Формула павловского коэффициент шези

Формулы для определения коэффициента Шези

1 122 2 111 3 86 4 79 5 71 6 62 image 10 1

1 1

Формулы для определения коэффициента Шези

Формулы для определения коэффициента Шези. Большинство формул для определения коэффициента Шези представляет фактическую эмпирическую зависимость Только движение воды в определенном диапазоне скоростей И гидравлический радиус. 1. Формула η. №. Павловский. С = — р г, (6. 2 н. Где n-коэффициент шероховатости. г = 2. 5 уя-0. 13-0. 75 Г Р (] / 7Г— 0. 1), (6. 3).

То есть показатель степени y является функцией коэффициента шероховатости Поджаривание и гидравлический радиус: у = f (ры Н). По назначению. №. Павловский, о К моей матери. : # 1 м = 1. 3 УП. (0-5 В приложении 32 показано значение коэффициента щези. Он рассчитан по формуле Павловского и приведен на рисунке 6. 1 Номограмма расчета гидравлического канала по формуле Павловский.

При больши́х гидравлических радиусах или других значениях коэффициентов шероховатости применение формулы Н. Н. Павловского в гидравлических расчётах речных русел приводит к значительным ошибкам. Людмила Фирмаль

Впечатляет для всех Неродной Ньютон Жидкость и вода Весь регион турбо Движение ленты. Номограмма для определения скорости Рост потока Открытого канала вдоль фронта Павловский Каучук f = 0. 013 * наиболее вероятное значение r указывается в скобках со средним условием Он показывает возможные пределы колебаний. 5 Заку. 601. 129.

К ним относятся: a. d. Содержит выражение altshul. С = 20 ε+ 0. 385 лв г р я (6. 7 Где ε-приведенная линейная шероховатость. V-Кинематическая вязкость жидкости. G-ускорение свободного падения. Холодная вода (v-1 * 10-6 м2 / с) формула (6. 7)! Я вижу это. Р. Г = 20 ИГ7 =- (6. 8) ε+ 0 0 0 4 // / v ’ В последнее уравнение по r и ε мм. С 1А / с Значение приведенной линейной шероховатости ε в Формуле (6. 8) показано в таблице.

Выше приведенные формулы приемлемы для каналов с однородной шероховатостью. На практике довольно часто встречаются русла (каналы) с неоднородной шероховатостью по периметру. Людмила Фирмаль

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Научная электронная библиотека

file 56c315e0173d8

2.4 Определение коэффициента Шези для открытых потоков

В технической литературе приводятся десятки расчетных зависимостей для определения коэффициента Шези. Из многочисленных формул наибольшее применение находят следующие [5,6,11].

Формула Н.Н. Павловского

image066 (2.16)

где R – гидравлический радиус;

n – коэффициент шероховатости, характеризующий состояние поверхности русла, материал облицовки крепления ложа русла.

Значения коэффициента шероховатости n приведены в литературе [6].

Показатель степени определяется по формуле

image067 (2.17)

Эта формула рекомендуется для значений R 3 м и шириной русла в паводок или половодье В > 100 м

image070 (2.19)

Для малых рек при I = 0,0002 image069 0,0005, hcp > 1 м, В ≤ 100 м

image071 (2.20)

Для малых горных рек с галечно–валунным руслом при I = 0,002 image028 0,011, В ≤ 50м

image072 (2.21)

В этих формулах гидравлический уклон принят равным уклону поверхности воды.

Недостаток этих формул в том, что в них не введена в явном виде средняя глубина потока, от значения которой зависит коэффициент Шези.

image073 (2.22)

image074 (2.23)

image075 (2.24)

image076 (2.25)

Значение коэффициентов шероховатости n, n’ приводятся в литературе [6,7,12,15].

Выше приведенные формулы приемлемы для каналов с однородной шероховатостью. На практике довольно часто встречаются русла (каналы) с неоднородной шероховатостью по периметру (рисунок 2.4). Русло может иметь неоднородную шероховатость при наличии ледяного покрова, при устройстве откосов канала из бетонной одежды, а дно может быть грунтовым при строительстве дноуглубительных прорезей и расчисток каменистых участков реки и порогов.

image077image078

Рисунок 2.4 Сечения каналов с неоднородной шероховатостью

В случае неоднородной шероховатости коэффициент Шези определяют по формулам (2.16), (2.22 – 2.25) с введением в них, так называемого, приведенного коэффициента шероховатости. nпр с до статочной для практики точностью величину nпр можно вычислить по формуле Н.Н. Павловского [5]

image079 (2.26)

где χ – смоченные периметры русла с соответствующей поверхностью;

n – коэффициенты шероховатости для соответствующих частей русла.

