3. 8 Построение продольного профиля канала

Продольный профиль канала строится в искажённом масштабе (вертикальный масштаб крупнее горизонтального). Линию дна русла намечаем по катетам, откладываем в разных масштабах. При этом отношение вертикального катета к горизонтальному должно соответствовать заданному уклону дна. Принимаем вертикальный масштаб равный 1:20 и горизонтальный равный 1:100000.

Параллельно дну канала наносим линию нормальных и критических глубин. По данным вычислений, выполненных в разделе 3.7, строим кривую свободной поверхности (Рисунок 3. 8).

4 Гидравлический расчет двухрукавного участка русла реки с запрудой в несудоходном рукаве

Необходимо рассчитать и построить кривые свободной поверхности на разветвленном участке реки при постановке запруды в левом рукаве в створе № 4, обеспечивающей расчетный расход в правом рукаве Q_расч =1700 м³/с, при следующих данных:

Общий расход русла Q₀=2550м³/с,

Расчетный уровень ∆Н=2,5 м, над проектным h_г=1,4 м

Коэффициент шероховатости:

А)правого рукава n_пр=0,020

Б)левого рукава n_лев=0,019

Расчет необходимо вести в следующем порядке.

1. Намечаются расчетные сечения, верхнее из которых выше фактического деления русла на рукава, а нижнее ниже. Положение этих сечений определяется створом, в котором отметки свободной поверх­ности можно считаются одинаковыми. Ориентируясь рельефом дна, делим эти сечения на две части, одну из них считаем сечением правого рукава, другую – сечением левого рукава.

Остальные сечения назначаются в характерных местах русла, т.е. в глу­боких частях плесовых лощин и на гребнях перекатов. Нумерация сечений и расчетных участков снизу вверх. Самое нижнее сечение имеет номер 0.

2. На миллиметровой бумаге строятся поперечные профили расчетных сечений до уровня воды Н_р над проектным (рисунок 4. 2). Горизонтальный масштаб 1:5000, вертикальный масштаб, т.е. масштаб глубин, 1:100.

3. На поперечных профилях наносится расчетный уровень воды Н_р, подсчитываются площади сечений ω и измеряется ширина по верху В. Эти данные заносятся в таблицу 4. 1, в которой вычисляются ω_ср = ; B_ср = , средние глубины Т_ср, модули расходов = ω_ср· Т_ср^2/3 · и модули сопротивления ∆F для каждого расчетного участка. Расчеты выполняются в табличной форме (таблица 4. 1).

Вычисляется бытовое распределение расходов воды по рукавам:

,

Таблица 4. 1

№№ сече-ний	ω, м^2	В, м			№№ участ-ков		ωср, м^2			Вср, м		hср = , м				∆l, м				∆F =				∆zб, м		∆zi^б, м
1	2	3			4		5			6		7		8		9				10				11		12
Левый рукав
0	989,75	380																								10,00
					1		1133	415			2.73		116480.01		600		0,44 · 10^-7						0,058
1	1276,25	450																							10,058
					2		1223,08	410			2.98		133304.69		430		0,24 · 10^-7						0,032
2	1169,91	370																							10,09
					3		1070,78	345			3.10		119817.73		620		0,43 · 10^-7						0,057
3	971,66	320																							10,147
					4		1075,08	350			3.07		119521.51		350		0,24 · 10^-7						0,032
4	1178,50	380																								10,147
																Fл=		1,35∙10^-7
Правый рукав
0	1498.75		380																						10,00
				5		1463.375			415		3.52		169311.29		530				0,18 · 10^-7		0,034
1	1428.0		450																						10,034
				6		1360.04			455		2.98		140820.49		280				0,14 · 10^-7		0,027
2	1292.08		360																						10,061
				7		1315.54			450		2.92		134378.34		610				0,33 · 10^-7		0,064
3	1339.00		440																						10,125
				8		1495			455		2.28		165016.39		770				0,28 · 10^-7		0,054
4	1651.00		470																						10,179
															Fпр=				0,93 · 10^-7

Где – модуль сопротивления правого рукава;

– модуль сопротивления левого рукава;

Q_л.б., Q_п.б., Q₀ – соответственно, расходы в левом, правом рукавах и по всему руслу в бытовом состоянии;

- расстояние между i – м и (i + 1) – м сечениями.

Имея бытовое распределение расходов воды по рукавам вычисляются падения уровней на каждом расчетном участке и бытовые отметки в рас­четных сечениях по формулам:

; ;

где - бытовой расход на расчетном участке;

– отметка уровня в нижнем сечении расчетного участка.

При вычислении отметок в сечениях, отметка бытового уровня в ниж­нем сечении обоих рукавов принимается равной 10,00 м. Вычислив отметки в верхних сечениях обоих рукавов проверяется правильность всех предыду­щих вычислений по условию .

где – отметка свободной поверхности в верхнем сечении правого рукава;

– отметка свободной поверхности в верхнем сечении левого рукава.

4. Для построения графиков зависимости = f(z_cp) назначаются два до­полнительных уровня свободной поверхности. Один уровень Н⁺⁰³ на 0,3 м выше расчетного, а другой Н^-03 на 0,3 м ниже расчетного (рисунок 4. 1).

Далее определяем изменения площади сечения и , измеряем ширину сечения и , рассчитываем площади сечений , и отметки свободной поверхности , , при соответствующих уровнях воды. Верх­ние индексы + 0,3 и – 0,3 определяют только положение уровня свободной поверхности, а не показатель степени числа.

,

,

.

Расчет ведется в табличной форме (таблица 4. 2).

Следует иметь в виду, что при постановке запруды отметки уровня воды увеличатся в не перекрытом рукаве и в верхнем бьефе запруды, а в нижнем бьефе запруды отметки будут ниже бытовых.

5. По данным и (таблица 4. 2) строятся кривые зависимости = f( ) для каждого расчетного участка отдельно для каждого рукава. По этим гра­фикам определяются отметки свободной поверхности в сечениях. В створе запруды рассчитывается отметка верхнего бьефа и отметка нижнего бьефа .

Таблица 4. 2

Ном сеч	z	Δw	w	B	№ уч.	W ср.	B ср.	h ср.	K ср.	ΔL ср.	ΔF ср.	Z ср.
0	9,7	-111	878,75	390			435	2,323563	93323,96	600	6,889139E-08
	10	0	989,75	380	1	1010,75	415	2,73012	116483,4	600	4,422042E-08	9,729
	10,3	115,5	1105,25	360		1133	400	3,15125	142597,3	600	2,950726E-08	10,029
1	9,758	-133,5	1142,75	480		1260,5	435	2,532368	107716	430	3,706021E-08	10,329
	10,058	0	1276,25	450	2	1101,58	410	2,983122	133397,8	430	2,416413E-08	9,774
	10,358	139,5	1415,75	440		1223,08	400	3,374575	159834,9	430	1,683160E-08	10,074
2	9,79	-109,5	1060,41	390		1349,83	360	2,691069	98648,48	620	6,371048E-08	10,374
	10,09	0	1169,91	370	3	968,785	345	3,103725	119914,3	620	4,311715E-08	9,8185
	10,39	114	1283,91	360		1070,785	335	3,512045	143073,1	620	3,028836E-08	10,1185
3	9,847	-94,5	877,16	330		1176,535	360	2,698833	99123,28	350	3,562187E-08	10,4185
	10,147	0	971,66	320	4	971,58	350	3,071657	119564,5	350	2,448293E-08	9,863
	10,447	97,5	1069,16	310		1075,08	340	3,475235	142680,8	350	1,719241E-08	10,163
4	9,879	-112,5	1066	390		1181,58						10,463
	10,179	0	1178,5	380
	10,479	115,5	1294	370	Правое Русло
Ном сеч	z	Δw	w	B	№ уч.	W ср.	B ср.	h ср.	K ср.	ΔL ср.	ΔF ср.	Z ср.
0	9,7	-112,5	877,25	343,9048			336,8869	3,000265	105128,4	530	4,795518E-08
	10	0	989,75	339,2262	5	1010,75	332,2083	3,41051	128355	530	3,216994E-08	9,717
	10,3	115,5	1105,25	334,5476		1133	327,5298	3,846215	154624	530	2,216779E-08	10,017
5	9,734	-132	1144,25	329,869		1259,75	322,8512	3,372544	122434	280	1,867903E-08	10,317
	10,034	0	1276,25	325,1905	6	1088,83	318,1726	3,844077	150067,4	280	1,243328E-08	9,7475
	10,334	138	1414,25	320,5119		1223,08	313,494	4,344038	181282,3	280	8,520154E-09	10,0475
6	9,761	-136,5	1033,41	315,8333		1361,83	308,8155	3,037526	98371,44	610	6,303645E-08	10,3475
	10,061	0	1169,91	311,1548	7	938,035	304,1369	3,520734	123906,6	610	3,973206E-08	9,793
	10,361	139,5	1309,41	306,4762		1070,785	299,4583	4,030728	152854,7	610	2,610791E-08	10,093
7	9,825	-129	842,66	301,7976		1207,035	294,7798	3,194181	102109,7	770	7,385108E-08	10,393
	10,125	0	971,66	297,119	8	941,58	290,1012	3,705879	128727,6	770	4,646730E-08	9,852
	10,425	133	1104,66	292,4405		1075,08	285,4226	4,25187	159254,5	770	3,036038E-08	10,152
4	9,879	-138	1040,5	287,7619		1213,58						10,452
	10,179	0	1178,5	283,0833
	10,479	144	1322,5	278,4048

