1. Гидравлически наивыгоднейший профиль

Форма поперечного сечения каналов, проложенных в грунтах, может быть различной: трапецеидальной, параболической и полигональной. Сборные железобетонные лотки применяются в основном параболической или сег­ментной формы. Могут быть и другие формы поперечного сечения каналов.

Площадь всех форм живых сечений, кроме полукруга, для которого , зависит от двух или более величин: для трапеции и  = f (b, h, m); для параболы  = f (p, h,); для сегмента с центральным углом  площадь  = f (, r) и т. д. Поэтому заданную площадь живого сечения данной формы можно получить, используя сколь угодно много различных сочетаний этих величин. При этом каждый из вариантов будет иметь свои значения гидравлического радиуса R и длины смоченного периметра .

Если найти такой вариант, при котором для неизменяемой  = const смоченный периметр  будет наименьшим _min, то гидравлический радиус будет максимально возможным в данных условиях. Следовательно, такой профиль живого сечения с  = const и R = max пропус­тит наибольший расход. Гидравлически наивыгоднейшим сечением (профилем) канала называется такое, в котором при заданной площади живого сечения пропускная способность канала будет наибольшей, при этом имеется в виду, что коэффициент шероховатости п и уклон дна i заданы и неизменны.

Но чаще гидравлически наивыгоднейший профиль канала определяют как профиль, в котором при данных п и i заданный расход проходит при минимальной площади живого сечения .

В земляных каналах минимизация  приводит к уменьшениям выемки грунта, то есть к экономии затрат. При наименьшей длине смоченного периметра возможно уменьшение объемов работ и материалов на укрепление откосов и дна. Кроме того, при _min снижаются и возможные потери на фильтрацию через борта и дно канала.

Обязательно надо учитывать, что проектировать гидравлически наи­выгоднейший профиль можно только при условии, если величины, от которых зависит площадь живого сечения , заранее не заданы. Если задана глубина h или другой геометрический размер, то выбор вариантов невозможен и остальные параметры определяются однозначно из формулы Шези.

Для трапецеидального гидравлически наивыгоднейшего профиля значения относительной ширины по дну, подсчитанные по формулам:

(13.1)

приведены в табл. 13.1.

Таблица 13.1

m	0	0,25	0,5	0,75	1	1,5	2	2,5	3	4
г.н	2	1,56	1,236	1	0,828	0,606	0,472	0,385	0,325	0,246

Таким образом, каналы гидравлически наивыгоднейшего профиля представлены относительно узкими и глубокими. Для прямоугольного гидравлически наивыгоднейшего профиля, т. е. m = 0, (h / b)_г.н = 0,5, а для трапецеидального профиля относительная глубина по табл. 13.1 изменяется в пределах (h/b)_г.н=0,644,06 при увеличении т от 0,25 до 4,0. Для параболического русла гидравлически наивыгоднейшего профиля относительная глубина .

В связи с этим крупные каналы не проектируют с гидравлически наивыгоднейшим профилем. Малые каналы, особенно мелиоративные, целесообразно проектировать с гидравлически наивыгоднейшим профилем (сечением) или с профилем, близким к гидравлически наивыгоднейшему.