Расчет пропускной способности русел

 

Аналогично формуле (17) находим расход для составного русла

 2,53м³/с

Построение графика зависимости  .

 0,181

,

 0,173

69,

0,161,

0,13

= 1.

График  зависимости 

Выводы: 1. Средние скорости неравномерно распределены по смоченному периметру: на расстоянии от вертикальной твердой стенки есть вертикаль, где есть максимальная скорость, . Максимальная скорость зависит от материала, его состояния и высоты H.

Расхождения в значениях  между  и зависит от количества разбиений русла.

При n=2 разница в расходах между цельным и составным руслом составляет 12,5%, при n=4 эта разница составляет 15,8%. Т.е. если считать русло как правильное, цельное, то происходит занижение пропускной способности.

 

 

  16.9

17.3

17.8

18.1

Чем больше количество разбиений, тем меньше разница между найденными расходами.

Расхождение в 0,3% между расчетом составного русла из 64 частей и составного русла из 32 частей можно считать допустимым для того, чтобы производить расчет методом составного русла из 64 частей.

3.  Определение предельной глубины заполнения лотка дороги

 

Дано:

Поперечный уклон 

Продольный уклон 

Коэффициент шероховатости n = 0,014

Коэффициенты для треугольного русла:

Найти: предельную глубину заполнения лотка дороги при помощи графика зависимости

 

Построить:  графики зависимости

Теоретическая часть:

Максимальная  скорость зависит от материала, его  состояния и высоты H. Однако, средние скорости каждого из отдельных фрагментов неравномерно распределены по смоченному периметру: на расстоянии от вертикальной твердой стенки лотка имеется вертикаль, где скорость достигает своего максимального значения.

Допустимая скорость

тогда:

                                                                (12)

                                      (13)

Решение:

Условно принимаем, что глубина лотка меньше 0,4м, тогда k=0,85

Vmax` = Vmax*k=3,5*0,85=2,975м/с

Существует  предел, при которых k1 b k2 принимают значения 1,2 и 1,25 соответственно.

 

 

2.                                                                   
4. χ = 0,2 +                                                                     

Аналогично  решению при , находим значения ; ; при , и .

Занесем полученные значения в таблицу  и построим графики зависимости   от  H

Таблица 10 Расчет скоростей при различных глубинах.

H, м	b, м		R, м		χ, м		,
0,08	4	0,16	0,0392	41.63	4.080	1,1656	1,3988	1,7485
0,10	5	0.25	0,049	43.20	5.109	1,3524	1,6228	2,0286
0,15	7,5	0,5625	0,0735	46,23	7,65	1,7725	2,127	2,6587
0,2	10	1	0,098	48,50	10,2	2,15	2,58	3,225
0,3	15	2,25	0,147	51,93	15,303	2,816	3,379	4,224
0,4	20	4	0,197	54,5	20,302	3,421	4,105	5,131
0,45	22,5	5,0625	0,222	55,64	22,802	3,707	4,449	5,561

 

                     Рис. 7    График зависимости от Н 

Вывод:  При допустимой скорости в лотке дороге равной 2,975 м²/с максимальная допустимая глубина (Н₁), на которой будет формироваться средняя скорость, составляет 0,325 м. Но исходя из поправочных коэффициентов k₁ и k₂ находим , допустимая глубина (Н₂) которой – 0,253 м. и , глубина для которой (Н₃) 0,18 м. Но учитывая максимальную высоту бортового камня равную 0,2 м., следовательно Н_кр для лотка с заданным уклоном i = 0,2 м. принимает значение 0,2 м., для которой V=3,2 м/с. 

 Исследование канала реки «Вторая Речка»

Цель: Определение  коэффициента шероховатости дна  и стен на реке «Вторая Речка».

Известно, что значение n весьма изменчиво и зависит от большого числа факторов. Оно не может оставаться постоянным и единственным для всех случаев. При выборе соответствующего значения n для различных проектных  условий необходимо хорошо знать  факторы, определяющие значение n. Ниже описываются факторы, влияющие на значение коэффициента шероховатости как  искусственных, так и естественных каналов.

Факторы обуславливающие значение коэффициента шероховатости:

Поверхностная шероховатость. Поверхностная шероховатость характеризуется формой и размерами зерен материала, слагающего русло по смоченному периметру и оказывающего тормозящее воздействие на поток. Этот фактор нередко рассматривается как единственный при выборе коэффициента шероховатости, но в действительности он является одним из многих важных факторов. Конечно, вообще говоря мелкие зерна определяют низкое значение n, а крупные зерна – высокое значение n.

Растительность. Растительность может рассматриваться как разновидность поверхностей шероховатости, которая в то же время уменьшает пропускную способность канала и тормозит движение. Действие ее зависит главным образом от высоты, густоты, распределения и типа растений. Значение n принимают равным 0,05, если откосы канавы поросли сорными травами и кустарником высотой от 3 до 4’, причем русло очищается не систематически. Если канава не очищается в течение ряда лет и сильно зарастает, значение n следует принимать более 0,1. Деревья диаметром 6-8’ растущие на откосах канавы, оказывают потоку меньшее сопротивление, чем мелкий кустарник со свисающими ветвями.

Неоднородность канала. Неоднородность канала заключается в неоднородности формы смоченного периметра в изменениях поперечного сечения канала (размера и формы) по его длине. В естественных каналах такая неоднородность вызывается песчаными отмелями и грядами, гребнями и впадинами, промоинами и буграми в русле канала. Эта неоднородность определенно представляет собой дополнительную ( к обычной поверхностной) шероховатости.

