Эмпирические зависимости

Лабораторные опыты по исследованию кинематики потока на участке деления русла (отвода потока) были проведены Г. Булле (1926), А. Я. Миловичем (1947), В. А. Шаумяном (1948) и др. Схема деления потока приведена на рис.12. На рисунке приняты также обозначения: В и В _отв – ширина основного русла и бокового отвода; Q и Q _отв – соответствующие расходы воды; a – угол отвода; Y _дно и Y _пов – ширина захвата в боковой отвод донных и поверхностных струй из основного потока; х _дно – расстояние створа, где начинается отклонение донных струй от верхового ребра отвода; А и Б – водовороты.

Лабораторные опыты различных исследователей показали следующее:

1. На участке отвода формируется специфическая структура течений:

– донные струи отклоняются в сторону отвода выше его по течению и с большей ширины русла, чем поверхностные (траектории донных течений по опытам Миловича приведены на рис.13);

– в месте отвода происходят одновременно и изгиб потока (с соответствующей циркуляцией, описанной в предыдущей теме), и сжатие потока при входе в отвод; при сжатии потока донные скорости возрастают сильнее поверхностных;

– ниже места отвода у выпуклого берега при больших углах отвода возникает водоворот (А на рис.12);

– иногда водоворот формируется и у противоположного берега напротив нижней части отвода (Б на рис.12).

2. Поверхность раздела между потоками, идущими в боковой отвод и в продолжение основного русла, на участке выше отвода вогнута в сторону отвода.

3. В районе отвода водная поверхность искривляется: понижение отметок уровня направлено в сторону отвода (величина перекоса достигает 3–4 V ²/2 g).

4. Происходит "захват" влекомых наносов боковым отводом. "Наносоотсасывающую" роль отводов отмечали многие исследователи, начиная с Г. Булле.

Рис.12 Схема деления потока при боковом отводе.

Рис.13 Траектории донных течений при боковом отводе по опытам А.Я.Миловича.

К числу эмпирических соотношений, описывающих явление деления потока, относится формула В.А.Шаумяна (1948), связывающая ширину "захвата" донных струй в прямолинейном канале Y _дно (рис.12) с шириной отвода В _отв и соотношением удельных расходов воды в отводе q _отв и основном русле до отвода q:

. (5.1)

Аналогичные формулы А.С.Образовского (1962) имеют вид:

– для потока в жестком русле

, (5.2)

– для потока в русле с подвижным дном

. (5.3)

Сходные результаты получены А.С.Офицеровым (1952). В этих формулах Q _отв и Q – расходы воды в отводе и основном русле выше отвода, В – ширина основного русла.

Анализ уравнений (5.1)–(5.3) показывает, во-первых, их сходство (все они могут быть приведены к виду Y _дно/ В = f (Q _отв/ Q)), а, во-вторых, ведущую роль в "захвате донных струй" соотношения расходов воды в отводе и основном русле. Для ширины "захвата" поверхностных струй Y _пов могут быть получены сходные эмпирические формулы вида Y _пов/ В =j(Q _отв/ Q).

Как показали эксперименты отношение Y _дно/ Y _пов может изменяться в широком пределе – от 2,0 до 5,0 и более.

Створ, где начинается отклонение в сторону отвода донных струй, расположен на расстоянии х _дно от верхового ребра отвода, которое не зависит от угла отвода и определяется шириной зоны "захвата" донных струй:

х _дно=0,55 Y _дно. (5.4)

Дата добавления: 2015-11-13