13. Формы свободной поверхности потока на водосливе с широким порогом. Условия подтопления. «Короткий» и «длинный» водослив.

На гребне водослива с широким порогом имеется участок с плавноизменяющимся движением. Форма свободной поверхности на гребне неподтопленных водосливов с широким порогом определяется величиной δ/Н.

Первая группа: 2<δ/Н<3-4 – участок плавноизменяющегося движения короткий, в конце образуется сжатое сечение < критической глубины – образуется водопад. РИСУНОК

Вторая группа: 3-4<δ/Н<7-9 – от сжатого сечения до сечения 1-1 устанавливается кривая подпора. В зависимости от ширины порога глубина в конце среднего участка либо немного меньше, либо равна критической. На выходном участке образуется водопад. РИСУНОК

Третья группа: 7-9<δ/Н<11-12 – энергия потока в сжатом сечении недостаточна для преодоления сопротивления на среднем участке. Поэтому из бурного в спокойное состояние поток переходит через прыжок-волну. РИСУНОК (стр. 89, Константинов)

Четвертая группа: 11-12<δ/Н – сжатое сечение затапливается и на среднем участке гребня устанавливается кривая спада. РИСУНОК

Для водосливов первых трех групп критерия: недостаточно. Для подтопления необходимо затопить сжатое сечение на гребне, а это произойдет при глубине нижнего бьефа равном: . Для подтопления водослива четвертой группы критерия достаточно.

14. Вывод формулы расхода для водослива с широким порогом.

РИСУНОК(стр. 76, Константинов)

Плоскость сравнения О-О, сечение 1-1 в верхнем бьефе на достаточном расстоянии (3-5)Н от водослива, сечение 2-2 в пределах участка с плавноизменяющимся движением.

, V₀ – скорость подхода к водосливу, ξ – коэффициент сопротивления, α – коэффициент Кориолиса. Решая уравнение относительно скорости в сечении 2-2, получим: , где - коэффициент скорости. Расход через прямоугольное отверстие водослива при отсутствии бокового сжатия и подтопления: . Обозначим k=h/H₀ и , получаем обобщенную формулу расхода: .

Бахметов предположил, что на пороге водослива с широким порогом устанавливается критическая глубина, при которой удельная энергия сечения будет минимальной. Тогда: .

15. Одноступенчатый перепад. Определение глубины в сжатом сечении и дальность отлета струи.

РИСУНОК (стр 186, рис 10,1 ПГР)

Перепад – сооружение, сопрягающий участки потока ступени. Расчет одноступенчатого перепада заключается в определении глубин на входной части и на водобое и сопряжение бьефов. Состоит из входной части, вертикальной, наклонной или криволинейной стенки падения высотой Р и начального участка нижнего бьефа.

Если поток в подводящем русле находится в спокойном состоянии, то в сечении 1-1 (Плавноизменяющееся движение) устанавливается критическая глубина. На участке l=(2-2,5)h_кр между сечениями 1-1 и 1’-1’ движение резкоизменяющееся: (Чертоусов). Глубину в сжатом сечении определяют по уравнению Бернулли: . Это уравнение решается методом подбора для трапецеидального и прямоугольного сечения по графикам Рахманова и Чертоусова. Скорость: По параметрам и , где φ находится по графику зависимости от h_кр/Р, с помощью графика Рахманова находят отношение h_c/E₀, откуда выражают h_c.

Дальность отлета струи определяется по формуле: . Если в сечении 1-1 h=h_кр, то по предложению Журина длина определяется по более простой формуле: .

16. Многоступенчатые перепады. Формы свободной поверхности на ступенях при i₀=0 в зависимости от длины ступени. Расчетная схема и методика расчета.

РИСУНОК (стр. 195, рис 10,9 ПГР)

Ступени многоступенчатого перепада во избежание большого объема земработ подбирают как можно меньшей длины и проектируют их с продольным уклоном i₀=0. на первой ступени от сжатого сечения глубина водотока возрастает, свободная поверхность – очертание кривой подпора. Длина ступени: , l₁ – дальность отлета струи: , l₃ – концевой участок , l_2k – длина кривой подпора: . Для определения кривой подпора из уравнения энергетического баланса методом Рахманинова находим h_c.

-> h_кр/Р->φ -> и ->h_c/E₀ ->h_c.

, , для этого при h₁=h_c1, h₂=h_кр определяем: , , , , .