Teoria Laceya: pojęcie, równania i ograniczenia

Przeczytaj ten artykuł, aby dowiedzieć się o koncepcji, równaniach, ograniczeniach i projektowaniu kanałów irygacyjnych w teorii Lacey'ego.

Pojęcie:

Kierując się teorią Kennedy'ego, Gerald Lacey przeprowadził szczegółowe badania, aby rozwinąć bardziej naukową metodę projektowania kanałów nawadniających na glebach aluwialnych. W 1939 r. Przedstawił poprawioną wersję swojego opracowania, popularnie zwaną teorią Laceya. W tej teorii Lacey opisał szczegółowo koncepcję warunków reżimu i współczynnika pofałdowania. Definicje tych terminów są już podane.

Można zauważyć, że aby kanał osiągnął warunek reżimu, muszą być spełnione trzy warunki:

ja. Kanał powinien płynąć równomiernie w "niespójnym nieograniczonym aluwium" o tym samym charakterze, co transportowany przez wodę;

ii. Stopień usypywania i mułu powinien być stały; i

iii. Rozładowanie powinno być stałe.

Warunki te są bardzo rzadko osiągane i są bardzo trudne do utrzymania w praktyce. Stąd zgodnie z reżimem koncepcji Lacey warunki mogą zostać podzielone jako początkowe i końcowe. Definicje tych dwóch terminów podano już wcześniej.

W rzekach osiągnięcie początkowego lub końcowego reżimu jest praktycznie niemożliwe. Jedynie na pełnym etapie lub wysokiej powodzi w banku rzekę można uznać za osiągnięcie tymczasowego lub quasi-reżimu. Uznanie tego faktu może zostać wykorzystane do rozwiązania problemów związanych z szlamem i powodziami.

Lacey także stwierdza, że ​​muł jest zawieszony wyłącznie siłą wirów. Ale Lacey dodaje, że wiry nie są generowane tylko na łóżku, ale w każdym punkcie na zwilżonym obwodzie. Siłę wirów można przyjąć normalnie po bokach (ryc. 9.2).

Oczywiście pionowe składniki sił spowodowane wirami są odpowiedzialne za utrzymanie mułu w zawieszeniu. W przeciwieństwie do Kennedy'ego, Lacey przyjmuje hydrauliczny średni promień (R) jako zmienną zamiast głębokości (D). Jeśli chodzi o szerokie kanały, nie ma prawie żadnej różnicy między R i D. Gdy sekcja kanału jest półokrągła, nie ma właściwie szerokości i boków podstawy, a zatem założenie ii jako zmiennej wydaje się bardziej logiczne. Z tego punktu widzenia prędkość nie jest już zależna od D, ale raczej zależy od R. W konsekwencji ilość transportowanego mułu IS nie zależy tylko od szerokości podstawy kanału.

Na podstawie argumentów Lacey wykreślił wykres między prędkością reżimu (V) a średnim hydraulicznym promieniem (R) i dał związek.

V = KR 1/2 ... (1)

Gdzie K jest stałą.

Można zauważyć tutaj, że moc R jest liczbą stałą i nie wymaga zmian dostosowanych do różnych warunków.

Lacey dostrzegł znaczenie gatunku mułu w problemie i wprowadził pojęcie funkcji "f", znanej jako współczynnik plewności.

Dostosował wartości tak, aby znalazł się także pod znakiem pierwiastka kwadratowego. W ten sposób dała ona skalarną koncepcję. Równanie (1) jest zatem modyfikowane jako

V = K. √fR ... (2)

Ogólne równanie Kennedy'ego jest

V = cmD n ...... (3)

Porównanie równań (2) i (3)

f = m 2

Można również rozpoznać z równania (2), że w kanałach reżimowych, jeżeli średnia prędkość jest taka sama, średni promień hydrauliczny zmienia się odwrotnie z czynnikiem mułu. Lacey przyjmuje muł jako standardowy muł, gdy współczynnik mułu jest jednością dla tego mułu. Dalej stwierdza, że ​​standardowy muł jest piaskiem piaszczystym w kanale reżimowym o średnim promieniu hydraulicznym równym jeden metr.

