Подтопленный водослив с широким порогом

Водослив с широким порогом считается неподтопленным (т.е. уровень нижнего бьефа не оказывает влияния на пропускную способность водослива) в том случае, когда на пороге существует участок с потоком в бурном состояние h<kp. Превышение уровня нижнего бьефа над порогом водослива до определенного предела не влияет на истечение. Критическое значение /H₀=k2 при превышение, которого наступает подтопление, зависит от коэффициента расхода водослива и степени расширения потока при выходе в нижнем бьефе.

Коэффициент скорости для неподтопленного и подтопленного водосливов.

Таблица 10.5

Параметр	m
0,30	0,32	0,34	0,36	0,385
	0,94	0,96	0,97	0,98
	0,76; 0,78(h/H0<0.85)	0,84	0,90	0,96
K2	-	0,88	0,84	0,81	0,67

Предварительно можно считать, что подтопление наступает при плавном входе, если ∆/H₀>0,75, и при неплавном входе, если ∆/H₀>0,85.

В таблице 10-5 приведены определяемые в зависимости от коэффициента расхода m значения коэффициента скорости для неподтопленного и подтопленного водосливов с широким порогом по осредненным данным Д. И. Кумина. Соответствующие значения K₂ вычислены при условии ∆=h.

Рис. 10.20

В начальной стадии подтопления на пороге наблюдается течение с образованием волн. С увеличением степени подтопления образуется форма свободной поверхности двумя перепадами (рис.10-20). Первый является следствием потерь энергии потока на вход, второй – перехода части кинетической энергии в потенциальную при уменьшение скорости за водосливом (перепад восстановления). Влияние подтопления можно учитывать в формуле расхода водослива введением коэффициента подтопления , который определяется в зависимости от относительного подтопления ∆/H₀ и относительного расширения потока за водосливом (в нижнем бьефе)v= b∆∕Ωнб (из табл 10.6)

Пример 1. Определить пропускную способность водослива с широким порогом, если ширина водослива равна ширине подводящего канала b=B=5 м, высота порога p=1,0 м, глубина воды перед водосливом h_ВБ=2,60 м. Форма входа закругленная cr/H=0,2. Глубина за водосливом h_б=2,5 м.

Решение. Расчетная формула для определения расхода водослива без бокового сжатия (10.4):

Коэффициент подтопления для водослива с широким порогом

Таблица 10.6

	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2
0,75
0,78	0,97								0,97
0,80	0,95								0,95
0,82	0,92	0,99						0,99	0,92
0,84	0,89	0,97	0,99				0,99	0,97	0,89
0,86	0,85	0,94	0,96	0,99		0,99	0,96	0,94	0,85
0,88	0,81	0,90	0,93	0,97	0,96	0,97	0,93	0,90	0,81
0,90	0,75	0,84	0,88	0,92	0,91	0,92	0,88	0,84	0,75
0,92	0,69	0,78	0,82	0,85	0,84	0,85	0,82	0,78	0,69
0,94	0,61	0,70	0,73	0,76	0,75	0,76	0,73	0,70	0,61
0,96	0,51	0,59	0,62	0,65	0,64	0,65	0,62	0,59	0,51
0,98	0,36	0,44	0,46	0,49	0,48	0,49	0,46	0,44	0,36

Скорость подхода неизвестна, поэтому задача решается методом последовательного приближения.

В первом приближении

H₀ H=h_ВБ–p=2,6–1,0=1,6 м.

Из табл. 10.3 при r/H=0,2 и p/H=1/1,6=0,625 величина m=0,37.

Расчет без учета подтопления

м³/с.

Тогда скорость подхода

м;

м.

Напор с учетом скорости подхода

м.

Проверим, подтоплен ли водослив:

∆=h_б–p=2,5–1=1,5 м;

Из табл. 10.5 при m=0,37 коэффициент k₂=0,75. Так как ∆/H₀>k₂, водослив подтоплен. Для определения коэффициента подтопления предварительно вычисляется

;

м²

.

При и ∆/H=0,89 из табл.10-6 определяем . Тогда по (10.4) расход во втором приближении

м³/с

При этом м/c³, м,

H₀=1,686 м, ∆/H₀=0,89,

В третьем приближении

м³/с.

Окончательно Q=16,9 м³/с.

Рис. 10.21

Пример 2.Опредилить ширину шлюза-регулятора без порога, если расход в канале Q=20 м³/с, ширина трапециидального сечения подводящего канала b_и =8,0 м, коэффициент заложения откосов m_отк=1,5, глубина воды за регулятором в канале h_б=2 м. Форма входа в плане прямоугольная. Отметка свободной поверхности перед входом на 0,2 м выше уровня воды в канале (рис 10.21).

Решение. Шлюз-регулятор работает как водослив с широким порогом при p=0. Напор над водосливом м. Скорость подхода к водосливу

м/с.

Скоростной напор

м.

Напор с учетом скорости подхода

H₀=2,2+0,033=2,233 м.

Для проверки подтопления вычисляется:

.

Поскольку наибольшее значение k₂=0,88 (табл. 10.5), ∆/H₀>k₂, водослив подтоплен.

Из общей формулы расхода водослива (10.4)

м.

Здесь коэффициент подтопления и коэффициент расхода m зависят от ширины водослива b.

Задаваясь отношением b/B=0,6, из табл (10.4) можно получить величину m=0,34, а из табл. 10.5 значение k₂=0,84.

За ширину подводящего русла B принимается средняя ширина трапециидального сечения канала b_{к ср}=b_к+m_откH= м, тогда ориентировочно b= м.

Для определения предварительно вычисляется:

Из табл. 10.6 при ∆/H₀=0,9 и =0,62 величина =0,91,

Тогда м.

Задаваясь другими значениями b/B, сводим расчет в таблицу.

	b,м	m	k2
0,5	5,65	0,335	0,85	0,51	0,91	1,73
0,4	4,50	0,330	0,86	0,41	0,92	1,36

Значения b, при котором , принимается окончательно за искомую ширину водослива: b=4,5.

Боковой водослив.

Водослив, устроенный в боковой стенке водовода для забора или сброса воды с входным ребром порога, параллельным направлению основного потока, называют боковым водосливом (рис.10.27).

По предложению Г. А. Симоняна, расход через боковой водослив при спокойном потоке в канале определяется по формуле

(10.22)

где b–длина ребра; H₂–напор над ребром водослива в его конце; m_б–коэффициент расхода бокового водослива, который определяется эмпирическими зависимостями:

для водослива с острым ребром

m_б=0,25+0,167 ; (10.23)

для водослива практического профиля

m_б=0,287+0,169 . (10.24)

Здесь П_к2= –параметр кинетичности в отводящем канале.