Источник

Формула Шези

Формула Шези — формула для определения средней скорости потока при установившемся равномерном турбулентном движении жидкости в области квадратичного сопротивления для случая безнапорного потока. Опубликована французским инженером-гидравликом А. Шези (Antoine de Chézy, 1718–1798) в 1769 году. Применяется для расчётов потоков в речных руслах и канализационых системах.

ad0c33c2144a3a8c282b222102f42fb7,

де V — средняя скорость потока, м/с;

C — коэффициент сопротивления трения по длине (коэффициент Шези), являющийся интегральной характеристикой сил сопротивления; R — гидравлический радиус, м; I — гидравлический уклон м/м.

Формула Шези имеет то же предназначение, что и формула Дарси-Вейсбаха. Коэффициент потерь на трение e05a30d96800384dd38b22851322a6b5связан с коэффициентом сопротивления C следующей зависимостью:

7c590a870ca33c39b50f54c4e886daed.

Коэффициент сопротивления C может быть определён по формуле Н. Н. Павловского:

ae44602e97c23ff17d06718571b6f4f7

где n — коэффициент шероховатости, характеризующий состояние поверхности русла, для случая канализационных труб принимается в диапазоне (0,012. 0,015); для других случаев nbsp;— информация приведена в литературе [1]

у — показатель степени, зависящий от величины коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса: b255c1cdff11f490ae2808e12c65a559

Эта формула рекомендуется для значений R [2]

См. также

Примечания

Смотреть что такое «Формула Шези» в других словарях:

Формула Дарси — Формула Вейсбаха[1] в гидравлике эмпирическая формула, определяющая потери напора или потери давления при развитом турбулентном течении несжимаемой жидкости на гидравлических сопротивлениях (предложена Юлиусом Вейсбахом (англ.) в 1855… … Википедия

БАЗЕНА ФОРМУЛА — применяется при расчете размеров водоотводных канав, отверстий искусственных сооружений и вместе с формулой Шези служит для определения скорости протекания воды. Эта скорость определяется по формуле Vo = С√Ri, где С коэффициент,… … Технический железнодорожный словарь

Гидравлические потери — или гидравлическое сопротивление безвозвратные потери удельной энергии (переход её в теплоту) на участках гидравлических систем (систем гидропривода, трубопроводах, другом гидрооборудовании), обусловленные наличием вязкого трения[1][2].… … Википедия

Источник

Формула павловского коэффициент шези

1. Методы применения законов гидравлики

1. Аналитический. Цель применения этого метода – устанавливать зависимость между кинематическими и динамическими характеристиками жидкости. С этой целью пользуются уравнениями механики; в итоге получают уравнения движения и равновесия жидкости.

Для упрощенного применения уравнений механики пользуются модельными жидкостями: например, сплошная жидкость.

По определению, ни один параметр этого континуума (сплошной жидкости) не может быть прерывным, в том числе его производное, причем в каждой точке, если нет особых условий.

Такая гипотеза позволяет установить картину механического движения и равновесия жидкости в каждой точке континуума пространства. Еще одним приемом, применяемом для облегчения решения теоретических задач, является решение задачи для одномерного случая со следующим обобщением для трехмерного. Дело в том, что для таких случаев не так трудно установить среднее значение исследуемого параметра. После этого можно получить другие уравнения гидравлики, наиболее часто применяемые.

Однако этот метод, как и теоретическая гидромеханика, суть которой составляет строго математический подход, не всегда приводит к необходимому теоретическому механизму решения проблемы, хотя и неплохо раскрывает ее общую природу проблемы.

2. Экспериментальный. Основным приемом, по этому методу, является использование моделей, согласно теории подобий: при этом полученные данные применяются в практических условиях и становится возможным уточнение аналитических результатов.

Наилучшим вариантом является сочетание двух вышеназванных методов.

Современную гидравлику трудно себе представить без применения современных средств проектирования: это высокоскоростные локальные сети, автоматизированное рабочее место конструктора и прочее.

Поэтому современную гидравлику нередко называют вычислительной гидравликой.

Поскольку газ – следующее агрегатное состояние вещества, то у этих форм вещества существует свойство, общее для обоих агрегатных состояний. Это свойство текучести.

Исходя из свойств текучести, рассмотрев жидкое и газообразное агрегатное состояние вещества, увидим, что жидкость – то состояние вещества, в котором его уже невозможно сжимать (или можно сжать бесконечно мало). Газ – такое состояние того же вещества, в котором его можно сжать, то есть газ можно назвать сжимаемой жидкостью, точно так же, как и жидкость – несжимаемым газом.

Другими словами, особых принципиальных различий, кроме сжимаемости, между газом и жидкостью не наблюдается.

Несжимаемую жидкость, равновесие и движение которой изучает гидравлика, называют также капельной жидкостью.

2. Основные свойства жидкости

Если рассмотреть произвольный объем жидкости W, то он имеет массу M.

Если жидкость однородна, то есть если во всех направлениях ее свойства одинаковы, то плотность будет равна

i 001

где M – масса жидкости.

Если требуется узнать r в каждой точке А объема W, то

i 002

где D – элементарность рассматриваемых характеристик в точке А.

Характеризуется коэффициентом объемного сжатия.

i 003

Из формулы видно, что речь идет о способности жидкостей уменьшать объем при единичном изменении давления: из-за уменьшения присутствует знак минус.

i 004

Суть явления втом, что слой с меньшей скоростью «тормозит» соседний. В итоге появляется особое состояние жидкости, из-за межмолекулярных связей у соседних слоев. Такое состояние называют вязкостью.

i 005

Отношение динамической вязкости к плотности жидкости называется кинематической вязкостью.

Поверхностное натяжение: из-за этого свойства жидкость стремится занимать наименьший объем, например, капли в шарообразных формах.

В заключение приведем краткий список свойств жидкостей, которые рассмотрены выше.

6. Температурное расширение.

7. Сопротивление растяжению.

8. Свойство растворять газы.

9. Поверхностное натяжение.

3. Силы, действующие в жидкости

Жидкости делятся на покоящиеся и движущиеся.

Здесь же рассмотрим силы, которые действуют на жидкость и вне ее в общем случае.

Сами эти силы можно разделить на две группы.

1. Силы массовые. По-другому эти силы называют силами, распределенными по массе: на каждую частицу с массой ΔM = ρW действует сила ΔF, в зависимости от ее массы.

Пусть объем ΔW содержит в себе точку А. Тогда в точке А:

i 006

где – плотность силы в элементарном объеме.

Плотность массовой силы – векторная величина, отнесена к единичному объему ΔW; ее можно проецировать по осям координат и получить: Fx, Fy, Fz. То есть плотность массовой силы ведет себя, как массовая сила.

Примерами этих сил можно назвать силы тяжести, инерции (кориолисова и переносная силы инерции), электромагнитные силы.

Однако в гидравлике, кроме особых случаев, электромагнитные силы не рассматривают.

2. Поверхностные силы. Таковыми называют силы, которые действуют на элементарную поверхность Δw, которая может находиться как на поверхности, так и внутри жидкости; на поверхности, произвольно проведенной внутри жидкости.

Таковыми считают силы: силы давления которые составляют нормаль к поверхности; силы трения которые являются касательными к поверхности.

Если по аналогии (1) определить плотность этих сил, то:

нормальное напряжение в точке А:

i 007

касательное напряжение в точке А:

i 008

И массовые, и поверхностные силы могут быть внешними, которые действуют извне и приложены к какой-то частице или каждому элементу жидкости; внутренними, которые являются парными и их сумма равна нулю.

Источник

Формула павловского коэффициент шези

ФГУ «Сочинский национальный парк», г. Сочи, РФ

ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

В ФОРМУЛЕ ШЕ3И ДЛЯ ОТКРЫТЫХ РУСЕЛ

Вопрос об определении энергетических потерь в потоках жидкостей является одним из важнейших в гидротехнике как с точки зрения теоретической, так и практической. В практике гидротехнических расчетов открытых русел очень часто пользуются формулой французского гидравлика Шези, предложенной им для равномерного движения в руслах:

V = C image002 , (1)

где C = image004 называют скоростным коэффициентом или коэффициентом Шези.

Ввиду сложности характера взаимодействия движущегося пото­ка с вмещающим его в себя руслом или другим водоводом гидрав­лические сопротивления большей частью изучались с помощью экспериментов. Теоретические разработки в этой области гидра­влики сравнительно немногочисленны и в большинстве своем яв­ляются слишком грубыми схемами тех процессов, которые проис­ходят в потоках жидкости. Сказанное относится в особенности к рекам в естественном состоянии.

В настоящем исследовании сделан обзор методов и формул, при­меняющихся при определении гидравлических сопротивлений в водотоках, и приведены некоторые данные о коэффициентах со­противления для нескольких горных рек Черноморского побе­режья Кавказа.

1 Гидравлические сопротивления при ламинарном

и турбулентном режимах движения жидкости

Как известно, движение жидкостей может быть различным в зависимости от условий, в которых оно происходит, а именно: в ламинарном режиме и турбулентном. Оба эти режима те­чения взаимосвязаны, могут переходить друг в друга, и являют собой диалектический закон перехода количества в качество: наблюдающееся при малых скоростях ламинарное движение с увеличением скорости течения сменяется турбулентным. Закон изменения сопротивлений, а следовательно, и коэффи­циент С, связаны с родом движения.

