18.2 Определение параметров поперечного сечения каналов

Самотечные каналы рассчитываются по формулам равномерного движения воды в открытом русле. Основное уравнение - уравнение неразрывности струи: . Существует несколько вариантов определения параметров каналов, но чаще применяются следующие 2.

Первый вариант применяется в том случае, когда канал проектируется и рассчитывается с уклоном местности. Это самый выгодный вариант, при котором получается минимальный объем работ.

Поперечное сечение канала принимается трапецеидальным. Для расчета необходимо знать:

- максимальный стандартный расход, м³/с;

- минимальный расход, м³/с;

- форсированный расход, м³/с;

- коэффициент шероховатости, принимается по СНиП в зависимости от грунта и расхода. При < 1 м³/с для каналов непрерывного действия в земляном русле в связных и песчаных грунтах =0,025; для каналов периодического действия =0,0275; для временных оросителей - 0,030, для каналов с бетонной облицовкой = 0,012-0,014;

- коэффициент заложения откосов, принимается 1,0-1,5 по СНиП;

- расчетный уклон дна канала.

В результате расчета определяем:

- ширину канала понизу, м;

- глубину наполнения канала, м;

- фактическую скорость движения воды, которую необходимо сравнивать с критической в отношении заиления и размыва:

Канал на всем протяжении должен быть устойчив в отношении размыва и заиления. В соответствии со СНиП 2.06.03-85 допускается определять незаиляющую скорость , м/с, по формуле:

(11)

где - эмпирический коэффициент, =0,33 для <1,5 мм/с;

- средневзвешенная гидравлическая крупность наносов, мм/с;

- максимальный расход канала,м³/с.

Величину допустимой неразмывающей скорости , м/с, определяем по формуле:

(12)

где - коэффициент, зависящий от рода грунтов, равный для легких суглинков 0,58, средних - 0,62, тяжелых - 0,68.

Расчетная скорость в канале , м/с, принимается равной:

Определяем:

- площадь живого сечения , м²:

(13)

- смоченный периметр , м:

, (14)

- гидравлический радиус , м:

, (15)

- коэффициент Шези , м^0,5/с:

. (16)

Для практических расчетов значение коэффициента Шези допускается принимать по гидравлическим справочникам. Для приближенных расчетов допускается значение у=1/6 или

при и при

Задача решается подбором. Задаемся стандартной шириной и для различных глубин определяем последовательно и расходную характеристику (модуль расхода) , м³/с:

(17)

Расчеты сводим в таблицу.

Таблица 1 - Гидравлические элементы канала

м	, м	, м2	, м	, м			, м3/с
1	2	3	4	5	6	7	8

На основании таблицы строим график зависимости , а затем находим значения расходных характеристик (модулей расхода) , , , м³/с, по формуле:

(17 а)

где - расчетный расход, м³/с, подставляем, соответственно, , , .

По графику находим соответствующие значения глубин, при которых обеспечивается пропуск максимального, минимального и форсированного расходов. Затем определяем скорость воды в канале при пропуске форсированного или максимального (если канал не форсируется) расхода воды и сравниваем ее с критической скоростью в отношении размыва, а если же условие не выполняется, т.е. в канале идет размыв или заиление, следует рассчитывать канал по второму варианту.

Второй вариант Известны следующие величины: , а в результате расчета определяем

Если в канале происходил размыв, то , а если заиление, то м/с.

Расчет ведется в следующей последовательности. Определяем значение площади живого сечения , м², при :

(18)

и глубину , м:

. (19)

Затем находим по формулам (14,15,16) и определяем расчетное значение уклона:

. (20)

Если канал форсируется, то определяем , а затем и по графику и .

При известных величинах и , расчёт , и ведется в следующей последовательности.

Определяется (21)

(22)

Все величины известны, тогда:

. (23)

Округляем ширину по дну до стандартного значения , и определяем и .

Если канал сложного, полигонального сечения (рисунок 1), то определяется ширина канала по верху.

(24)

Площадь живого сечения , м² , складывается из 2 величин:

(25)

(26)

Определяется смоченный периметр:

(27)

Дальнейший расчет производится так же, как для каналов трапецеидального сечения.

В сложных топографических и геологических условиях, на участках, где каналы проходят в насыпи, следует проектировать лотковую оросительную сеть.

Гидравлический расчет лотков параболического сечения выполняем по формулам равномерного движения. При бурном режиме потоков затрудняется распределение воды, поэтому лотки параболического сечения не следует проектировать с уклоном больше критического =0,0035 (при =0,012).

Площадь живого сечения , м², для параболического сечения определяется по формуле:

(28)

где - ширина лотка по верху, м;

- глубина воды в лотке, м.

Ш ирину B можно определить из уравнения параболы, проходящей через начало координат:

(29)

где - параметр параболы. Для лотков с глубиной <1 м, =0,2; при >1 м, =0,35.

Определяем смоченный периметр , м

(30)

где - коэффициент:

(31)

где

Все расчеты сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Гидравлические элементы лоткового канала

м	, м	, м2	м	, м		,м3/с	, м/с
1	2	3	4	5	6	7	8

По данным граф 1, 7 и 8 строим графики зависимости и и определяем глубину наполнения лотка и .

Полная высота лотка , м, равна:

(32)

где - превышение верха лотка над уровнем воды, принимается в зависимости от скорости и глубины воды в лотке.

Если <1 м/с и <1,0 м, то =10 см,

если >1 м/с и >1,0 м, то =10 - 20 см.

Полученная высота округляется до стандартной - 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100 и 120.

Лотковая сеть проектируется на внутрихозяйственных каналах, работающих периодически, поэтому они не форсируются.

Гидравлический расчет можно выполнить с использованием ЭВМ и микрокалькуляторов. Программа этих расчетов изложена в методических указаниях. Имеется также номограмма для гидравлического расчета лотков параболического профиля.

Лекция 19