Быстроток

При значительных расходах воды или больших уклонах, при наличии в воде твёрдых включений и благоприятных геологических условиях, обеспечивающих устойчивое положение круто наклоненного лотка, наиболее целесообразны быстротоки.

Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном дна больше критического ( > ) [16, 19].

Быстротоки могут быть призматические и непризматические. Призматические быстротоки представляют собой естественные или искусственные русла, или лотки постоянного сечения (а также водопропускные трубы), уклоны которых больше критического.

Искусственные быстротоки могут сооружаться железобетонными, бетонными, каменными, иметь типовую бетонную конструкцию и служить как для подведения воды к водопропускному сооружению в косогорных условиях, так и для отведения воды из водоотводных канав или водопропускных сооружений.

Непризматические быстротоки также могут быть железобетонными, бетонными и каменными; устраиваются они в качестве переходных участков, при помощи которых поток сужается перед входом в сооружение или расширяется на выходе из него.

Поперечное сечение быстротока может отличаться от примыкающих к нему участков канала (подводящего и отводящего). В этом случае устраивают переходные участки, пользуясь при их расчётах рекомендациями по расчёту сужающихся и расширяющихся бурных потоков на входе быстротока и выходе потока жидкости с быстротока [11, 17, 19].

Ширина лотка быстротока может быть задана или определена из условия поддержания необходимой глубины потока в концевой части подводящего канала, т.е. исходя из условия поддержания в подводящем канале равномерного движения. Если ширина и глубина быстротока не ограничена и не определяется конструктивными соображениями, то принимают гидравлически наивыгоднейшее сечение (ГНП).

Уклон для входного участка быстротока (рис. 10) принимают равным уклону дна подводящего канала. Глубина в конце входной части (на изломе) принимается равной критической (в случае курсовой работы ), а при более чем двукратном превышении критической глубины над нормальной глубиной на водоскате глубина на изломе дна равна .

При резком изменении уклона дна движение воды становится неравномерным. Поэтому расчёт водоската заключается в определении на нём глубин и скоростей потока на характерных участках, и основная задача сводится к расчёту и построению кривой свободной поверхности на быстротоке.

Скорость течения в лотке быстротока бывает высокой и требует применения соответствующего материала для его изготовления. Чаще всего это бетон. Из технико-экономических соображений бетонные быстротоки устраивают прямоугольного сечения ( ).

Рис. 10. Схема быстротока с подводящим и отводящим каналами

При высоких скоростях течения на быстротоке поток захватывает пузырьки воздуха, и в результате этого образуется водно-воздушная смесь. Это явление (аэрация) приводит к увеличению глубин, что необходимо учитывать в расчётах. Коэффициент шероховатости стенок и дна канала для аэрированного потока приближенно определяется по формуле

; (20)

где a – коэффициент аэрации, зависит от уклона быстротока .

По данным А. А. Ничипоровича [11], коэффициент а можно принимать по табл. 6 в зависимости от уклона быстротока и гидравлического радиуса R.

Таблица 6

Значения коэффициента аэрации а