4. Расчет быстротока
Быстротоками называются водотоки, уклон дна i которых больше критического iкр.
Он утраивается на участках местности с большим уклоном и состоит из трех частей. Гидравлический расчет быстротока сводится к расчету входной части, непосредственно лотка быстротока и выходной части.
4.1. Расчет входной части
Расчет входной части сводится к определению ширины входной части bвх.
Принимаем напор Н=hисх=1,877м, hисх-напор на сбросном канале.
Тогда площадь живого сечения ω равна:
bисх-ширина сбросного канала.
Скорость подхода равна:
м/c
Полный напор:
α-коэффициен Кориолиса
Далее возьмем коэффициент расхода m=0,385 при Pв=0.35 [1,6-23, стр 70].Определяем ширину лотка по формуле
Длина входной части принимается δ=3H=3*1.877=5.6м
4.2. Расчет водоската
Водоскат примем прямоугольным с шириной b1
Определяем критическую глубину hкр:
Затем определяем нормальную глубину h0:
где q- расчетный расход;
Глубина
в начале лотка определяется в зависимости
от отношения
.
Если
,
то в начале лотка устанавливается
глубина
,
если
,
то
следовательно
hвх=0.8hкр=0.8*1.08=0.864(м);
(м);
Построение кривой свободной поверхности
Для построения кривой свободной поверхности воспользуемся методом Бахметьева, который заключается в следующем:
-
выбираем два сечения канала со значением глубины
=
hk=1,08(м)
в первом сечении (причем
)
и значением глубины h2
во втором. -
определяем шаг, для чего воспользуемся формулой
-
(м) -
принимаем h1=hвх=0,864=const, а значения h2 изменяем в диапазоне
с
найденным шагом. -
находим площадь поперечного сечения выбранных сечений по известной формуле
-
определяем смоченные периметры по формуле
(м)
(м)
-
находим гидравлический радиус из равенства
,
для обоих сечений
(м)
(м)
-
рассчитываем по формуле Павловского коэффициент Шези
(м0,5/с)
(м0,5/с)
-
рассчитываем
и
-
кинетичность потока в сечениях 1-1 и
2-2.
α = 1,1- коэффициент
Кориолиса=
- ускорение
свободного падения
-
находим
как среднее арифметическое
и
=
-
вычисляем расходные характеристики для сечений по формуле
-
находим гидравлический показатель русла
-
определяем относительные глубины
и
-
зная гидравлический показатель русла
и относительные глубины сечений,
воспользуемся [1, табл.9-3, стр.113], чтобы
найти значения
и
-
вычисляем расстояния между сечениями по формуле
Находим расстояние между сечениями с выбранными глубинами. Результаты заносим в таблицу 6. По полученным данным строим в масштабе кривую свободной поверхности [Приложение 8].
При длине кривой свободной поверхности(Σl), большей заданной длины водоската, быстроток считается коротким и в конце его устанавливается глубина hкон>h0. Глубина hкон в этом случае определяется методом последовательного приближения. В таблице hкон выделена жирным шрифтом.
Таблица 7
|
h1,м |
h2,м |
w1,м2 |
w2,м2 |
x1,м |
x2,м |
R1,м |
R2,м |
C1 |
C2 |
B1,м |
B2,м |
J1 |
J2 |
Jср |
k1,м3/с |
k2,м3/с |
x |
n1 |
n2 |
φ(n1) |
φ(n2) |
l,м |
|
0,864 |
0,808 |
3,63 |
3,39 |
5,93 |
5,82 |
0,61 |
0,58 |
76,8 |
76,2 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
37,2 |
37,1 |
218,0 |
197,3 |
2,95 |
2,880 |
2,692 |
0,138 |
0,155 |
1,5 |
|
0,864 |
0,751 |
3,63 |
3,16 |
5,93 |
5,70 |
0,61 |
0,55 |
76,8 |
75,5 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
37,2 |
37,1 |
218,0 |
177,2 |
2,96 |
2,880 |
2,504 |
0,138 |
0,176 |
3,4 |
|
0,864 |
0,695 |
3,63 |
2,92 |
5,93 |
5,59 |
0,61 |
0,52 |
76,8 |
74,8 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
37,3 |
37,2 |
218,0 |
157,7 |
2,97 |
2,880 |
2,316 |
0,138 |
0,201 |
5,9 |
|
0,864 |
0,638 |
3,63 |
2,68 |
5,93 |
5,48 |
0,61 |
0,49 |
76,8 |
74,0 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
37,2 |
37,1 |
218,0 |
138,8 |
2,98 |
2,880 |
2,128 |
0,138 |
0,233 |
9,2 |
|
0,864 |
0,582 |
3,63 |
2,44 |
5,93 |
5,36 |
0,61 |
0,46 |
76,8 |
73,1 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
37,1 |
37,1 |
218,0 |
120,6 |
3,00 |
2,880 |
1,940 |
0,060 |
0,139 |
6,6 |
|
0,864 |
0,526 |
3,63 |
2,21 |
5,93 |
5,25 |
0,61 |
0,42 |
76,8 |
72,1 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
36,9 |
37,0 |
218,0 |
103,2 |
3,01 |
2,880 |
1,752 |
0,060 |
0,177 |
10,6 |
|
0,864 |
0,469 |
3,63 |
1,97 |
5,93 |
5,14 |
0,61 |
0,38 |
76,8 |
71,0 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
36,6 |
36,8 |
218,0 |
86,7 |
3,02 |
2,880 |
1,564 |
0,060 |
0,235 |
17,1 |
|
0,864 |
0,413 |
3,63 |
1,73 |
5,93 |
5,03 |
0,61 |
0,34 |
76,8 |
69,8 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
36,1 |
36,6 |
218,0 |
71,1 |
3,04 |
2,880 |
1,376 |
0,060 |
0,316 |
26,2 |
|
0,864 |
0,356 |
3,63 |
1,50 |
5,93 |
4,91 |
0,61 |
0,30 |
76,8 |
68,4 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
35,4 |
36,2 |
218,0 |
56,5 |
3,05 |
2,880 |
1,188 |
0,060 |
0,495 |
47,0 |
|
0,864 |
0,293 |
3,63 |
1,23 |
5,93 |
4,79 |
0,61 |
0,26 |
76,8 |
66,5 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
34,4 |
35,7 |
218,0 |
41,5 |
3,07 |
2,880 |
0,977 |
0,060 |
1,708 |
190,7 |
|
0,864 |
0,316 |
3,63 |
1,33 |
5,93 |
4,83 |
0,61 |
0,27 |
76,8 |
67,2 |
4,200 |
4,200 |
37,0 |
34,8 |
35,9 |
218,0 |
46,7 |
3,06 |
2,880 |
1,053 |
0,060 |
0,860 |
90,04 |