CZĘŚC TEORETYCZNA

Koryto otwarte.

W hydraulice korytem otwartym nazywamy każdy przewód w którym istnieje swobodne zwierciadło wody. Wynika z tego ze, warunkiem przepływu w korycie otwartym jest pochylenie jego dna, czyli ułożenie go z pewnym spadkiem. Korytem otwartym można wiec nazwać zarówno rzekę jak również przewód zamknięty, niewypełniony całkowicie wodą. W każdym z tych przypadków następuje bezciśnieniowy przepływ wody, przez co tego typu koryta nazywane SA często „przewodami bezciśnieniowymi”.

Klasyfikacja ruchu wody

Elementy ruchu strumienia wody w korycie otwartym naturalnym lub sztucznym mogą się zmieniać w czasie i na długości drogi przepływu.

1. Ruch ustalony równomierny (jednostajny) – występuje wtedy, gdy

• Wydatek koryta jest stały (Q=const)

• Przekrój poprzeczny, głębokość koryta oraz prędkość średnia pozostają niezmienne na całej długości

• Spadek dna jest równy spadkowi hydraulicznemu

• Chropowatość wzdłuż koryta jest jednolita

1. a) Ruch ustalony nierównomierny (zmienny) może cechować się zmiennością przekrojów poprzecznych strumienia, prędkości i napełnień tych przekrojów, zmiennością spadków dna i zwierciadła wody w profilu podłużnym koryta, oraz natężenia przepływu na długości koryta. Ruch ustalony zmienny możemy podzielić na:

• szybkozmienny – gdy zmiana wymienionych parametrów występuje na krótkim odcinku drogi przepływu

• wolnozmienny – gdy zmiana parametrów ruchu przebiega płynnie w profilu podłużnym

b) Ruch ustalony nierównomierny również można podzielić na:

• opóźniony, gdy spadki zwierciadła wody i prędkości maleją zgodnie z kierunkiem przepływu, a napełnienie wzrasta

• przyspieszony, gdy prędkość i spadek zwierciadła wody wzrastają zgodnie z kierunkiem przepływu, a napełnienia i powierzchnie przekrojów poprzecznych strumienia maleją

Wymiarowanie koryta otwartego.

Wymiarowanie koryta otwartego dla ustalonych warunków technicznych polega na dobraniu optymalnego przekroju poprzecznego i spadku dna, które zapewnią:

- przepływ wody zgodny z założeniami przy odpowiedniej prędkości i napełnieniu koryta

- utrzymanie w nienaruszonym stanie dna i boków koryta.

- możliwie najmniejsza powierzchnie przekroju poprzecznego.

Dobór najkorzystniejszego hydraulicznie kształtu przekroju.

Najkorzystniejszym hydraulicznie kształtem przekroju poprzecznego jest taki kształt, który pozwala na przepływ maksymalnej ilości wody przy niezmiennym spadku hydraulicznym, współczynniku prędkości oraz stałej powierzchni przekroju. Teoretycznie najlepszym kształtem tego przekroju jest pół-owal, niestety ze względu na trudności w stworzeniu tego typu przekroju przyjmuje się jako najlepsze, przekroje najbardziej zbliżone do najkorzystniejszego, czyli przekroje kształcie trapezu.

Ze wzoru na przepływ:

$\mathbf{Q}_{\mathbf{o}}\mathbf{=}\mathbf{F}_{\mathbf{z}}\mathbf{+ c}\mathbf{*}\sqrt{\mathbf{R}_{\mathbf{h}}\mathbf{.}\mathbf{*}\mathbf{I}}$ [$\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$]

Gdzie $\mathbf{R}_{\mathbf{h}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{F}_{\mathbf{z}}}{\mathbf{O}_{\mathbf{z}}}$ [m]

Wynika ze, Q_o osiągnie maksymalna wartość przy minimalnym obwodzie zwilżonym O_z

Najmniejszy obwód zwilżony posiada koryto o kształcie zwanym najkorzystniejszym hydraulicznie, a z powodów wspomnianych powyżej, przyjmujemy przekrój w kształcie trapezu.

Wzór na obwód zwilżony przekroju:

$\mathbf{O}_{\mathbf{z}}\mathbf{= b + 2h}\mathbf{*}\sqrt{\mathbf{1 +}\mathbf{m}^{\mathbf{2}}}$ [m]

Minimum obwodu zwilżonego, a zatem i najkorzystniejszy hydraulicznie przekrój występuje w przypadku trapezu opisanego na półkolu o promieniu równym wysokości napełnienia r = h.

Wartość współczynnika szorstkości n:

Jest to wielkość określona w kategoria od I do XVI opisująca stan koryta otwartego. Im współczynnik szorstkości jest mniejszy tym koryto jest zachowane w lepszym stanie.

Dla I kategorii tj. dla n równego 0,009 ściany mają bardzo gładką powierzchnie, pokryte emalią lub glazurą bardzo dobrze heblowane i dopasowane deski, dobra wyprawa z czystego cementu.

Dla kategorii XVI tj. dla n równego 0,040 kanały są wyjątkowo źle utrzymane (znaczne wyrwy i zsuwy, zarośnięte szuwarami, gęste korzenie, duże kamienie na dnie itp.), rzeki przy dalszym pogorszeniu warunków przepływu (w porównaniu z punktami poprzednimi), zwiększenie ilości kamieni i wodorostów, kręte łożysko itp.

Dla zadanej kategorii XIV n równego 0,030 są to kanały ziemne w dość złym stanie (np. miejscami zarośnięte wodorostami, z otoczkami lub żwirem na dnie), zauważalne zarośnięte trawą, z lokalnymi osypiskami skarp itp.