2. Расчет канала при равномерно установившемся и плавно изменяющемся движении воды

Канал симметричного полигонального сечения проектируется при заданном нормальном расходе и уклоне в грунте с расчетным удельным сцеплением. Максимальный расход определяется через коэффициент форсировки. Расчет ведется при равномерном движении воды в канале.

Исходные данные:

Ширина канала по дну в = 0

Коэффициент откоса m = -

Расход Q = 10 м³/с

Уклон дна = 0.19 * 10^-3

Грунт – плотная супесь

Коэффициент форсировки К_ф = 1.08

Глубина h₀ = 2.1 м

Конечная глубина h_гр2 = 0.78h₀

С = 0.20 Па 10⁵

1. Равномерное установившееся движение воды в канале

Необходимо определить ширину трапецеидального канала и глубину его наполнения из условия незаиляемости и неразмываемости, при этом необходимо учитывать, что грунт канала – суглинки.

Найдем форсированный расход:

Q_ф = K_ф * Q = 1.08 * 10 = 10.8 м³/с

Так как грунт – плотная супесь, то коэффициент откоса m = 1.5 – 2.0 по приложению П.5, категория канала Х, следовательно, стенки канала в лессе, плотном гравии, плотной земле, то коэффициент шероховатости n = 0.02, а 1/n = 50 по приложению П.6.

Определим ширину канала по дну. Расчет будем вести в табличной форме.

Таблица 7

Расчетные формулы	Ед. измерения	Задаваемые и находимые величины
в	М	в1 = 2	в2 = 4	в3 = 6	в4 = 8	в5 = 10
b+mh	М	6.2	8.2	10.2	12.2	14.2
W=( b+mh)h	М^2	13.02	17.22	21.42	25.62	29.82
h(2 )	М	11.392	13.392	15.392	17.392	19.392
ᵡ=b+ h(2 )	М	1.143	1.286	1.392	1.473	1.538
R=w/ᵡ	М	51.123	52.132	52.822	53.32	53.704
C=(1/n)R^1/6	М^0,5с^-1	0.015	0.016	0.0163	0.017	0.017
	М^0,5	9.984	14.004	18.443	22.813	27.385
Q=wc	М^3/с	9.392	9.392	9.392	9.392	9.392

По данным таблицы 7 строим график и находим истинное значение ширины канала по дну в, м.

Принимаем значение в = 1.8 м.

Определим глубину наполнения канала, расчет также будем вести в табличной форме.

Таблица 8

Расчетные формулы	Ед. измерения	Задаваемые и находимые величины
h	М	h1 = 1.0	h2 = 1.5	h3 = 2.1	h4 = 2.5	h5 = 3.0
mh	М	2	3	4.2	5	6
b+mh	М	3.8	4.8	6.0	6.8	7.8
W=( b+mh)h	М^2	3.8	7.2	12.6	17	23.4
h(2 )	М	4.472	6.71	9.392	11.18	13.42
ᵡ=b+ h(2 )	М	6.272	8.51	11.192	12.98	15.22
R=w/ᵡ	М	0.606	0.846	1.126	1.309	1.538
C=(1/n)R^1/6	М^0,5с^-1	46.011	48.63	50.995	52.286	53.704
	М^0,5	0.011	0.013	0.015	0.016	0.017
Q=wc	М^3/с	1.92	4.552	9.638	14.22	21.36

По данным таблицы 8 строим график и по нему находим значение h_ф, м.

Значение h_ф = 1.85 м

Значение дополнительной неразмывающей скорости возьмем по приложению П.7 и она равна 1.6 м/с.

Проверим канал на размыв, для этого найдем площадь живого сечения:

w = ( b+mh)h = 12,6 м²

найдем значение средней скорости:

При Q_ф = 10.8 м³/с и w_ф = 13.44 м² форсированная скорость будет иметь значение v_ф = 0.8 м/с. Таким образом, v > v_ф, следовательно канал размываться не будет.

По найденным выше значениям найдем ширину канала по верху и построим поперечный профиль канала.

В = в + 2mh = 1.8 + 2*2*2.1 = 10.2 м

Поперечный профиль будет иметь вид: