2015-10-22
1633
В случае больших уклонов местности при прокладке каналов устраивают многоступенчатые перепады.
Многоступенчатые перепады могут быть без водобойных стенок в конце каждой ступени (рис. 9.32, а), или с водобойными стенками колодезного типа (рис. 9.32, б).
Высота ступени принимается в пределах С н = 1 
3 м. Зная разность отметок поверхности Z (м), количество ступеней будет равно n= 
.
Рис. 9.32. Схемы многоступенчатого перепада
Многоступенчатые перепады без водобойных стенок применяются, как правило, в случае небольших расходов. Перепады без водобойных стенок рассчитываются аналогично одноступенчатым перепадам. Длина ступени перепада L определяется исходя из условия, что в конце ступени установится глубина, равная критической h кр. Длина ступени перепада
Lc = l1+l2+l3. (9.84)
где l 1 — дальность отлета струи; l 2 — длина отгона прыжка (длина кривой подпора), сопрягающая сжатую глубину h с с критической глубиной h кр; l з — запас длины:
l3 = (2÷2,5) hкр. (9.85)
При большой длине ступени перепада может образоваться гидравлический прыжок. Поток жидкости на ступенях многоступенчатого перепада без стенок характеризуется бурным состоянием.
Перепады колодезного типа (рис. 9.33) обычно устраивают исходя из условия, чтобы его ступени имели одинаковые размеры, а в колодцах образовывался гидравлический прыжок.
Рис. 9.33. Многоступенчатый перепад колодезного типа
Рассчитываются первый и второй перепады. На последней ступени необходимо учитывать глубину в нижнем бьефе, чтобы получить затопленный прыжок.
♦ Пример 9.9
На канале прямоугольной формы сечения шириной b = 4 м установлен перепад с вертикальной стенкой падения (см. рис. 9.29). Нормальная глубина в канале h0 = 2 м. Высота перепада Сн = 3 м. Расход воды в канале 20 м3/с. Глубина воды в нижнем бьефе hн = 1,8 м. Установить форму сопряжения потока воды, падающего с перепада, с нижним бьефом.
Удельный расход в канале
Критическая глубина 
.
Полная удельная энергия для сечения 1-1
Средняя скорость в сечении 1-1
Коэффициент скорости находим по графику Б. Батука (см. рис. 9.30) для перепада со свободным доступом воздуха под струю:
f 
Параметр 
, тогда φ = 0,87.
Сжатая глубина определяется из уравнения
hc вычисляется методом подбора, hс = 0,62 м.
Скорость в сжатом сечении
Сопряженная глубина hc" находится из уравнения гидравлического прыжка для прямоугольного русла:
Форма сопряжения бьефов — отогнанный прыжок.
♦ Пример 9.10
Согласно данным примера 9.9 определить длину водобоя одноступенчатого перепада для укрепления дна русла. Уклон дна канала i0 = 0,0004 (см. рис. 9.31).
Длина водобоя находится по формуле (9.81):
L = l1+l2+l п +l3.
Длину отлета струи l1 от вертикальной стенки вычисляем по формуле
Ю. Константинова.
Глубина воды на грани перепада
.
Скорость потока на грани перепада
Запас длины l3=1,5hн = 1,5·1,8 = 2,7 м.
Длину прыжка определяем по формуле Н. Павловского:
l п = 2,5(1,9 h2-h1),
где h2 = hH, hx= h"н — сопряженная глубина с глубиной в нижнем бьефе hн.
l п = 2,5(1,9·1,8 - 1,0) = 6,05 м.
Длина отгона прыжка - длина кривой подпора. Длину кривой подпора находим по методу В. Чарномского.
Начальная глубина кривой подпора h] = hc = 0,62 м.
Конечная глубина кривой подпора h2 = h"н = 1,0 м.
Длина вычисляется по формуле (8.44):
Удельная энергия сечения Э1 , α = 1,
.
Удельная энергия сечения Э2
Средняя скорость на участке кривой подпора
Гидравлические радиусы:
Средний радиус 
.
Коэффициент шероховатости принимаем n = 0,02.
Средний коэффициент Шези
Уклон дна i0 = 0,0004.
Длина отгона
.
Длина водобоя
L = l1 + l2 + l п+ 1 з = 5,65 + 46,3 + 6,05 + 2,7 = 60,7 м.
Исходя из скорости на водобое в сжатом сечении Vс = 8,1 м/с и средней скорости 6,53м/с необходимо выбрать соответствующее крепление дна водобоя.