При построении графиков = f( ) шкала должна начинаться с нуля, а шкала – с любого значения. Отметки свободной поверхности воды в нижних сечениях разветвления сохраняются неизменными и соответствуют бытовым.

Графические построения начинаем с правого (судоходного) рукава.

Из точки на оси , равной отметке нижнего сечения, (рисунок 4. 3), прово­дится прямая под углом φ до пересечения с кривой = f( ) нижнего участка (5), затем из этой точки проводится прямая под тем же углом до пересече­ния с осью . Последняя точка на оси будет соответствовать отметке уров­ня в верхнем створе нижнего расчетного участка. Такой же порядок опреде­ления отметок свободной поверхности сохраняется и для последующих (вер­хних) участков, например, 2–го участка (рисунок 4. 3).

По правому (судоходному) рукаву такое графическое построение сво­бодной поверхности ведется до общего верхнего расчетного створа деления потока на рукава.

По рукаву, в котором предусмотрена постановка запруды, расчет ведет­ся как сверху от отметки общего верхнего створа до створа запруды, так и снизу от общего нижнего створа до створа запруды. При этом в створе запруды получим две отметки уровня воды, разность которых дает необходи­мый перепад уровней на запруде , обеспечивающей распределение расходов.

Тангенс угла φ прямых на рисунке 3 определяется расчетным расходом воды и масштабами, которые приняты по осям координат и

где а – величина в единице длины горизонтальной оси;

b – величина в единице длины вертикальной оси;

Q – заданный (расчетный) расход в рукаве.

Перепад на запруде равен

Кривые свободной поверхности изображены на рисунке 4. 4.

;

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чугаев Р.Р. Гидравлика.-Л; Энергоиздат.1982 – 672 с.

2. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика.- М; Стройиздат, 1972 – 648 с.

3. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. – М; Энергоиздат, 1984 – 638 с.

4. Герус Т.И. Построение кривых свободной поверхности в призматических руслах. – Новосибирск, НГАВТ, 2001г.

5. Ботвинков В.М., Малыгин В.Н., Жук А.Ю. Гидравлический расчет двухрукавного участка русла реки с запрудой в несудоходном рукаве. – Новосибирск, НГАВТ 2006 г.