Równania reżimowe Lacey:

Po badaniu i wykreśleniu dużych danych w celu uzasadnienia swojej teorii Lacey podał trzy podstawowe równania, z których wyprowadzono inne równania do projektowania kanałów irygacyjnych.

Te trzy podstawowe równania to:

V = 0, 639 √fR

Gdzie V jest prędkością reżimu wm / s.

Af 2 = 141, 2 V 5 ...... (2)

V = 10, 8 R 2/3 S 1/3 ... .. (3)

gdzie S jest nachyleniem powierzchni wody.

Równanie (3) jest nazywane równaniem przepływu w systemie i ma ogromne znaczenie praktyczne. Można zauważyć, że równanie nie zawiera określenia współczynnika pofałdowania. Przyjmując podobne równania, jak równanie Manninga lub Kuttera, konieczne jest poznanie wartości współczynnika chropowatości (AO, którego wybór przez większość czasu pozostaje kwestią doświadczenia, a wiele z nich nie jest niezawodnych, szczególnie w przypadku rzek w powodzi. że przy przepływie rzeki o wysokiej powodzi w quasi-reżimie można przyjąć równanie przepływu w systemie (3), choć może ono mieć pewne wyjątki.

Ważne równania podane przez Lacey w jego teorii są podsumowane poniżej. Pierwsze trzy równania nazywa się równaniami fundamentalnymi, na podstawie których opracowano inne równania.

Chociaż wszystkie powyższe równania podano dla warunków reżimu i normalnie dla kanałów aluwialnych, ponieważ rzeka osiąga warunki quasi-reżimowe, równania (6), (11) i (15) są bardzo użyteczne przy obliczaniu wyładowania powodziowego, wymagane są drogi wodne podczas powodzi i głębokości przeszukiwania odpowiednio podczas powodzi.

Kiedy równanie (15) zostanie zastosowane do rzek w powodzi, wartość R daje normalną głębokość przeszukiwania. Stąd ta formuła jest bardzo przydatna przy określaniu poziomów fundamentów, pionowych odcięć itp. Ta formuła jest popularnie zwana formułą głębokości szorowania Lacey.

Ograniczenia teorii Lacey:

ja. Praca Lacey opiera się na obserwacjach terenowych i empirycznie wyprowadzonych równaniach i dlatego nie można powiedzieć, że jest to teoria w ścisłym tego słowa znaczeniu.

ii. Równania reżimowe w ich pochodnych nie mogą być stosowane uniwersalnie, ponieważ są dobre głównie dla regionów, których dane zostały pobrane do badań.

iii. Podobnie jak teoria Kennedy'ego, mimo że nie podano doskonałej definicji stopnia mułu i mułu, większość równań opiera się na współczynniku "f".

iv. W praktyce stan zachowania określony przez Lacey jest bardzo rzadko osiągany, a także po długim okresie.

v. Obserwacje terenowe wykazały ograniczoną akceptację koncepcji półeliptycznego odcinka kanału reżimowego.

vi. Złożone zjawisko koncentracji i transportu osadów nie zostało naukowo uwzględnione.

Projektowanie kanałów nawadniających wykorzystujących teorię Lacey:

Pełne wyładowanie dla dowolnego kanału jest zawsze ustalone przed rozpoczęciem projektowania. Wartość "f" dla danego miejsca można obliczyć za pomocą równania (11) lub jeśli podano CVR, a następnie f = m 2 .

Zatem, gdy Q i f są znane, projekt można wykonać w następujących krokach:

ja. Dowiedz się F za pomocą równania (6)

V = 0, 4382 (Q. f 2 ) 1/6

ii. Oblicz wartość R za pomocą równania (7)

R = 2, 46 V 2 / f

iii. Obliczyć zwilżony obwód P w przy użyciu równania peryferyjnego Lacey'ego P w = 4, 825 Q 1/2 .

iv. Oblicz pole przekroju poprzecznego A z równania Q = AV.

v. Zakładając zbocza boczne, obliczyć pełną głębokość zasilania od A, P w i R.

vi. Oblicz wzdłużne nachylenie kanału za pomocą równania (9)

Problem:

Zaprojektuj kanał irygacyjny według teorii Lacey'ego dla następujących danych: