 |
Определение расходов воды в открытых водотоках методом поплавков
|
|
|
|
Определение расходов воды в открытых водотоках методом
Поплавков, с помощью водосливов
Цель занятий — получить практические навыки по гидравлическим расчетам водотоков на основании заданного расхода, усвоить методику проведения гидрометрических наблюдений.
Материальное обеспечение занятия — микрокалькуляторы, персональный компьютер, миллиметровка.
Определение расходов воды в открытых водотоках методом поплавков
Расход воды в открытых водотоках (Q) обычно находят через живое сечение (W) и среднюю скорость потока (V) по формуле:
, (4.16)
4.2 Движение воды в напорных трубах
При напорном движении все сечения трубы занято водой. Напор воды создается или высоким расположением источника воды, из которого вода поступает в трубу, или насосами. Напорное движение встречается в водопроводных трубах, дождевальных трубопроводах, фонтанах и пр.
При напорном движении воды как по трубам, так и в открытых водотоках происходят потери напора. При подаче воды по трубам и поступлении ее под уровень (рис. 3) общий напор Н (энергия напора) полностью затрачивается на преодоление сопротивлений по длине hдл и местных сопротивлений hм на входе и выходе. При истечении в атмосферу за счет остаточного напора (конечный напор hc) создается скорость при выходе из трубы:
H = hдл + hм + hc, (4.17)
Рисунок 3 - Схема формирования потерь напора при истечении под уровень
При равномерном движении жидкости потери напора по
× 
, (4.11)
Обозначив выражение 
б)
Рисунок 1 - Разбивка створов (а) и промеры живых сечений (б)
Скорость течения воды определяют различными способа
, (3.8)
где m — коэффициент расхода;
w — живое сечение потока;
Н — напор, м.
4 Определение напора в трубах
Цель занятия — закрепить теоретические знания по элементам гидравлики.
Материальное обеспечение занятий — исходные данные по характеристике потока; микрокалькуляторы.
4.1 Основные понятия по теме занятия
При движении жидкости в реках, каналах, лотках, трубах и т. п. происходят затраты энергии потока на преодоление сопротивлений движению, вызывая потери напора, возникающие при движении жидкости. Гидравлические сопротивления можно разделить на два вида: сопротивления по длине потока и местные сопротивления. Сопротивления по длине потока обуславливаются силами трения о дно и стенки русла и зависят от длины потока и шероховатости русла. Местные сопротивления вызываются местными препятствиями течению воды (поворотом русла, резким его расширением или сужением и др.). В соответствии с видами потерь напора выделяются два вида сопротивлений: по длине потока hдл и местные hм.
Общие потери напора hтр равны их сумме:
hтр = hдл + hм, (4.1)
Все потери напора (местные и по длине) в общем виде определяются по формуле Вейсбаха:
hтр =zтр V2 / 2g, (4.2)
, (3.2)
где Q — расход воды, м3/сек;
W — площадь живого сечения, м2;
V — средняя скорость потока, м/сек;
C — скоростной коэффициент;
R — гидравлический радиус, м;
J — уклон дна канала.
Скоростной коэффициент С определяется по формуле:
а) Академика Павловского:
С = I×Ry/n, (3.3)
где y = 2.5 Ön - 0.13 - 0.75ÖR (Ön -0.10).
Для практических расчетов допускается определение по приближенным формулам:
y» 1.5 Ön при R до 1.0 м;
y» 1.3 Ön при R более 1.0 м.
б) Проф. Агроскина:
С=I/n+17.72lgR, (3.4)
где n — коэффициент шероховатости;
R — гидравлический радиус, м.
Примечание.1. Формулой акад. Павловского можно пользоваться при величинах R от 0.1 до 3 м и n от 0.011 до 0.04, а в остальных случаях необходимо пользоваться формулой проф. Агроскина.
2. Значение коэффициентов шероховатости n, скоростных коэффициентов С и допустимых скоростей течения воды даны в приложениях 1, 2 СНиП 2.06.03-85.
3.2 Определение расходов воды в открытых водотоках по водосливам
Водосливом называется сооружение, перегораживающее поток (рис. 2). В перегораживающем сооружении (стенке) может устраиваться вырез.
Рисунок 2 - Течение воды через водослив
ВБ и НБ — верхний и нижний бьефы-участки, расположенные выше и ниже стенки водослива, а — гребень водослива, hВБ и hНБ — глубины потока в верхнем и нижнем бьефах, РВБ и РНБ — высоты порога водослива соответственно со стороны верхнего и нижнего бьефов, Н — напор воды, С — толщина порога и водосливы различной формы а, б, в.
Нижняя кромка выреза называется порогом водослива. Форма выреза может быть прямоугольной (рис. 2, а), трапецеидальной (рис. 2, б), треугольной (рис. 2, в) и пр.
Водосливы бывают с тонкой стенкой и с широким порогом. Толщина стенки величина относительная, определяемая по отношению напора Н к толщине порога С (рис. 2). У водослива с тонкой стенкой Н превышает С не менее, чем в 2 — 3 раза. Водосливы с тонкими стенками можно при небольших расходах воды использовать в качестве водомерных сооружений.
Расход воды рассчитывается по формулам:
прямоугольный водослив Q = 1.95 bH Ö H, (3.5)
трапецеидальный водослив Q = 1.86 bH Ö H, (3.6)
треугольный водослив Q = 1.4 H2 Ö H, (3.7)
где Q — расход воды, м3/с;