При ламинарном режиме движения гидродинамические сопротивления в потоке образуются под действием сил внутреннего трения, или вязкости жидкости. Согласно закону Ньютона о вязкости, внутри движущейся жидкости возникают касательные напряжения, величина которых в каждой точке потока пропор­циональна значению пространственной производной скорости в этой точке:

image006 (2)

image008 (3)

Установлено, что гидродинамические сопротивления при ламинарном режиме прямо пропорциональны первой степени скорости течения, т.е. зависимость будет прямолинейного вида.

Для турбулентного режима гидродинамические сопротивле­ния будут пропорциональны квадрату скорости движения, и выражением квадратичного закона сопротивления для русловых потоков является общеизвестная формула Шези (1).

Процесс непрерывного перемешивания в турбулентном пото­ке, естественно, вызывает появление дополнительного трения между отдельными частицами, которое оказывается во много десятков раз больше, чем трение при ламинарном режиме.

Задача исследования сопротивлений и поля скоростей в турбулентных потоках является гораздо более сложной, чем для ламинарных потоков. Это объясняется тем многообразием условий, при которых течение жидкостей происходит при тур­булентном режиме, в то время, как ламинарное течение может наблюдаться при очень ограниченных условиях.

Попытки теоретических исследований закономерностей тур­булентного потока, с целью получения теоретических формул для гидравлических сопротивлений, делались неоднократно. Одной из таких попыток является теория Прандтля-Кармана, по которой суммарное напряжение трения в турбулентном по­токе будет иметь вид:

image010 image012 (4)

При турбулентном режиме второй член в правой части намно­го больше первого. Для ламинарного течения (при малых ско­ростях) будет преобладать левый член уравнения.

Строгое теоретическое определение гидродинамических по­терь в трубах является одним из тех немногих случаев, ког­да интегрирование дифференциальных уравнений гидродинамики принципиально возможно и технически осуществимо.

Такой теоретической формулой, определяющей потери напо­ра при ламинарном режиме в трубах, является формула Пуазейля:

image014 , (5)

которая показывает, что потеря напора при ламинарном режи­ме пропорциональна первой степени средней скорости, зави­сит от рода жидкости (ν), обратно пропорциональна пло­щади сечения трубы и не зависит от шероховатости стенок трубы.

Для турбулентного режима движения в шероховатых трубах Прандтль предложил следующую формулу:

A параметр, характеризующий форму шероховатости, который по опытам Никурадзе для равнозернистой шероховатости равен А=1,74,

Хотя до недавнего времени формула (6) считалась с теоре­тической стороны лучшей, но экспериментальная проверка её показала, что оценка шероховатости только по высоте выступов недостаточна, а необходимо учитывать также характер расположения выступов.

Для изучения зависимости коэффициента трения λ в тру­бах и лотках от определяющих его характеристик было проде­лано много экспериментальных работ, из которых наиболее значительными были опыты Никурадзе в 1933 г., опыты А.П. Зегжда в 1938 г. и опыты Ф.А.Шевелева (1953г.).

2. При средних значениях Re (3,3 lg Re Re . Эта область характеризуется формулами вида: λ= f ( Re , image020 ).

Можно также отметить, что чем больше шероховатость, тем раньше наступает независимость λ от Re , т.е. вступает в действие квадратичный закон сопротивления.

В 1938 г. А.П.Зегжда опубликовал результаты проведениях им в открытом безнапорном потоке прямоугольного сечения опытов. В опытах Зегжда применялась также равнозернистая шероховатость. На полученном им графике видны все режимы движения жидкостей в каналах, а именно: ламинарное движение, при гладких стенках, при вполне шероховатых стенках и об­ласть перехода от гладких стенок к шероховатым.

Здесь очень важно отметить, что сходство графиков для круглой трубы (Никурадзе) и для прямоугольного лотка (Зегжда) имеется как с качественной стороны, так и коли­чественно. Так, Никурадзе для турбулентного режима пред­лагает формулу:

image023 (8)

а Зегжда для прямоугольного лотка получил:

image025 (9)

причем незначительное расхождение в формулах (8) и (9) сам Зегжда относит лить за счет неточности своих опытов. Таким образом, опытами Зегжда доказана, возможность исполь­зования для открытых русел формул теории турбулентности типа, примененного для труб.

М.А.Великанов [2] делает вывод, что: «такое совпадение даёт нам, во-первых, уверенность в правильности нашего общего подхода к вопросу сопротивления, подхода теорети­чески не вполне строгого, и потому нуждающегося в экспе­риментальном подтверждении, и во-вторых, совпадение по­лученных формул до числовых параметров позволяет нам пользоваться ими и для потоков иных поперечных сечений».

Но при расчётах сопротивлений все напорные и безнапор­ные русловые потоки любой формы сечения обычно заменяют плоским открытым потоком с глубиной, равной гидравличе­скому радиусу действительного сечения, с шириной его, равной смоченному периметру, и стенками, не вызывающими торможения, а эта замена, как отмечает В.Н.Гончаров [3], не всегда является допустимой. Более того, Гончаров ука­зывает, что: «множитель С, обычно именуемый коэффициентом Шези, или скоростным коэффициентом, как это доказано вы­ше, является и должен являться непосредственной функци­ей именно формы сечения. Поэтому его целесообразнее было бы именовать параметром формы, выражаемым через отношение к высоте выступов шероховатости характерного линейного размера сечения, различного для разных форм сечения».[З]

В настоящее время установлено, что величина λ и С в самом общем случае зависят от диаметра (или размеров рус­ла), скорости, абсолютной шероховатости и характера самой шероховатости, т.е.:

Помимо приведенных выше формул, для расчета сопротив­лений в трубопроводах существует ряд других формул (А.Д.Альтшуль, Г.А.Адамов, Ф.А.Шевелев и др.), но мы их не приводим, так как основной целью настоящего исследования является обзор формул для определения сопротивлений в от­крытых руслах естественных водотоков.

2. Формулы для определения коэффициента С в формуле Шези и их сопоставление

Все факторы, вызывающие основные и дополнительные со­противления, характеризуются бесконечным разнообразием их форм, размеров и видов. В силу этого почти все формулы для определения коэффициента С в формуле Шези являются эмпирическими и зачастую не удовлетворяют тем требовани­ям, которые предъявляет к ним практика.

В нашей стране систематизации гидрометрических материалов о ше­роховатости естественных русел начали уделять внимание в достаточной мере лишь после Октябрьской революции в связи с потребностями широкого дорожного и гидротехнического строительства. Первая систематизация эмпирических данных о шероховатости была произведена проф. К.Ф.Срибным, при­чем по данным Срибного шероховатости в естественных рус­лах были значительно больше, чем по данным опытов в кана­лах и трубах. Основной же багаж экспериментальных данных гидравлики был накоплен изучением потоков, дополнитель­ные сопротивления в режиме которых заранее сводились к возможному минимуму для получения связи средней скорости именно с основными сопротивлениями. Анализ вопроса о до­полнительных сопротивлениях естественных русловых пото­ков выясняет механизм возникновения высоких шероховатос­тей, встречаемых в практике при обработке гидрометриче­ских данных.

Все формулы для определения коэффициента С, предложен­ные различными авторами на основе опытных данных, можно разделить на две группы:

1. Одночленные степенные формулы.

2. Многочленные формулы.

К первой группе относятся следующие наиболее распро­страненные формулы:

а) Формула Маннинга (1890г.): image027 (10)

б) Формула Форхгеймера (1923г.): image029 (11)

в) Формула Н.Н. Павловского: image031 (12)

Наиболее точной формулой из указанных является формула (12), предложенная Н.Н.Павловским в 1925 г. и которая явилась как бы обобщением ранее существовавших показа­тельных формул, поскольку теоретически было доказано, что показатель степени в формуле для С не может быть по­стоянным, а должен зависеть от n . Для определения показателя степени y по Павловскому им предложена формула:

Y = 2,5 image033 -0,13-0,75 image035 ( image036 -0,10 ) (13)

Так как при выводе формулы (12) Павловский использовал гидрометрические данные по каналам при значениях гидрав­лического радиуса от 0,1 до 3,0 м, то эта формула приме­нима для открытых русел при значениях 0,1 R R >3,0 м, но следует при­знать, что это делается, собственно, в порядке их экстра­поляции за пределы достаточного экспериментального мате­риала» [7].

Для приближенных расчётов Павловский предлагает упро­щенные формулы:

Y = 1,5 image037 при 0,1 R 1,0 м. (14)

Y = 1,3 image038 при 1,0 R

Из многочленных формул наиболее распространёнными яв­ляются:

а/Формула Гангилье-Куттера (1869 г.):

image040 (15)

Здесь значение коэффициента шероховатости n то же, что и в формулах (10), (11), (12).

При более значительных уклонах i ≥0,0005 влияние i в формуле незначительно, и формула (15) несколько сокращается:

image042 (16)

Для пользования формулой составлены достаточно подробные таблицы градаций коэффициента шероховатости n в зависи­мости от состояния русел. [7].

Формула Гангилье-Куттера даёт достаточно хорошие результаты для естественных русел и каналов при R > 3,5м.

б) Формула Базена (1897г.):

image044 (17)

в) Формула А.П.Зегжда, выведенная им из формулы (9):

image046 (18)

Формула (18), как было сказано выше, была получена по экс­периментам в лотке. Аналогичную зависимость В.Н.Кузнецов получил теоретическим путем.

г) Формула И.И.Агроскина (1949 г.):

д) Формулы М.А. Мосткова (1949г.):

Для движения в области шероховатых русел при развитой турбулентности:

C = 22 lg image052 + 9,5 image054 +1,5 (20)

Для движения в области гладких русел, также при развитой турбулентности:

Мостков [6] дает таблицу значений высоты влияния выступов шероховатости Δ, причём последняя по смыслу вы­вода представляет не геометрический размер выступа, но учитывает геометрические и гидравлические характеристики не только отдельных выступов, но и наличие на дне вымоин, неровностей и т.д.

Все указанные выше формулы рассчитаны для вычисления средней скорости потока через коэффициент шероховатости. Некоторыми авторами был предложен целый ряд формул для определения средней скорости без применения понятия коэф­фициента шероховатости (Тейберт, Кристен, Германек, Хессле, Матаневич, Грегер, Виннель, Тильзен и др.).

Основными определяющими скорости параметрами в боль­шинстве таких формул приняты: средняя глубина, уклон, гидравлический радиус и ширина реки. Отличительными особенностями формул является то, что каждая из них распро­страняется лишь на отдельные районы, реки или даже на участки рек.

Например, формула Тильзена (1933г.) для р. Наровы име­ет вид:

Подобные же формулы были предложены М.А.Мостковым [14] в 1938 г. для горных рек Закавказья.

Как видно из вышеизложенного, для вычисления скорост­ного коэффициента С существует очень много формул, поэтому при возникновении необходимости определения С сразу же встает вопрос, по какой формуле нужно вести его расчет. Как отмечает Б.В.Поляков, «удачность расчёта С зависит не только от выбора значения коэффициента (шероховатости), но и от выбора формулы, по которой производится самый расчёт. При этом более совершенной надо считать такую формулу, которая даёт значения коэффициентов шероховатости более устойчивые и почти неизменяющиеся при увеличе­нии наполнения русла и поймы. Это условие очень важно при расчёте максимальных расходов и кривых подпора, так как оно облегчает экстраполяцию значений коэффициента шеро­ховатости для высоких горизонтов и увеличивает точность расчётов». [15].

Наиболее часто в настоящее время для определения ско­ростного коэффициента С используется либо формула Н.Н.Павловского, либо формула Маннинга, являющаяся частным случаем формулы Павловского (при n = 1/6 = 0,167). Формула Маннинга широко применяемся за рубежом (особенно в США, Англии, Индии), сторонники её есть и у нас. Напри­мер, этой формулой в своих работах предпочитает пользо­ваться В.М.Маккавеев, который считает её наиболее простой и удачной.

Из многочленных формул наилучшей для открытого русла является формула Агроскина. Её же настоятельно рекоменду­ет Н.Н.Федоров. [17].

Формула Агроскина для небольших водотоков даёт зани­женные величины С в сравнении с формулой Павловского.

Нанесенные на графике эмпирические точки (С, h ср ) , по­лученные по гидрометрическим данным поста р.Сочи-с.Пластунка (за период 1947-1960 гг.) дают кривую связи С= f ( h ср ) , совершенно отличную от кривых взятых формул. Зависимость С= f ( h ср ) имеет вид параболы, пересекающей семейство кривых С= f ( R , n ) ; поэтому можно сказать, что входящие в формулы для С коэффициенты, характеризующие шероховатость русла, для естественных русел изменяются весьма значительно, какую бы формулу для расчетов С мы ни взяли. Весь во­прос упирается в необходимость выбора наиболее подходящего для данной формулы коэффициента шероховатости, чтобы получить наиболее правильной значение скоростного коэффи­циента.

3. Динамика коэффициента шероховатости по данным

гидрометрических измерений на некоторых горных реках Кавказа

При определении средних скоростей в сечении для естест­венных русел по формулам Шези и Павловского в настоящее время коэффициент шероховатости назначают или по таблице М.Ф.Срибного, или же по данным натурных измерений.

