Гидравлика (стр. 27 )

Обработка результатов.

1. Вычисляются скорость подхода потока перед водосливом v0, полный напор Н0 и значение полной удельной энергии Е0 = Н0+Р.

2. Определяется опытное значение длины крепления русла для отогнанного (26.1), предельного (26.4) и надвинутого (26.5) местоположения гидравлического прыжка.

3. По формуле (23.8) вычисляется теоретическое значение глубины в сжатом сечении hTc и сопоставляется с опытным.

Значение коэффициента скорости принимается опытное (из работы 23) или табличное.

4. Принимается глубина в отводящем русле за вторую сопряженную глубину h" гидравлического прыжка. По формуле (21.3) определяется теоретическое значение первой сопряженной глубины h'T и сопоставляется с опытным значением.

5. По формуле (20.2) между глубинами hтc и h'T определяется теоретическое значение длины отгона гидравлического прыжка. Расчет производится в табличной форме (табл. 26.2).

6. Для отогнанного и предельного местоположения гидравлического прыжка в зависимости от вида по формулам (21.4…21.6) или (21.12) определяется его длина. Длина надвинутого прыжка определяется по формуле (26.5).

7. Определяется длина послепрыжкового участка по формуле (26.2) или (26.3).

8. По формулам (26.1, 26.4, 26.5), соответствующим местоположению гидравлического прыжка, определяется теоретическое значение длины крепления русла и сопоставляется с опытным значением.

Т а б л и ц а 26.2. Расчет теоретической длины отгона гидравлического прыжка

Створ	h, м	, м	, м2	, м	R, м	с, м0,5/с	Q′, м3/с	v′, м/с	П′к	П′к. ср
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1
2

О к о н ч а н и е т а б л. 26.2.

Створ	z = Q′/Q		f(z)		П′к. ср		a	a/i	ℓ1-2, м
1	12	13	14	15	16	17	18	19	20
1
2

Контрольные вопросы

1. Как установить местоположение гидравлического прыжка в НБ относительно сооружения?

2. Как рассчитывается длина отгона гидравлического прыжка?

3. Как определить длину крепления русла в НБ при разном местоположении гидравлического прыжка?

4. Чем объясняется необходимость крепления отводящего русла?

Работа 27. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИТОКА

ГРУНТОВЫХ ВОД К ГАЛЕРЕЕ, РАСПОЛОЖЕННОЙ

НА ВОДОУПОРЕ

Комплекс гидротехнических сооружений и оборудования, предназначенный для забора воды из открытого водотока, водоема или подземного источника и подачи ее в водоводы для последующего транспортирования и использования, называют водозаборами. Водозаборы подземных вод бывают вертикальными (в виде буровых скважин или шахтных колодцев), горизонтальными (траншейные, галерейные), комбинированными и в виде каптажей естественных выходов грунтовых вод. Водозаборы, вскрывающие грунтовые безнапорные водоносные горизонты, называются грунтовыми, а водозаборы, вскрывающие напорные горизонты, – артезианскими. По степени вскрытия водоносных горизонтов различают совершенные и несовершенные водозаборы. Совершенные водозаборы вскрывают водоносный горизонт на всю мощность, а несовершенные – частично. По условиям питания подземных вод выделяют два основных типа потоков: а) потоки с сосредоточенным питанием; б) потоки с рассеянным питанием. Формы границ подземных потоков могут быть самыми разнообразными: прямолинейными, круговыми и любой другой формы.

В работе рассматривается случай притока воды безнапорного потока к галерее, расположенной на водоупоре между областями питания с прямолинейными границами, в условиях установившейся фильтрации. Аналитическое решение задачи по движению безнапорного грунтового потока в однородном грунте с горизонтальным водоупором было выполнено в 1857 г. Ж. Дюпии и для условия плоской задачи удельный расход определяется по формуле

, (27.1)

где к – коэффициент фильтрации грунта;

Н1, Н2 – глубина грунтового потока на его границах;

l1 – расстояние между граничными сечениями грунтового потока.

