2.1.5. Равномерное безнапорное движение жидкости
При равномерном движении жидкости все живые сечения и глубины h одни и те же по длине потоки. Следовательно, гидравлический уклон и уклон дна водотока равны.
Гидравлическими расчетами определяются расходы (Q), скорости движения (v) и устанавливаются параметры каналов или лотков с площадью живого сечения ω, способные пропускать заданный расход.
Приведем порядок выполнения гидравлических расчетов мелиоративных каналов.
Расход воды в открытом водотоке (канале, реке, лотке) определяется по формуле
Q = ω · v (2.24)
Каналы рассчитываются при условии равномерного движения потока, поэтому среднюю скорость (v) находят по формуле Шези
где С – коэффициент Шези, зависящий от шероховатости русла (n) и гидравлического радиуса (R). Величину С можно определить по специальным таблицам или приближенно по зависимости
(2.25)
n – шероховатость русла (для каналов в земляном русле без растительности n = 0,025; при закреплении русла одерновкой или посевом трав n = 0,03...0,035);
i – уклон дна канала.
Величину R находим по формуле
,
(2.26)
где ω – площадь живого сечения, м2;
χ – смоченный периметр, м.
Исходя из простейших геометрических соотношений для трапецеидального сечения канала (рис. 2.5) получим
ω = (b + mh) h; (2.27)
(2.28)
Нахождение расхода воды Q, который пропустит канал при известных его параметрах h, m, i и n, рассматривается в гидравлике как прямая задача и не вызывает больших затруднений в расчетах.
В практике водохозяйственного строительства на основании гидрологических расчетов чаще устанавливается расход воды Q, который должен пропустить канал. При этом решается обратная задача. При известном Q и остальных параметрах канала требуется найти глубину воды в канале h или его ширину по дну b. Эта задача может быть решена графоаналитическим способом.
Задаваясь несколькими значениями h или b, можно построить графики связи расхода Q с глубиной воды в канале h и соответственно с шириной канала b, т.е. Q = f(h); Q = f(b).
По значениям h и Q строится график (рис. 2.6 а,б), по которым. графически можно определить при любом расходе глубину воды в канале или ширину по дну.
Рис. 2.5. Канал трапецеидального сечения:
b – ширина канала по дну; h – глубина наполнения кан
ала; m = a/H – коэффициент заложения откоса
Рис.
2.6. Графики к
решению обратных задач по расчету канала
При гидравлических расчетах трубопроводов по заданному расходу воды подбирают его диаметр и находят потери напора на участке данной длины, используя зависимости (2.24), характерные для напорного режима движения жидкости. Такие расчеты выполняются при обосновании параметров систем орошения дождеванием, водоснабжения сельских населенных мест, мощности насосных станций и др.