В таблице М.Ф.Срибного приведена достаточно подробная характеристика видов русел и соответствующие каждому виду коэффициенты шероховатости, однако таблица эта является очень грубой схемой и не учитывает динамики коэффициента шероховатости. Как отмечал ещё в 1936 г. Б.В.Поляков, «значения коэффициентов шероховатости не могут умещаться в каких-либо тесных рамках таблиц. Для данного состояния шероховатости необходимо давать достаточно широкие преде­лы. Эти пределы также не являются строгими, неподвижными. Поэтому пользование таблицами для нахождения С влечёт за собой частые ошибки. Для уменьшения их при ответственных проектах необходимы исследования в натуре».[15]

Для того, чтобы назначать коэффициент шероховатости (КШ) на основании опытных данных, необходимо знать, как изменяет­ся коэффициент шероховатости, его динамику. Проф. А.Н.Ахутин в 1931 г. писал: «Необходимо также более внимательно исследовать саму природу того фактора, который мы называ­ем КШ. Истинное значение КШ еще не вполне выяснено. Изуче­ние имеющегося материала позволяет утверждать, что КШ ме­няется с глубиной (с гидравлическим радиусом), с видом (степенью шероховатости) русла, но и с уклоном, с изменением живого сечения русла и потока в плане». [1]

Таким образом, картина динамики КШ оказывается гораздо более сложной, чем кажется на первый взгляд.

При определении коэффициента шероховатости по формуле Павловского значение показателя степени y бралось по формуле (13).

Всего было обработано 1541 измерение расхода воды вер­тушкой; результаты вычислений в настоящей статье пред­ставлены графически в виде зависимостей n = f ( v ср ) (см. Прилож.2-10). Рассмотрим полученные данные по каждому посту отдельно.

1. Гидрометрический пост р.Псезуапсе-с.Татьяновка

Гидроствор расположен в среднем течении реки, пойма на участке поста отсутствует, и галечниковое русло распола­гается между крутыми склонами долины, ширина которой по дну составляет 60 м. Деформация на участке гидроствора весьма значительная, русло блуждающее. Вследствие влияния движущихся перекатов часто наблюдается косоструйность в гидростворе.

Уклоны измеряются по НУП и ВУП, расстояние между которы­ми 54 м.

З. Гидрометрический пост р.Псий-с.Тух-Аул

Гидроствор расположен на прямолинейном участке, русло сложено гравелистыми отложениями со значительной долей булыжников и валунов, в паводки деформируется.

Уклоны измеряются по уклонным постам, расстояние между которыми 60 м.

Гидроствор расположен на прямолинейном участке, русло правильной формы, деформации его сравнительно невелики. Уклоны измеряются по уклонным постам, расстояние между которыми 73 м.

Гидроствор № l располагался на приустьевом участке ре­ки, подверженном периодическим подпорам от приустьевого бара и уровня моря. Река на этом участке имеет бетонную опояску берегов и дно в естественном состоянии.

image066

Русло на участке гидроствора имеет слабый изгиб, сло­жено галечником и валунами. Уклоны измеряются по уклонным постам, расположенным на расстоянии 138 м.

7. Гидрометрический пост р.Мзымта-пос.Кепш

Гидроствор расположен на участке, где река прорезает хребет Ах-Цу, поэтому Мзымта в этом месте имеет большие уклоны, скорости и глубины при сравнительно небольшой глубине потока. Русло изобилует большими валунами, много осыпей. Верхний уклонный пост расположен в 80 м выше ос­новного водпоста, последний служит нижним уклонным постом.

8. Гидрометрические посты р.Бешенка-р.п.Красная Поляна и р. Кепш-пос.Кепш

б) для каждого створа отчетливо видна левая ветвь параболы, т.е. увеличение шероховатости при уменьшении глу­бин для меженных расходов;

в) минимальные значения на каждой из парабол смещаются вправо с увеличением высоты её расположения; так, если для створа р.Сочи-г.Сочи минимум n =0,022 при v ср =1,4 м/с, то для створа р.Мзымта-пос.Кепш n =0,058 при v ср =2,0 м/с;

image068

Рис. 3. Участок водпоста р.Мзымта-пос.Кепш. Октябрь 1961г.

О влиянии влекомых наносов на динамику КШ писал Б.В.Поляков: «В отношении второго фактора необходимо указать, что подобно тому, как значительное увеличение мутности потока влечёт за собой уменьшение скорости движения пото­ка, так и увеличение влечения донных наносов несомненно, изменяет условия трения в пограничном слое. Шоклич нашёл, что при прочих равных условиях расход в опытном лотке при подвижном дне меньше, чем при неподвижном, т.е. фиксиро­вание донных частиц освобождает известное количество энергии, идущее на увеличение расхода. Очевидно, что по­ток, имеющий большое количество донных наносов, даёт более шероховатое соприкосновение с ложем».[15]

Проф.А.Н.Ахутин отмечает несколько другие причины уве­личения коэффициента шероховатости: «Вместе с тем замече­но, что при увеличении глубины свыше известного предела значение КШ снова может возрастать, причём это возрастание объясняется не только увеличением шероховатости в верхних заросших травой и кустарником частях русла или растеканием воды по поймам, но и увеличением при высокой воде степени неравномерности течения воды». [1]

Очень интересны следующие его указания: «Замечено также, что при резком чередовании перекатов и глубоких плёсов значения КШ получаются несколько искаженными. Очевидно, на величину КШ влияет каким-то образом наличие верхнего, а иногда, наоборот, нижнего участка, резко отличным характером течения».

