Виды каналов. 
Геометрические элементы сечения канала

Большинство искусственных русел имеют «правильную» форму поперечного сечения, т. е. такую, для которой параметры живого сечения потока (со, К) в любом створ являются функциями глубины потока к. К таким руслам относятся прямоугольные, треугольные, трапецеидальные параболические, круглые, полигональные.

Для строительного производства наиболее распространенными являются каналы и лотки прямоугольного и трапецеидального сечения.

Для каналов прямоугольного сечения (рис. 7.4, а) геометрические параметры потока определяются, но следующим формулам: В

132 Глава 7. Безнапорное движение жидкости. Равномерное течение в каналах.

Рис. 7.4. Поперечные сечения каналов:

а — прямоугольные; б — трапецеидальные где от — площадь поперечного сечения; х — смоченный периметр; Д — гидравлический радиус; если Ь /г, можно принимать К ~ /?.

Для каналов трапецеидального сечения (рис. 7.4, б)

где т = — коэффициент заложения откоса; В — шири на канала по верху.

Расчеты равномерного течени в канале

Расчетные формулы для равномерного течения были рассмотрены ранее (формулы (7.1)—(7.6)). При гидравлических расчетах каналов в формулу (7.4) удобно ввести величину

которая называется модулем расхода или расходной характеристикой. Эта величина имеет размерность расхода и представляет собой расход потока при гидравлическо уклоне I = 1.

Рассмотрим методику решения задач на равномерное течение в каналах.

Задача 7.1. Дано: Ь, к, т, г_дн, п. Определить: (7.

Решение

Задачу решают расчетом по формуле Шези, используя формулы (7.6), (7.9), (7.10):В

Задача 7.2. Дано: Ь, к, т, (), п. Определить: г_дн.

Решение

Задача решается по формуле, вытекающей из формулы Шези:

Задача 7.3. Дано: т, г_дн, (Л п. Определить: геометрические параметры канала Ь и к.

Решение

Эта задача напрямую не решается. Надо задаться либо шириной каната по дну Ь, либо величиной к или задать соотношение р = Ь/к, а затем определять второй параметр. Такое решение удобнее всего производить графоаналитически. Например, если задать ширину канала Ь, а затем по нескольким значения к (минимум три значения) определить соответствующие значения <2, графически построить функциональную зависимост (2 = /(/?) (рис. 7.5), для которой удобнее расположить <2 по ос абсцисс, к — по оси ординат. И по заданному значению расхо-да (7,ада" определить искомую величину глубины й_11СК. В это случае кривая () = /(/г) проходит через начато координат.

Или, если задаться величиной А, построить кривую (2 =/(А) для трапецеидального канала, она проходит через точку А н оси абсцисс (рис. 7.6), соответствующую величине расхода ()'В при глубине А_задан в треугольном канале с т._алт; затем по (2,_ала определить А"_ск.

В случае если известно значение соотношения р = Ь/к, задача решается, как и раньше. Задаются рядом глубин к и определяют соответствующие им Ь, со, С и (). Следует отметить, что имеются и другие способы определения глубины и ширины канала при равномерном течении. Они приводится обычн в справочниках и учебниках для специалистов.

Каналы, обладающие наибольшей пропускной способностью при одной и той же площади поперечного сечения, уклоне и коэффициенте шероховатости, называются каналами с гидравлически наивыгоднейшими сечениями.

Рис. 7.5. К определению глубины канала.

Рис. 7.6. К определению ширины канала.

Расчет таких каналов можно проводить, используя соотношение.

где р_г>н = Ь/к — соотношение ширины по низу и глубины канала при (2 ⁼ Стах для заданных условий.

Гидравлически паи вы годнейшие параметры канала не обязательно являются экономически наивыгоднейшими.

При проектировании каналов средняя скорость воды в канале должна лежать в пределах.

где у_из — минимальная незаиляющая скорость; у_нр — максимальная неразмывающая скорость в канале в соответствующем грунте.

Величину у_нр можно определить, например, по формуле Леви:

где 7? — гидравлический радиус канала; (1 — средний диаметр частиц, слагающих русло.

Величину у_из можно рассчитать по формуле [4]:

Также для определения величин у_нр и у_нз можно использовать другие эмпирические формулы и справочные таблицы, например табл. Г15.11, приведенную в приложении 5.