Построение кривой свободной поверхности грунтового потока (кривой депрессии) для указанных выше условий можно выполнить по зависимости

, (27.2)

где hx – глубина грунтового потока на расстоянии х от граничного сечения.

Задачи исследований:

1) определить глубины грунтового потока hx в сечениях на расстояниях х от граничного опытным путем;

2) определить расход грунтового потока, отводимого водозаборной галереей, опытным путем;

3) рассчитать и сравнить с опытными данными глубины и расход грунтового потока, отводимого водозаборной галереей.

Опытная установка. Работа выполняется в специальном лотке 1 (рис. 33), заполненном среднезернистым песком с коэффициентом фильтрации К, который называется грунтовым, или фильтрационным. Водоупором грунтового потока является дно лотка. Модель водозаборной галереи 2 выполнена из стержневого каркаса, обтянутого латунной сеткой. Для определения глубин грунтового потока по обе стороны галереи установлены пьезометры 3. Поддержание постоянных граничных глубин Н1 и Н2 грунтового потока в напорных резервуарах А и В осуществляется с помощью переливной воронки 4. Регулирование подачи воды в грунтовый лоток с целью изменения граничных глубин грунтового потока производится вентилями 5.

Проведение опытов. В работе выполняются четыре опыта, различающихся между собой граничными глубинами грунтового потока Н1 и Н2 в напорных резервуарах А и В и глубины Н0 в водозаборной галерее 2 (рис. 33).

Рис. 33. Схема фильтрационного лотка

с водозаборной галереей.

Рекомендуется следующий порядок проведения опытов:

1) открываются вентили 5 и устанавливается такой расход притока в напорные резервуары А и В, чтобы наблюдался небольшой слив через переливные воронки 4;

2) мерным цилиндром, объем которого должен быть не менее 1 дм3, замеряется объем W воды, вытекаемый, а следовательно, и поступаемый в галерею за время t;

3) снимаются показания пьезометров во всех сечениях между напорными резервуарами А и В и галереей;

4) изменяя напоры Н1 и Н2 в напорных резервуарах А и В и в галерее 2 Н0, опыты повторяют. Результаты измерений заносят в табл. 27.1 журнала лабораторных работ.

Постоянные величины: ширина фильтрационного лотка b = см; расстояние от галереи до напорных резервуаров l1 = см; l2 = см; коэффициент фильтрации грунта К = см/с.

Обработка результатов.

1. Определяется опытная величина притока или расхода галереи

Q = W/t.

2. По формуле (27.1) вычисляется теоретическая величина расхода галереи, которая применительно к условиям опытной установки примет вид

,

где b – ширина фильтрационного лотка;

ℓ1, ℓ2 – расстояние от галереи до напорных резервуаров А и В с глубинами H1 и Н2.

3. По формуле (27.2) определяются теоретические значения глубин грунтового потока hx на расстоянии х от границ питания.

4. Производится сравнение опытных значений расхода галереи и глубин грунтового потока с соответствующими значениями этих величин, вычисленных по формулам (27.1) и (27.2). Результаты заносятся в табл. 27.2.

Т а б л и ц а 27.1. Результаты измерений и обработки опытных данных

№ п. п.	Наименование	Ед. изм.	Номера опытов
1	2	3	4
1	Объем воды в мерном цилиндре W	см3
2	Время наполнения мерного цилиндра t	с
3	Расход грунтового потока, поступающего в галерею Q	см3/с
4	Глубина воды в галерее Н0	см
5	Глубина воды в напорных резервуарах: Н1	см
Н2	см
6	Глубина грунтового потока на расстоянии х от галереи: х1 = 0,1l1	см
х2 = 0,3l1	см
х3 = 0,6l1	см
х4 = 1,0l1	см
х′1 = 0,1l2	см
х′2 = 0,3l2	см
х′3 = 0,6l2	см
х′4 = 1,0l2	см

Т а б л и ц а 27.2. Сравнение результатов расчета и моделирования