Файл: Гришанин К.В. Устойчивость русел рек и каналов.pdf

сечения канала: ширина по дну bо и наполнение /г. С этой целью используется система уравнений:

где т — коэффициент откосов. Далее, для каждого варианта под­ считывается объем выемки грунта, и вариант с наименьшим объе­ мом, если нет каких-нибудь дополнительных условий, принимается за окончательный (условие командования канала над местностью должно удовлетворяться при всех вариантах).

О результатах, которые дает изложенный метод расчета, по сравнению с результатами по другим методам, можно составить представление с помощью следующего примера, взятого из книги А. А. Угинчуса [41]. Заданными являются расход Q = 150 м3/с, ко­ эффициент шероховатости п = 0,0225 с/м'/з, уклон / = 0,0001375. Для расчета по методу допустимых скоростей используются добавочные данные: концентрация взвешенных наносов Sg= 2 кгс/м3, гидрав­ лическая крупность наносов WQ= 0,0035 м/с и неразмывающая ско­ рость Uо=1 м/с. Последняя в расчете, выполненном Угинчусом,. принята независящей от гидравлического радиуса.

В табл. 13 приведены значения гидравлических элементов ка­ нала, рассчитанные по трем методам: по теории режима, допусти­ мых скоростей и подобия. При расчете по теории режима использо­

Из данных табл. 13 видно, что формулы Лейси дают явно завы­ шенные значения гидравлического радиуса и площади живого се­ чения канала. Значения гидравлического радиуса по двум другим методам близки друг к другу, но значение смоченного периметра по методу подобия больше, чем по методу допустимых скоростей и по теория режима. Последнее соотношение сохраняется в большин­ стве случаев расчета: метод подобия дает сечения каналов, сильнее развитые в ширину, т. е. более схожие с сечениями естественных русел, чем другие методы расчета. Что такая тенденция правильна,.

135

свидетельствует опыт эксплуатации Каракумского канала. Запро­ ектированный по методу допустимых скоростей с шириной поверху около 80 м канал деформировался, его берега размывались и ши­ рима местами возросла до 200 м, т. е. в 2,5 раза по сравнению с про­ ектной [3, 37].

С расчетной точки зрения к достоинствам метода подобия отно­ сятся: 1) невозможность резко уклониться от размеров живых се­ чений, свойственных существующим устойчивым каналам; 2) отсут­ ствие в расчете величин незаиляющей и неразмывающей скоростей, которые в силу малой точности их определения бывают источником ошибок; 3) простота расчетов.

В современной практике проектирования незаиляющая скорость занимает столь видное место, что отказ от пользования ею сопря­ жен с психологическими трудностями. Чтобы их преодолеть, по­ лезно еще раз обратиться к рис. 4.18 и 5.3 и вспомнить также, что работа взвешивания в русловом потоке всегда составляет малую долю энергии турбулентности. Перестраивая поле скоростей и регу­ лируя шероховатость дна, поток способен к гибкой мобилизации своих энергетических ресурсов. Об этом свидетельствует неодно­ кратное воспроизведение в гидравлических лабораториях транс­ порта взвешенных наносов с концентрациями, превосходящими 10 кгс/м3 при вполне умеренных скоростях течения.

Почему поток и русло ведут себя как такая самоуправляющаяся система лишь в определенном диапазоне значений безразмерного гидравлического радиуса мы сегодня не знаем и вынуждены при­ нять это как опытный факт.

Из сказанного, конечно, не следует, что количество взвешенных наносов, поступающих в канал, не имеет значения. Если это коли­ чество велико, нельзя избежать заиления начального участка ка­ нала, где при колебаниях расхода воды движение является резко неустановившимся (не квазиравномерным). Если это количество велико, нельзя избежать заиления начальных участков боковых от­ водов. Если это количество велико, угроза отложения наносов воз­ никает во всех тех местах, где почему-либо нарушилась призмати­ ческая форма канала. Поэтому у каналов, питающихся водой из рек, несущих много взвешенных наносов, отстойные сооружения составляют обязательный компонент головного узла.

Фактическая устойчивость основного участка неукрепленного канала, кроме верного выбора его поперечных размеров, зависит от качества работ по первоначальному профилированию и от усло­ вий эксплуатации. При приемке канала необходимо устранять все обнаруженные отклонения от проектных размеров, а при ежегод­ ной очистке — заботиться о том, чтобы дноуглубительный снаряд не оставлял ям и шалыг, которые всегда становятся очагами разви­ тия русловых деформаций. Особое внимание должно уделяться бы­ строму исправлению повреждений береговых откосов. Если попе­ речное сечение канала удовлетворяет условию устойчивости (4.68), сохранение канала в проектном состоянии не может требовать больших затрат, поскольку при этом нет постоянно действующих

136

SUMMARY

In the last decade some new ideas were successfully developed in the old domain of research, which covers problems of river and canal channels stability. The aim of the book is to discuss this deve­ lopment.

In the first chapter the modern state of stability problems is bri­ efly reviewed. Two major subjects of investigations are distinguished: the initial stability of a flat bed under the action of a steady uniform flow and the temporal stability of a self-formed channel under the action of an unsteady quasiuniform flow.

In the second chapter basic equations of one-and-two dimensional flows in open channels with a movable bed are formulated.

The third chapter is devoted to the problem of the initial stability. Solutions, obtained by means of the small perturbations method for hydromechanical models of ideal and viscous fluid flows are consi­ dered. The effectiveness of this method in the determination of insta­ bility region boundaries and in the prediction of the bottom waves length is settled. Emphasis is laid on the importance of the domi­ nant wave length concept. After a long time of perplexity and vague suppositions, this concept gave reasonable explanation of the rise of quasiperiodical bed forms under the action of chaotic turbulent velocity fluctuations. In the case of three—dimensional perturbations with small wavenumbers the progress is restrained by the lack of methods for banks deformations prediction.

The problem of temporal stability which is analysed in the fourth chapter deals with river reaches and canals of a restricted length within a restricted time. Straight river pools and canal sections are stable if floods are passing in the form of kinematic waves. The solution of Saint Venan equations for this case of motion, in connec­ tion with similarity considerations, results in a stability criterion, which validity is verified by hydrometrical and experimental data. Channels with fine and coarse bottom sediment are considered apart,

and a movable bed are interpreted as a united and, to some extent, self—regulating mechanical system.

In the fifth chapter the unlined canals design is discussed. Three existing methods of design: regime theory, critical tractive force and critical velocity methods are analysed. A new approach to the task of design, named as the similarity method is formulated.

Its reliability is examined by the data of Soviet Middle Asia, India and Pakistan canals.

139

323с.

6.Г а л к о в В. А. Русловые деформации и режим перекатов на зарегулиро­

Вкн.: Вопросы гидрологии. М., Изд. МГУ, 1957, с. 43—55.

20.Ж е л е з н я к о в Г. В. Относительный дефицит средней скорости неустано-

140