Основные определения

Неравномерное движение при постоянных расходах в открытых руслах будет наблюдаться в тех случаях, когда по длине потока изменяются размеры или форма сечения, шероховатость стенки или уклон дна. При неравномерном движении (рис. 16.1) глубина или ширина потока по длине является величиной переменной; поэтому свободная поверхность потока всегда криволинейна.

Основными причинами, вызывающими неравномерное движение воды в открытых руслах, являются следующие:

1. Расширение или сужение русла; чередование мелких или глубоких мест.

2. Естественные или искусственные преграды и сооружения, поднимающие уровень воды.

3. Наличие перепадов, быстротоков и резких понижений.

4. Резкие повороты русла.

5. Различная шероховатость русла.

К наиболее важным в практическом отношении видам неравномерного движения воды в открытых руслах относятся явления подпора, спада и гидравлического прыжка.

Подпор (рис. 16.2) образуется тогда, когда глубина вдоль потока в сторону движения возрастает, а скорости уменьшаются, например, при устройстве плотин и других преграждающих русло устройств. В частности, ряд мостовых промежуточных опор могут вызвать подпор. Свободная поверхность воды при подпоре имеет в продольном разрезе вид кривой линии, называемой кривой подпора.

Рис. 16.2 Рис. 16.3

Спад (рис.16.3) образуется тогда, когда глубина потока в сторону движения уменьшается, а скорости возрастают. Этот случай имеет место при устройстве в русле перепадов и при увеличении уклона дна. Свободная поверхность воды при спаде имеет вид кривой линии, называемой кривой спада; при этом глубина потока уменьшается в направлении движения.

Гидравлический прыжок представляет собой перепад от малых глубин с большими скоростями к большим глубинам на коротком расстоянии, (рис. 16.4); он представляет собой местное явление, при котором нарушается условие плавной изменяемости движения. Гидравлический прыжок образуется часто в нижнем бьефе при Рис. 16.4

истечении воды через плотины, перепады, при истечении воды из-под щита и т.д.

Призматическими руслами называются такие русла, у которых форма поперечного сечения по длине потока не изменяется и площадь сечения зависит только от глубины h, т.е. S=f(h). Примером призматического русла может служить канал трапецеидального сечения с постоянной шириной дна и постоянным заложением относов.

Непризматическими руслами называются такие, у которых форма поперечного сечения изменяется по длине; естественные русла (реки) обычно являются непризматическими.

Открытые русла классифицируются по уклону дна на следующие:

1. Русла с прямым уклоном дна (i >0), у которых понижение дна совпадает с направлением течения (рис. 16.5).

2. Русла с горизонтальным дном (i =0) (рис. 16.6).

3. Русла с обратным уклоном дна(i <0), у которых понижение дна противоположно направлению течения (рис. 16.7).

Рис. 16.5 Рис. 16.6 Рис. 16.7