подводящего канала

Для определения коэффициента Шези С может применятся формула Павловского:

где .

Приближённо можно считать:

Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле:

где χ ― смоченный периметр, м, и для трапецеидального русла может быть определён:

Важным показателем при расчёте является расходная характеристика (модуль расхода) , м³/с:

Вычисление нормальной глубины буду производить графоаналитическим методом.

Расчёт

Определю необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине :

Задаюсь числовыми значениями произвольно выбранных глубин и вычислю соответствующие расходные характеристики по формуле:

Для удобства расчёт сведу в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Расчёт расходных характеристик.

Расчётные формулы	Ед. изм.	Назначаемые и определяемые величины
		h1	h2	h3	h4	h5
h	м	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
	м^2	2,40	3,01	3,68	4,41	5,20
	м	5,99	6,63	7,26	7,89	8,52
	м	0,40	0,45	0,51	0,56	0,61
	―	0,2372
	м^0,5/с	32,19	33,17	34,05	34,84	35,58
	м^3/с	48,89	67,29	89,21	114,86	144,48

Примечание: перед вычислением коэффициента Шези С определяем числовое значение показателя степени у: гидравлический радиус R<1,0 м, то по Н.Н.Павловскому [2]

3) построю кривую К=f(h) по значениям глубин и соответствующих расходных характеристик. Масштаб для построения графика выбираю следующий: для оси глубин в 1 см по вертикали вкладывается 0,1 м (1:10), для оси расходных характеристик масштаб произвольный (рис. 2.2)

Рис. 2.2. График к определению

4) Из графика видно, что при числовом значении , величина нормальной глубины принимает следующие значение .

В качестве второго метода определения нормальной глубины применю метод проф. Б. А. Бахметева [4]:

x –гидравлический показатель русла;

После двух методов расчетов нормальная глубина равна: