Гидравлически наивыгоднейший поперечный профиль канала

Гидравлически наивыгоднейшим профилем (сечением) канала называется профиль, который при одинаковом уклоне дна, расходе, шероховатости, коэффициенте откоса обеспечивает максимальную среднюю скорость, пропускает наибольший расход. Этот вывод следует из формулы Шези

; (7.12)

При равных площадях живого сечения , уклонах i и шероховатости n большый расход пропустит канал, который имеет большее значение С. Но С возрастает с увеличением R. Однако, R зависит от , а это значит, что гидравлически наивыгоднейший канал имеет наименьший смоченный периметр.

Задача выбора геометрически наивыгоднейшего сечения канала сводится к выбору формы сечения с минимальным периметром . Такой фигурой является круг, а для открытого канала – это полукруг. Поэтому при строительстве небольших каналов (лотков) из метала, бетона им придают форму полукруга, эллипса, параболы. Для каналов большого сечения трудно сделать выемку грунта, обеспечив полукруглое сечение; в верхней части такого сечения стенки почти вертикальные, они могут оказаться неустойчивыми при нескальных грунтах, поэтому каналы полукруглого сечения почти не применяют; в естественных грунтах строят каналы трапецеидального сечения.

Для трапецеидального гидравлически наивыгоднейшего профиля значение относительной ширины по дну определяют по формуле

(7.13)

где - коэффициент откоса определяется по таблице 7.2.

Гидравлически наивыгоднейшие профили относительно узкие и глубокие, поэтому не всегда оказываются экономически наивыгоднейшими. Действительно, экономически наивыгоднейший профиль канала должен характеризоваться минимумом объёма земляных работ. Для канала, выполняемого в выемке минимальное значение площади выемки ’, а не площадь живого сечения (рисунок 7.7). Крупные каналы не проектируют с гидравлически наивыгоднейшим профилем.

При проектировании больших каналов вводят понятие “практически наивыгоднейший профиль” (), для которого величина будет отличаться от менее, чем на 3 – 4%, причём каналы будут получаться сравнительно малой глубины. Величина может иметь любое значение, лежащее в пределах

Рисунок 7.7

, (7.14)

где .