1. Гидравлический расчет трапецеидальных каналов при равномерном движении

1. Данные для расчета.

Таблица 1.1 – Исходные данные к расчету канала на равномерное движение.

Наименование			0
Тип грунтов, слагающих русло канала			Супесь
Расчетное удельное сцепление грунта , г/см^2			0,02
Диаметр фракций, мм	0,5….0,25	Содержание фракций, %	5
	0,25….0,1		10
	0,1….0,05		15
	0,05…0,02		20
	0,02...0,01		50
Мутность потока p, кг/см^3			0,40
Уклон I,‰			0,24

Q = 24 м³/c

Коэффициент форсировки = 1,15

β =3

m = 2,5

n = 0,03

i = 0,00024 ‰

2. Состав расчета.

Рассчитать канал трапецеидального сечения на равномерное движение. Определить ширину и глубину канала по дну. Проверить канал на размыв и заиление. Вычертить в масштабе 1:100 поперечный профиль канала.

3. Общие положения.

При расчете каналов на равномерное движение используется формула Шези:

V = C * √ R*I (1.1)

где V - средняя скорость движения воды в канале, м/с;

С - коэффициент Шези м^0,5/с;

R - гидравлический радиус, м

Расход воды в канале определяется из формулы расхода:

Q = ω*C* √RI (1.2)

где Q - расход воды в канале, м³/с;

ω - площадь живого сечения потока в канале, м2

Коэффициент Шези, м^0,5/с:

C = 1/n*R^y (1.3)

где n – показатель шероховатости русла канала

у – показатель степени, принимается 1/6

Гидравлический радиус, м:

R = ω/ χ (1.4)

где χ – смоченный периметр, м.

Смоченный периметр для трапецеидального

канала, м:

χ = b+2h√1+m² (1.5)

где b – ширина канала по дну, м;

h – глубина воды в канале, м;

m – коэффициент заложения откосов (m=ctg·α)

или

χ = h(β+2√1+m²) (1.6)

где β – относительная ширина канала по дну (β = b/h).

Площадь живого сечения трапецеидального канала,м²:

ω = h(b+mh) (1.7)

или при неизвестной ширине канала по дну b:

ω = h²(β+m) (1.8)

1.4 Ход расчета.

Гидравлический расчет каналов на равномерное движениепроизводится по трем расходам:

-расчетному (нормальному), для определения гидравлических элементов, соответствующих -нормальным условиям его работы;

- форсированному, для определения необходимого превышения дамб над уровнем воды и проверки канала на неразмываемость;

- минимальному, для проверки условий командования над каналами младшего порядка и на незаиляемость канала.

Нормальный расход принимается по номеру варианта.

Форсированный расход определяют по формуле:

Qф = Kф*Q = 1,15* 24 = 27,6 м³/c (1.9)

Где Kф - коэффициент форсировки (он принимается равным Kф =1,15-1,20 при Q =1-10 м³/с и Kф =1,10-1,15 при Q >10м³/с);

Q - нормальный расход,м³/с.

Минимальный расход Qmin принимается не менее 40% от величины нормального расхода.

Qmin = 24*0,4 = 9,6 м³/c (1.10)

При неизвестных величинах канала - ширине по дну b и нормальной глубине задаются относительной шириной канала β. Для оросительных каналов рекомендуется величину β принимать в диапазоне от 2,2 до 5,0. β = 4.

Далее расчет по вычислению нормальной глубины в трапецеидальном канале ведется в табличной форме методом подбора.

K = ωC√R (1.11)

K-расходная характеристика.

Таблица 1.1 – Определение расходной характеристики канала.

h,м	ω,м2	χ ,м	R,м	С,м0.5/c	K,м3/с	К0,м3/с
0,1	0,055	0,838	0,066	21,19	0,299	1549
0,2	0,22	1,677	0,131	23,76	1,891
0,3	0,495	2,52	0,196	25,41	5,568
0,4	0,88	3,354	0,262	26,66	12,157
0,5	1,375	4,192	0,328	27,68	21,79
0,6	1,98	5,03	0,394	28,54	35,47
0,7	2,695	5,87	0,459	29,28	53,46
0,8	3,52	6,70	0,524	29,93	76,26
0,9	4,455	7,547	0,590	30,53	104,472
1	5,5	8,39	0,655	31,06	138,26
1,1	6,655	9,22	0,722	31,6	178,69
1,25	8,59	10,48	0,82	32,24	250,78
1,4	10,78	11,73	0,92	32,87	339,86
1,55	13,21	12,99	1,06	33,66	457,79
1,7	15,89	14,25	1,12	33,97	571,25
1,85	18,82	15,51	1,21	34,41	712,36
2	22	16,77	1,31	34,87	878,03
2,15	25,42	18,06	1,41	35,30	1065,52
2,3	29,1	19,32	1,51	35,66	1275,16
2,45	33	20,58	1,6	36,05	1504,8
2,6	37,18	21,8	1,71	36,45	1772,2

Расходная характеристика К0, соответствующая нормальному расходу при данном уклоне вычисляется по формуле:

K0 = Q/√I = 24/√0,00024 = 1549

Для определения h и b удобно пользоваться графоаналитическим способом. По данным таблицы 1.1 строится график K = f(h). По оси абсцисс графика откладывается значение К0, восстанавливается перпендикуляр кривой K = f(h). Пересечение кривой и перпендикуляра дает значение искомой (нормальной) глубины h0.

h0 = 2,47

Далее находится действительная ширина канала по дну b по формуле:

b = β*h0 = 3 * 2,47 = 7,4 м.

При расходах Q=1-10м3/с ширину канала рекомендуется принимать : 1,2; 1,5; 1,8; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 6,0; 7,0м; при расходах Q>10м3/с значения b принимаются целыми значениями, т.е.: 5,0; 6,0; 7,0; 8,0м и т.д.

Приняв стандартное значение ширины канала по дну,уточняется глубина равномерного движения h0.

При уточнении глубины канала можно использовать основной графо-аналитический способ.

Расчет ведется в таблице 1.2. Уточнение расходной характеристики канала.

h,м	b,м	ω,м2	χ ,м	R,м	С,м0.5/c	K,м3/с	К0,м3/с
0,1	7	0,766	7,948	0,096	22,6	5,3	1549
0,2		1,582	8,486	0,186	25,18	17,2
0,3		2,448	9,024	0,271	26,81	34,2
0,4		3,2	9,152	0,35	27,98	52,97
0,5		4,125	9,69	0,43	28,96	78,34
0,6		5,1	10,228	0,499	29,69	106,96
0,7		6,125	10,766	0,569	30,343	140,19
0,8		7,2	11,304	0,637	30,919	177,675
0,9		8,325	11,842	0,703	31,432	219,398
1		9,5	12,38	0,767	31,891	265,552
1,2		12	13,456	0,892	32,7	370,605
1,4		14,7	14,532	1,012	33,4	493,9
1,6		17,6	15,608	1,128	34,01	635,73
1,8		20,7	16,684	1,241	34,554	796,81
2,0		24	17,76	1.351	35,06	978,027
2,2		27,5	18,838	1,46	35,503	1179,7
2,4		31,2	19,912	1,567	35,923	1403
2,6		35,1	20,988	1,672	36,315	1648,21
2,7		37,13	21,526	1,72	36,486	1776

По данным таблицы 1.2 строится график K=f(h) при стандартном значении ширины канала по дну. По значению К0 находится искомая глубина h0.

Используя построенный график K=f(h), определяются глубины hmax и hmin, соответствующие расходам Qф и Qmin. Для этого находятся соответствующие расходные характеристики из выражения:

Kmax = Qф/√I = 27,6/√0,00024 = 1781.

Kmin = Qmin/√I = 9,6/√0,00024 = 620.

Далее вычисляются средние скорости движения воды в канале при соответствующих расходах:

V = Q/ ω

где ω = h0(b+mh0) =2,54(7+2,5*2,54)= 33,91

V=24/33,91 = 0,71 м/с

h0=2,54 м.

Vmax = Qф/ ωmax,

где ω_max = h_max(b+mh_max) = 2,73(7+2,5*2,73)= 37,74

h_max=2,73 м

Vmax = 27,6/37,74 = 0,73м/с.

Vmin = Qmin/ω_min,

где ω_{min =} h_min(b+mh_min) = 1,57(7+2,5*1,57)=17,15

h_min = 1,57 м

Vmin= 9,6/17,15=0,56 м/с.

Для построения проектного сечения оросительного канала необходимо назначить превышения гребней дамб над форсированным уровнем воды, значения которых приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Превышения гребня дамбы над форсированным уровнем воды.

Расход,м3/с	Превышение Δh,м
до 10	0,3
10….30	0,4
30….50	0,5