Предотвращение заиливания каналов

Скорость равномерного падения под действием силы тяжести твердой частицы в достаточно большом (по сравнению с размерами частицы) объеме покоящейся воды называется гидравлической крупностью и обозначается w.

Частица грунта может быть вовлечена в поток, если ее гидравлическая крупность за счет турбулентности не превосходит максимального значения вертикальной пульсационной скорости:

w < max (uz).

Экспериментальные исследования турбулентных потоков в в открытых руслах показали, что среднее значение вертикальной пульсационной скорости [см. (5.104)] в турбулентном ядре потока, не содержащего взвешенных частиц грунта, составляет (5…7) % от средней скорости V. Вовлечение в поток частиц грунта из ложа русла и их транспортирование требуют затраты части энергии пульсационного движения воды. Если эта часть становится настолько большой, что значение вертикальных пульсационной скорости заметно уменьшается, то дальнейшее взвешивание частиц грунта прекращается, а возможный избыток взвешенных частиц выпадает из потока. В результате взвесенесущий поток стабилизируется и становится продольно-однородным.

Транспортирующей способностью Qs турбулентного потока называют максимальный твердый массовый расход (т.е. масса частиц грунта, проносимых потоком воды в единицу времени через поперечное сечение потока) продольно-однородного взвесенесущего потока.

Транспортирующая способность Qs зависит от размера частиц грунта на дне русла.

Если дно русла сложено крупными частицами, так что w, то поток не сможет их оторвать от дна русла, следовательно, для этих частиц Qs=0.

Массовая концентрация взвешенных наносов, т. е. масса частиц грунта в единице объема воды, называется мутностью и обозначается . Средняя по вертикали мутность, соответствующая транспортирующей способности, называется критической:

где qs и q — удельные (на единицу ширины русла) транспортирующая способность потока и расход воды.

Согласно экспериментальным исследованиям, критическая мутность в турбулентном потоке может быть оценена по формуле.

где ks = (0,015…0,030)кг-с2/м4; w — средняя (характерная) для данного взвесенесущего потока гидравлическая крупность.

Зависимость (10.32) позволяет определить минимальную допустимую скорость воды в канале, при которой из потока с мутностью -в не будут выпадать частицы грунта с гидравлической крупностью w; эту скорость называют незаиляющей:

Если в проектируемый канал из речного водозабора поступает вода смутностью, а взвешенные частицы грунта имеют гидравлическую крупность w, то при глубине потока h канал должен иметь продольный уклон i и поперечное сечение (т.е. b, m, n) такие, чтобы.

Rгидравлическая разница Если это условие не выполняется, то в проекте необходимо либо изменить поперечное сечение канала (если возможно, сделать его ближе к гидравлически наивыгоднейшему), либо уменьшить шероховатость n, либо увеличить продольный уклон i. Это не всегда возможно главным образом по двум причинам.

По топографическим условиям изменение продольного уклона может потребовать значительного увеличения объема земляных работ; кроме того, при увеличении уклона канал может не обеспечить доставку водына требуемые геодезические отметки (на так называемую высоту командования).

Большие скорости воды в канале могут быть опасны (если ложе канала фунтовое, необлицованное), поскольку не исключен его размыв русловым потоком.

При невозможности увеличения скорости воды v выполнения неравенства (3.21) можно добиться путем уменьшения значения vнезаил. Наиболее радикальным средством является уменьшение мутности воды путем отстаивания ее в специальных бассейнах (отстойниках, см. разд. 23.7).