2.2.1. Определение критической глубины

Для прямоугольного сечения (m=0) можно воспользоваться следующей формулой:

где удельный расход, м²/c ,

b ― ширина лотка быстротока, принятая равной ширине понизу в подводящем канале.

2.2.2. Определение критического уклона

Для определения критического уклона использую следующую формулу:

где

Сравнивая с заданным можно сделать вывод, что состояние потока бурное.

2.2.3. Определение нормальной глубины

1) определю необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине :

2) задаюсь числовыми значениями произвольно выбранных глубин и вычислю соответствующие расходные характеристики по формуле:

K=ω·C·

Для удобства расчёт сведу в таблицу 2.6.

Таблица 2.6. Расчёт расходных характеристик.

Расчётные формулы	Ед. изм	Назначаемые и определяемые величины
		h1	h2	h3	h4	h5
h	м	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
	м^2	0,22	0,44	0,66	0,88	1,10
	м	2,40	2,60	2,80	3,00	3,20
	м	0,09	0,17	0,24	0,29	0,34
	м^0,5/с	29,86	34,54	37,36	39,35	40,86
	м^3/с	1,99	6,25	11,97	18,75	26,35

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 2.8)

Рис. 2.9 График к определению

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

Сравнивая полученные значения и м можно сделать вывод, что поток находится в бурном состоянии. Так как критическая глубина превышает более чем в два раза нормальную глубину, то глубину на изломе назначаем равной:

2.2.4. Расчёт кривой свободной поверхности на быстротоке

Исследуя дифференциальное уравнение неравномерного движения в призматических руслах

где – параметр кинетичности, сделать вывод о типе и форме кривой свободной поверхности на быстротоке.

.

Рис. 2.10 Расчетная схема кривой свободной поверхности на быстротоке

Рассчитать кривую свободной поверхности на водоскате быстротока.

Существует несколько методов расчёта: Б.А. Бахметева, метод акад. Н.Н. Павловского и другие. В практике дорожно-мостового и аэродромного строительства приходится решать задачи по расчёту неравномерного плавноизменяющегося движения воды не только в призматических руслах, но и на непризматических участках каналов. Поэтому используется универсальный метод конечных разностей В.И. Чарномского.

Метод В.И. Чарномского заключается в следующем: зная глубину в одном из сечений канала, например глубину на изломе дна подводящего канала и лотка быстротока , задаёмся значением глубины в соседнем сечении и находим искомое расстояние между двумя соседними сечениями с известными глубинами по уравнению:

где ΔЭ – изменение удельной энергии сечения в пределах выбранного участка; i_тр - уклон трения (среднее значение гидравлического уклона в пределах рассматриваемого участка).

Приведу необходимые для расчета понятия и формулы [1].

1) ; ― последняя глубина на быстротоке принимается на 5% больше нормальной глубины, т.е. ; промежуточные глубины рекомендуется задавать с интервалом 0,1 м, опираясь на удобные при последующем построении числовые значения глубин.

2) , т. к. лоток прямоугольной формы и коэффициент откоса ;

3) , т. к. лоток прямоугольной формы и коэффициент откоса ;

4) ;

5) , где гидравлические радиусы, соответствующие соседним глубинам;

6) , где коэффициент шероховатости с учётом аэрации потока;

7) , где коэффициенты Шези, соответствующие соседним глубинам;

8) где заданный расход воды, поступающий из подводящего канала;

9) где средние скорости в соседних сечениях;

10)

11) где Э удельная энергия соответствующих сечений;

12) где удельные энергии соседних сечений, причём в последующем сечении для данного типа кривой спада удельная энергия сечения больше, чем в предыдущем;

13)

14) , т. к. расчёт кривой свободной поверхности начинается с точки излома дна; последующее числовые значение длин , … определяются путём наращивания, а именно: , и т. д.

Таблица 2.7.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
0,60	1,32	3,40	0,39		44,49		3,26			1,19			0
				0,37		43,89		3,59	0,018		0,17	1,29
0,50	1,10	3,20	0,34		43,28		3,91			1,36			1,29
				0,32		42,61		4,40	0,033		0,38	3,24
0,40	0,88	3,00	0,29		41,93		4,89			1,74			4,53
				0,27		41,15		5,71	0,071		0,94	11,89
0,30	0,66	2,80	0,24		40,37		6,52			2,68			16,42
				0,23		40,18		6,62	0,118		0,14	4,38
0,29	0,64	2,78	0,23		39,99		6,72			2,82			20,08