- tổn thất năng l−ợng trung bình dọc theo dòng chảy.
b. Giải gần đúng: Hệ thức tích phân T Karman
10.2. Hình dạng mặt cắt ngang của kênh
10.2.1 Hình dạng th−ờng dùng:
Trong thực tế, việc lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang của kênh phụ thuộc nhiều điều kiện nh− vật liệu làm kênh, điều kiện thi công và tính
chất sử dụng kênh.
Với vật liệu rắn chắc nh− gỗ, gạch, đá xây, bê tông, thì mặt cắt kênh th−ờng là hình chữ nhật hoặc hình thang có mái khá dốc để tiết kiệm vật
H.10-3
---
--- Ch−ơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 129 -
liệu và giảm khối l−ợng đào đắp (H.10-4). Còn kênh đào trong đất thì để đảm bảo sự ổn định của bờ kênh, mặt cắt th−ờng là hình thang có mái thoải, hoặc hình parabôn (H.10-5). Tr−ờng hợp kênh đào ngầm trong đất nh− các cống ngầm, hoặc kênh đào xuyên qua núi, mặt cắt có thể là hình chữ nhật, hình trứng(H.10-6), hình tròn (H.10-1b).
H.10-5
10.2.2 Mặt cắt lợi nhất về thủy lực
Nếu chỉ xét thuần túy theo quan điểm thủy lực, trong tất cả các loại mặt cắt, mặt cắt nào dẫn đ−ợc một l−u l−ợng lớn nhất, với điều kiện độ dốc đáy, độ nhám lòng kênh và diện tích mặt cắt nh− nhau, sẽ đ−ợc gọi là mặt cắt lợi nhất về thủy lực. Nói một cách khác, khi có cùng l−u l−ợng, độ dốc đáy và độ nhám lòng kênh thì đó là mặt cắt có diện tích nhỏ nhất.
Với điều kiện nào một mặt cắt sẽ là lợi nhất về thủy lực?
Trong công thức (10-4), sau khi thay C bằng công thức Pavơlôpxki:
Ri R n Q =ω1
Ta nhận thấy rằng, với i và n cho tr−ớc, ứng với cùng một diện tích
ω, l−u l−ợng sẽ lớn nhất khi R lớn nhất. Nếu l−u l−ợng Q không đổi, ứng với R lớn nhất sẽ có ω nhỏ nhất. Nh− vậy điều kiện để mặt cắt lợi nhất về thủy lực và bán kính thủy lực của nó phải lớn nhất. Riêng với tr−ờng hợp
ω = const, bán kính thủy lực sẽ lớn nhất khi chu vì −ớt χ nhỏ nhất.
Trong những hình có diện tích bằng nhau thì hình tròn là hình có chu vi bé nhất, do đó mặt cắt lợi nhất về thủy lực của kênh hở là hình bán nguyệt. Nh−ng trong thực tế loại kênh này đ−ợc sử dụng rất ít vì thi công khó khăn và nhất là kênh bằng đất thì hay bị sụt lở.
---
--- Ch−ơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 130 -
Mặt cắt th−ờng dùng nhất khi kênh đào trong đất là mặt cắt hình
hang (H.10-1a). Trong loại kênh đó, nếu đặt β =
h b
và gọi m = cotgα là hệ số mái của kênh (trong các sổ tay tính toán thủy lực, th−ờng có bảng cho sẵn m ứng với từng loại đất và kích th−ớc mặt cắt kênh); đồng thời
ký hiệu tỷ số
h b
ứng với lúc mặt cắt hình thang lợi nhất về thủy lực là βln
thì ta chứng minh đ−ợc rằng .
βla = 2
1
2 +m - m (10-5)
Nh− vậy khi m cho tr−ớc, theo (10-5) βla hoàn toàn xác định.
Bảng 10-1
m 0 0,5 0,75 1 1,5 2 3
βln 2 1,236 1,000 0,825 0,606 0,472 0,324
ứng với m = 0 thì βla = 2, tức là mặt cắt hình chữ nhật sẽ lợi nhất về thủy lực khi chiều rộng b bằng hai lần độ sâu:
bln = 2hln
Từ bảng (10-1) ta còn thấy khi m > 0,75 thì h > b. Ví dụ: một kênh có b = 20m; m = 1,5 thì βln = 0,606; suy ra h = 33m, tức là phải đào quá sâu mà thực tế không thể đào nh− vậy đ−ợc. Do đó cần phải nhấn mạnh rằng mặt cắt có lợi nhất về thủy lực thì ch−a hẳn đã là lợi nhất về kinh tế và kỹ thuật. Nh−ng với những kênh nhỏ vì không phải đào sâu lắm nên mặt cắt có lợi nhất về thủy lực cũng có thể có lợi nhất về kinh tế và kỹ thuật.
