Неравномерно установившееся движение воды в каналах


Регулируя течение рек создавая, грандиозные гидротехнические сооружения, искусственные водоемы, судоходные и оросительные каналы. Человек преображает лицо земли, делая плодородными ранее безжизненные пустыни. Свершения этих проектов начинается с изучения движения воды в естественных руслах и на моделях. На сравнить на больших участках канала с постоянным уклоном устанавливается равномерное движение воды с глубиной h0, которую называют нормальной глубиной. Величина нормальной глубины зависит от расхода воды, уклона, состояние поверхности откосов и дна, формы поперечного сечения канала. Естественные и искусственные преграды делают движение воды неравномерным, так как фиксируется новая глубина hф,которая отличается от нормальной глубины. Но вдали от плотины движение воды можно считать равномерным. Неравномерное движение возникает у перепада и при истечении с под щита, поскольку преграды задают новые глубины, которые отличаются от глубин потока при равномерном движении. В руслах с горизонтальным или обратным уклоном дна движение воды всегда неравномерное. Также неравномерным движение будет в расширяющихся и сужающихся руслах.

Проведем плоскость сравнения через нижнюю точку сечения русла. Тогда глубина потока будет определять его удельную потенциальную энергию, а скорость потока определяет его удельную кинетическую энергию. Их сумму называют удельной энергией сечения. Для равномерного движения она одинакова по всему течению. Рассмотрим связь глубины потока h с его удельной энергии сечения э. При неизменном расходе с увеличением глубины потока удельная энергия сечения непрерывно растет. С уменьшением глубины возрастает скорость потока и его кинетическая энергия, поэтому и в данном случае удельная энергия сечения непрерывно растет. Значит есть глубина при которой удельная энергия сечения минимально. Эту глубину называют критической. Критическая глубина не зависит от уклона русло. Её величину определяют расход и форма поперечного сечения русла. С увеличением расхода критическая глубина растет. С уменьшением расхода — уменьшается. Уклон при котором критическая глубина совпадает с нормальной называется критическим уклоном. Если уклон меньше критического то нормальная глубина больше критической и наоборот.

Рассмотрим кривые свободной поверхности при неравномерном движении. Первый случай уклон меньше критического. Выделяют три зоны в которых может располагаться кривая свободной поверхности. В районе плотины наблюдается кривая подпора вида а1, уступ образуют кривую спада b1, а при истечении из-под счета возникает кривая подпора c1, определяемая сжатой глубиной. Тип кривой зависит от глубины фиксируемой в определенной зоне. Уклон больше критического, нормальная глубина меньше критической это второй случай. И здесь форма кривой свободной поверхности зависит от величины фиксируемой глубины потока. Уклон равен критическому. Нормальная и критическая глубины становятся равными, зона б исчезает. В этом случае всегда наблюдаются кривые подпора либо c3 либо a3. Для горизонтального русло равномерное движение существовать не может поэтому линия н.н., а вместе с нею и область а исчезают. В этом случае возможны или кривая спада b0 или кривая подпора c0. Такая же ситуация и для русло с обратным уклоном. Кривая спада b’ и кривая подпора c’. При переходе от бурного состояния к спокойному кривые свободной поверхности сопрягаются посредством гидравлического прыжка. Отогнанный прыжок устанавливается на участке с уклоном дна меньше критического сопрягая кривую типа c1 с линии нормальной глубины. По мере увеличения глубины на этом участке прыжок смещается к месту перелома дна. При дальнейшем увеличении глубины прыжок перемещается на участок с уклоном дна больше критического. Так возникает затопленный гидравлический прыжок на первом участке. За прыжком устанавливается кривая свободной поверхности типа а2. Проектирование и строительство различных гидротехнических сооружений невозможно без знания законов неравномерного движения воды. Существуют специальные методы расчета позволяющие с достаточной точностью построить кривые свободной поверхности потоков в естественных и искусственных руслах. Практика подтвердила правильность основных положений этих методов.

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *