Ограничение скоростей движения воды в каналах

Большие скорости движения воды в каналах опасны тем, что они приводят к размыванию дна и откосов канала. Поэтому чем больше скорость тем надежнее должно быть крепление земляного канала во избежание его размыва. Наоборот, малые скорости при наличии в воде примесей в виде песка или более мелких частиц приводят к заилению каналов, что вызывает необходимость в дорогостоящей очистке. Следовательно, необходимо, чтобы скорость движения воды в каналах находилась в пределах:

(1.31)

где так называемая, максимально допустимая средняя скорость при равномерном движении воды. Эту скорость называют максимальной неразмывающей скоростью.

минимально допустимая средняя скорость при равномерном движении воды в канале. Эту скорость называют критической или незаиляющей скоростью.

Действительная скорость V зависит от уклона канала. Максимальная допустимая средняя скорость не зависит от уклона канала, а только от рода материала из которого выполнены стенки, образующие канал и в некоторых случаях от глубины воды в канале.

Для каналов, проложенных в несвязных грунтах (песчаных, гравелистых, галечно-песчаных и др.) проф. И.И.Леви предложил формулу:

 

(1.32)

где А – коэффициент, зависящий от уплотнения грунта русла канала. Величина этого коэффициента может приниматься равной 1,4 для хорошо уплотненных грунтов и 1,2 для грунтов с более рыхлой структурой.

средняя крупность зерен грунта канала, м.

R - гидравлический радиус потока, м.

 

При скорости большей допустимой максимальной вертикальные пульсационные скорости становятся столь значительными, что поверхностные частицы грунта (образующего русло канала) оторвавшись от дна, поддерживаются во взвешенном состоянии. В нижеследующей таблице 1.2 приведены приближенные значения , которые относятся как к грунтам, так и к некоторым покрытиям, используемым для защиты каналов от размыва. Эти данные относятся к прямолинейным (в плане) каналам. Для извилистых (в плане) каналов рекомендуется снижать на 5-20%.

Таблица 1.2

Максимально допустимые скорости при равномерном движении воды

Материал смоченной поверх- ности канала	, м/с	Материал смоченной поверх- ности канала	, м/с
Несвязные грунты		Скальные породы
Пыль, ил	0,15 – 0,20	Осадочные	2,5 – 4,5
песок	0,20 – 0,60	Кристаллические	20 - 25
гравий	0,60 - 1,20	Крепления
Связные грунты		Одиночная мостовая	3,0 – 3,5
Супесь и суглинок	0,7 – 1,0	Двойная мостовая	3,5 – 4,5
глина	1,0 - 1,8	Бетонная облицовка	5,0 – 10,0

Минимальная допускаемая (минимальная незаиляющая) скорость V_min может быть определена для каждого конкретного случая по одной из имеющихся в справочниках эмпирических формул, например:

(1.33)

где е – коэффициент, учитывающий количество взвесей, их гранулометрический состав и шероховатость русла. При n = 0,0225 и среднем диаметре преобладающей массы взвешенных частиц не более 0,25 мм величину коэффициента е можно принимать равной 0,5.

Если условие V > V_min выдержать не удается, приходится предусматривать периодическую очистку канала от отложений.

Условие V< V_max должно быть всегда выдержано, так как в противном случае канал будет разрушаться.

В том случае, когда на первом этапе расчета получаем V>V_max приходится предусматривать мероприятия, позволяющие либо увеличить скорость V_max, либо уменьшить скорость V и в результате добиться соотношения V<V_max.

Мероприятия по увеличению скорости V_max.

Для увеличения максимально допустимой скорости движения воды в русле необходимо применять, например, покрытие откосов и дна канала каким-либо креплением в виде каменной мостовой, бетонной облицовки и т. д. Предусмотрев такое крепление мы, естественно, увеличим скорость V_max