Из уравнения Д. Бернулли, записанного для двух живых сечений

 потока относительно плоскости сравнения О-О, следует, что

                                                                                      (7.1)

откуда                                                                          (7.2)

При равномерном движении жидкости в канале гидравлический уклон равен уклону дна канала.

Основной расчетной зависимостью для каналов является формула Шсзи для определения средней скорости течения:

                                                                                                  (7.3)

где  V- средняя скорость движения жидкости, м/с;

  С- коэффициент Шези, м^0,5/с;

    R - гидравлический радиус, вычисляемый по формуле  (4.10), м

 w - площадь живого сечения потока, м²;

c- смоченный периметр, м;

i - гидравлический уклон.

Большинство формул для определения коэффициента Шези С представляют собой эмпирические зависимости, действительные лишь для определенных значений скоростей и гидравлических радиусов.

Наиболее удобной и часто применяемой является формула Маннинга:

                                                                (7.4)

где n- коэффициент шероховатости, зависящий от материала стенок канала и качества поверхности. Значения коэффициентов шероховатости для ряда характерных поверхностей приведены в приложении 11 пособия.

Расход воды определяется по формуле:

                                                   (7.5)

где          - расходная, характеристика (модуль расхода).

 В свою очередь величина

                                                                                           (7.6)

называется скоростной характеристикой или модулем скорости.

Модуль расхода (расход при уклоне, равном единице) и модуль скорости ( скорость при уклоне, равном единице) вводятся для упрощения гидравлического расчета каналов и могут быть вычислены предварительно по известным размерам и форме сечения канала или взяты из справочной литературы.

Большое значение имеет правильный выбор скорости движения воды в канапе. Слишком малые скорости требуют большого сечения канала и способствуют его заилению, Чрезмерно большие скорости могут вызвать размыв и разрушение стенок. Предельная минимальная назначаемая скорость движения воды в канале называется незаиляющей скоростью ( V _незаил ). а предельная максимальная скорость - неразмывающей скоростью ( V _неразм ).Необходимо, чтобы скорость воды в канале V была

Необходимо, чтобы скорость воды в канале V была

V _незаил < V < V _неразм                                (7.7)

Допускаемая неразмывающая скорость зависит от рода грунта, типа облицовки канала и глубины воды в нем и может быть определена, например, по формуле И.И.Леви,

                                                ,                               (7.8)

где d - средний диаметр частиц, слагающих русло.

Допускаемая незаиляющия скорость воды в канале зависит, главным образом, от характера взвешенных в воде наносов и определяется, например, по формуле Е.А. Замарина;

                                                                               (7.9)

где      r - мутность потока, кг/м³;

      W- средневзвешенная гидравлическая крупность наносов, м/с;

     М - коэффициент, принимаемый равным W при W>0,002 м/с   и равным 0,002   при   W<0,002 м/с.

Форма поперечного сечения канала выбирается в зависимости от его размеров, характера грунта, облицовки, назначения и т.д. Наиболее часто используются каналы трапецеидального сечения, для которых

                                            ,                                           (7.10)

                                    ,                                      (7.11)      

где b - ширина канала по дну, м; h -глубина наполнения канала, м; т = ctg a -коэффициент откоса канала (рис.7.2).

- 175 -

Коэффициент откоса выбирается из условий устойчивости в зависимости от качества грунта и способа крепления откоса.

Сечение канала, у которого при заданной площади живого сечения потока w , уклоне i и заданной шероховатости стенок расход оказывается наибольшим, называется гидравлически наивыгоднейшим сечением.

При проектирований трапецеидальных каналов отношение ширины

канала по дну к глубине    в некоторых случаях может быть принято гидравлически наивыгоднейшим, определяемым по формуле

                                                                                       (7.12)

Однако такое сечение не всегда оказывается экономически и технологически наивыгоднейшим, поэтому на практике в основу выбора значения b , если нет других ограничивающих условий, должна быть положена экономичность поперечного профиля с точки зрения объема и способа выполнения работ,

Представленные выше зависимости могут быть использованы при расчете движения воды и других жидкостей.

Этим же зависимостям подчиняется и движение жидкости в канализационных, дренажных и водосточных трубах при неполном заполнении поперечного сечения. Для облегчения их расчетов широко применяются графики средней скорости и расхода в зависимости от степени заполнения поперечного сечения трубы.