Эти последние обстоятельства дают некоторое основание утверждать, что для вычисления КШ во многих (если не во всех) случаях следует пользоваться не уравнением равно­мерного движения (Шези), а основным уравнением неравно­мерного движения, учитывающим изменения скоростей при переходе от одного сечения к другому. Лучше всего для этой цели может служить уравнение:

На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы:

1. При определении скоростного коэффициента для формулы Шези следует пользоваться формулами Павловского или Агроскина, поскольку указанные формулы дают наиболее надёжные результаты по сравнении с другими.

2. Выбор коэффициента шероховатости по таблице Срибного на основании характеристик водного потока обладает тем не­достатком, что в оценку n вносится элемент субъектив­ности, что может привести к большим ошибкам в расчётах. Помимо этого, при таком выборе не учитывается динамика коэффициента шероховатости.

5. В связи с разработкой формул для С с введением характеристики абсолютной шероховатости, наиболее достоверным способом оценки шеро­ховатости естественного русла может быть установление его абсолютной шероховатости путём непосредственного измере­ния характерных неровностей дна или путём стереофотосъёмки.

1.Ахутин А.Н. Неравномерное движение воды в открытых рус­лах. ОГИЗ. М-Л, 1931.

2. Великанов М.А.Динамика русловых потоков. Гидрометеоиздат. Л,1949.

З. Гончаров В.И. Основы динамики русловых потоков. Гидрометеоиздат. Л, 1954.

4. Горбачев А.И. Гидравлика. Гос. транспортное изд-во. М-Л, 1933.

5.Латышенков А.М., Лобачев В.Г. Гидравлика. Гос.изд-во ли­тературы по строительству и архитектуре. М., 1956.

6. Мостков М.А. Гидравлический справочник. Гос. изд-во литературы по строительству и архитектуре. М.,1954.

7. Павловский Н.Н. Учебный гидравлический справочник, ОНТИ. Л,1932.

8. Рабинович Е.З. Гидравлика. Гос. изд-во технико-теоретической литературы, М,1956.

9. Чеботарев А.И. Общая гидрология. Гидрометеоиздат.Л.1960.

10. Чертоусов М.Д. Гидравлика. Специальный курс. Госэнергетическое изд-во. М-Л, 1957.

11. Шамов Г.И. Речные наносы. Гидрометеоиздат.Л,1959.

12.Яблонский B . C . Гидравлика. Гостоптехиздат.М,1957.

13.Вызго М.С. О коэффициенте шероховатости. Гидротехническое строительство, 11, 1951.

14. Мостков М.А. Расчетная формула для горных потоков, нахо­дящихся в естественном состоянии. Метеороло­гия и гидрология, №5, 1938

15. Поляков Б.В. Значение коэффициента шероховатости русел и пойм равнинных рек. Метеорология и гидрология, №12, 1936.

16.Стащук И.Г. Об использовании в гидрометрии некоторых гид­равлических свойств открытых русел. Метеоро­логия и гидрология, №8. 1937

17.Федоров Н.Н.Об определении скоростного множителя С для естественных русел. Труды ГГИ,вып.56(110), 1956.

Зависимость коэффициента шероховатости от средней скорости потока. Р.Псезуапсе – с. Татьяновка, 1959-1960 гг.

image076

Зависимость коэффициента шероховатости от средней скорости потока. Р.Шахе – с. Солох-Аул, 1956-1960 гг.

image078

Зависимость коэффициента шероховатости от средней скорости потока. Р.Псий – с. Тух-Аул

image080

Зависимость коэффициента шероховатости от средней скорости потока.

Р.Сочи – с. Пластунка

image082

Зависимость коэффициента шероховатости от средней скорости потока.

Р.Мзымта – р. п. Красная Поляна

image084

Зависимость коэффициента шероховатости от средней скорости потока.

image086

Зависимость коэффициента шероховатости от средней скорости потока.

image088

Зависимость коэффициента шероховатости от средней скорости потока.

image090

Зависимость скоростного коэффициента от средней глубины потока.

Источник

Комфорт
Adblock
detector