Выравнивание русла. Плавное искривление с большим радиусом кривизны дает относительно низкое значение n, в то время как резкое искривление со многими меандрами увеличивает значение n.

Заиливание и размыв. Вообще говоря, заиление может превратить очень неоднородный канал в сравнительно однородный и уменьшить n, в то время как размыв, наоборот, может увеличить n. Однако влияние заиления зависит в основном от свойств отлагаемого материала. Такие отложения, как песчаные отмели и гряды, придают каналу неоднородность и увеличивают шероховатость его русла. Глубина и однородность размыва зависит от материала, слагающего русло по смоченному периметру.

Препятствия. Наличие нагромождений кряжей, мостовых устоев и других препятствий обусловливает увеличение значения n. Степень увеличения n зависит от вида препятствий, их размеров, формы, числа и размещения в русле.

Размеры и формы канала. Точных доказательств влияние размеров и формы каналов на значение n не имеется. Увеличение гидравлического радиуса может или увеличить или уменьшить n в зависимости от состояния данного канала.

Уровень и расход. В большинстве потоков увеличение уровня и расхода влечет за собой уменьшение значения n. При мелководье неоднородность шероховатости изменения профиля канала усиливаются и их влияние становится ощутимее.

Исследование шероховатости  больших каналов были проведены  Майером и Шультцем в связи с проектированием Панамского канала. На основании этих исследований были сделаны два важных вывода:

1) Значение n для  речных русел минимально при  нормальном или несколько выше  нормального затоплении и возрастает  как при понижении, так и  при повышении уровня;

2) Для большинства  каналов и рек значения n при  полном заполнении различаются  незначительно при различных  материалах стенок русла и  в самых разных географических  условиях.

Сезонное изменение. Вследствие сезонного роста водной растительности, травы, водорослей, ивняка и деревьев в канале или на его берегах значение n может увеличиваться в вегетационный период и уменьшаться в период покоя. Это сезонное изменение может быть причиной изменений других факторов.

Взвешенные и донные наносы. Взвешенные и донные наносы, как движущиеся, так и неподвижные, являются потребителями энергии и обусловливают своим наличием потери напора или увеличение русловой шероховатости.

Все вышеперечисленные  факторы должны быть изучены и  оценены с учетом типа канала, режима движения воды в нем, состояния канала и т.п. Учет этих обстоятельств является основой для определения значений n в условиях поставленной задачи. Главных руководством для правильного решения может служить следующее положение: условие, способствующие развитию турбулентности и обусловливающие торможение потока, будут увеличивать значение n, а условия, способствующие ослаблению турбулентности и торможения потока, будут снижать значение n.

Изучив некоторые  основные факторы, влияющие на коэффициент  шероховатости, Кован предложил следующую формулу для определения n:

,                                                                                 (19)

где  – основное значение коэффициента шероховатости для прямолинейного однородного канала с гладкими стенками, русло которого сложено из естественного материала;

 –  коэффициент, учитывающий влияние  неоднородности поверхности русла;

 –  коэффициент, учитывающий влияние  изменение формы и размера  поперечного сечения русла;

- коэффициент,  учитывающий влияние препятствий;

- коэффициент,  учитывающий влияние растительности  и характера режима движения;

 –  коэффициент, учитывающий меандрирование  канала.

При выборе значения степень меандрирования оценивается отношением длины меандрирующего участка к длине прямой линии, соединяющей концы этого участка. Считается незначительным, если это отношение равно 1 -1,2, ощутимым, если отношение равно 1,2-1,5, и значительным, если отношение составляет 1,5 и выше.

Русло Второй Речки в основном одето  в канал из бетонных плит. От пересечения  с Проспектом Столетия Владивостоку канал заканчивается.

Значения всех указанных коэфициентов могут быть приняты по таблице 5.5 «Данные для вычисления коэффициента шероховатости по уравнению 19» в соответствии с заданными условиями.

Русло облицовано габионами, но ввиду  отсутствия уплотнения и тромбовки принимаем коэффициент шероховатости

- степень  неоднородности – средняя, большую роль оказывает сетка, удерживающая габионы .

 – изменения  поперечного сечения канала –  постепенное. = 0.

Рис 8 Изменение поперечного сечения канала.

Местами русло завалено мусором вдоль и поперек потока;

По всему каналу наблюдается завалы веток, строительного  мусора, крупных камней.

воздействие растительности низкое.n₄=0,007 .Плотный гибкий растительный покров из водорослей и трав. Средняя глубина потока в 2-3 раза превышает глубину растительности. Растительность расположенная по берегам реки не влияет на шероховатость самой реки.

Рис.9 Русло реки завалено строительным мусором.

Рис. 10 Русло реки завалено мусором

русло Второй Речки  – практически прямая линия, следовательно меандрирование принимаем незначительным. М₅=1

Находим по формуле  Кована (формула 19) для бетонного русла «Второй Речки» значение коэффициента шероховатости

 

n= (0,025+0,01+0+0,02+0,007)*1=0,062

Вывод:

Ввиду расположения вблизи зоны водосбора и особенностей климата у реки уровень воды варьируется  между максимальной и минимальной  отметкой в течении короткого  промежутка времени, что затрудняет обслуживание . Коэффициент шероховатости в реке «Вторая Речка» на участке, вымощенным габионом имеет достаточно высокое значение. И составил, равный 0,062, больше основного значения коэффициента шероховатости для прямолинейного однородного канала с неоднородными стенами из рваного камня, равного 0,024, в 2,53 раза. За счет увеличенного коэффициента шероховатости уменьшается скорость потока, и как следствие, уменьшение расхода реки, ввиду чего поднимается уровень воды, что требует дополнительных расчетов при проектировании на случай паводка