Laceys Theorie: Begriff, Gleichungen und Grenzen

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über das Konzept, die Gleichungen, Einschränkungen und das Design von Bewässerungskanälen in Laceys Theorie.

Konzept:

Anführend auf der Kennedy-Theorie führte Gerald Lacey eine detaillierte Studie durch, um eine wissenschaftlichere Methode zur Gestaltung von Bewässerungskanälen auf Auenböden zu entwickeln. Er präsentierte eine überarbeitete Version seiner Studie aus dem Jahr 1939, die allgemein als Laceys Theorie bekannt ist. In dieser Theorie beschrieb Lacey detailliert das Konzept der Regime-Bedingungen und des Robustheitskoeffizienten. Die Definitionen dieser Begriffe sind bereits gegeben.

Es ist ersichtlich, dass für einen Kanal, um eine Regime-Bedingung zu erreichen, die folgenden drei Bedingungen erfüllt sein müssen:

ich. Der Kanal sollte in "inkohärentem unbegrenztem Alluvium" mit dem gleichen Charakter wie das vom Wasser transportierte Material gleichmäßig fließen.

ii. Schlammgrad und Schlammladung sollten konstant sein; und

iii. Die Entladung sollte konstant sein.

Diese Bedingungen werden sehr selten erreicht und sind in der Praxis sehr schwer einzuhalten. Entsprechend der Konzeption von Lacey können die Bedingungen als anfänglich und endgültig unterteilt werden. Die Definitionen dieser beiden Begriffe sind bereits früher gegeben.

In Flüssen ist das Erreichen des ursprünglichen oder endgültigen Regimes praktisch unmöglich. Der Fluss kann nur bei Uferüberflutung oder Hochwasser als vorübergehendes oder quasi-Regime betrachtet werden. Die Erkenntnis dieser Tatsache kann genutzt werden, um sich mit den Fragen zu Flut und Flut zu befassen.

Lacey ist auch ein Zustand, in dem der Schlamm nur durch Wirbelkraft in Schwebe gehalten wird. Lacey fügt hinzu, dass Wirbel nicht nur auf dem Bett erzeugt werden, sondern an allen Stellen des benetzten Umfangs. Die Wirbelkraft kann senkrecht zu den Seiten gemessen werden (Abb. 9.2).

Offensichtlich sind die vertikalen Komponenten der durch Wirbel verursachten Kräfte dafür verantwortlich, dass der Schlamm in der Schwebe bleibt. Im Gegensatz zu Kennedy nimmt Lacey den hydraulischen mittleren Radius (R) als eine Variable und nicht die Tiefe (D) an. Bei breiten Kanälen gibt es kaum einen Unterschied zwischen R und D. Wenn der Kanalabschnitt halbkreisförmig ist, gibt es tatsächlich keine Basisbreite und -seiten. Daher ist die Annahme von ii als Variable logischer. Unter diesem Gesichtspunkt ist die Geschwindigkeit nicht mehr von D sondern von R abhängig. Folglich ist die transportierte Schlammmenge nicht nur von der Basisbreite eines Kanals abhängig.

Anhand von Argumenten zeichnete Lacey eine Kurve zwischen Regime-Geschwindigkeit (V) und hydraulischem Mittelradius (R) und gab die Beziehung an.

V = KR1 / 2 (1)

Wo K eine Konstante ist.

Hier ist zu sehen, dass die Potenz von R eine feste Zahl ist und keine Anpassung an unterschiedliche Bedingungen erfordert.

Lacey erkannte die Wichtigkeit des Schluffgrades für das Problem und führte ein Konzept der Funktion "f" ein, das als Schlufffaktor bekannt ist.

Er passte die Werte so an, dass es auch unter dem Wurzelzeichen stand. So gab es eine skalare Vorstellung. Gleichung (1) wird somit als modifiziert

V = K. √fR… (2)

Kennedys allgemeine Gleichung ist

V = cmD n …… (3)

Vergleich der Gleichungen (2) und (3)

f = m 2

Aus Gleichung (2) ist auch zu erkennen, dass sich der mittlere hydraulische Radius in Regime-Kanälen umgekehrt zum Schlufffaktor ändert. Lacey nimmt Schlick als Standardschlick, wenn der Schlickfaktor für diesen Schlick Einheit ist. Er stellt außerdem fest, dass Standardschlick Sandschlamm in einem Regimekanal mit einem hydraulischen mittleren Radius von einem Meter ist.

Laceys Regime-Gleichungen:

Nach dem Studium und Plotten großer Daten zur Begründung seiner Theorie gab Lacey drei grundlegende Gleichungen an, aus denen andere Gleichungen für die Gestaltung von Bewässerungskanälen abgeleitet wurden.

Die drei grundlegenden Gleichungen sind:

V = 0, 639 √fR

Wobei V die Regime-Geschwindigkeit in m / s ist.

Af 2 = 141, 2 V 5 …… (2)

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

wobei S die Neigung der Wasseroberfläche ist.

Gleichung (3) wird als Regime-Fluss-Gleichung bezeichnet und ist von großer praktischer Bedeutung. Es ist ersichtlich, dass die Gleichung nicht den Begriff des Rugosity-Koeffizienten enthält. Bei der Verwendung ähnlicher Gleichungen wie der Manning- oder der Kutter-Gleichung ist es erforderlich, den Wert des Rauheitskoeffizienten (AO) zu kennen, dessen Auswahl meistens eine Frage der Erfahrung bleibt und viele insbesondere bei Fluten in Fluten nicht zuverlässig sind dass bei Flussfluten mit hoher Flut im Quasi-Regime die oben angegebene Regime-Flussgleichung (3) übernommen werden kann, es kann jedoch einige Ausnahmen geben.

Wichtige Gleichungen, die Lacey in seiner Theorie gegeben hat, sind unten zusammengefasst. Die ersten drei Gleichungen werden als Grundgleichungen bezeichnet, auf deren Grundlage andere Gleichungen entwickelt wurden.

Obwohl alle obigen Gleichungen für Regime-Bedingungen angegeben sind und normalerweise für Kanäle in Schwemmland gelten, sind die Gleichungen (6), (11) und (15), da der Fluss Quasi-Regime-Bedingungen erreicht, sehr nützlich für die Berechnung der Hochwasserableitung bei Hochwasser bzw. Durchforstung bei Hochwasser.

Wenn Gleichung (15) auf Flüsse in Flut angewendet wird, ergibt der Wert von R die normale Durchforstungstiefe. Daher ist diese Formel sehr nützlich bei der Bestimmung des Niveaus von Fundamenten, vertikalen Grenzwerten usw. Diese Formel wird im Volksmund Laceys Formeltiefenformel genannt.

Einschränkungen der Lacey-Theorie:

ich. Die Arbeit von Lacey basiert auf Feldbeobachtungen und empirisch abgeleiteten Gleichungen und kann daher nicht als Theorie im engeren Sinne bezeichnet werden.

ii. Regime-Gleichungen in ihrer abgeleiteten Form können nicht universell angewendet werden, da sie vor allem für die Regionen gelten, deren Daten zur Untersuchung herangezogen wurden.

iii. Wie Kennedys Theorie, obwohl die Definition von Schluffgrad und Schlammladung nicht perfekt definiert ist, basieren die meisten Gleichungen auf dem Schlufffaktor 'f'.

iv. In der Praxis wird der von Lacey angegebene Regime-Zustand sehr selten erreicht und zwar auch nach langer Zeit.

v. Die Feldbeobachtungen haben eine begrenzte Akzeptanz für das Konzept des halbelliptischen Abschnitts eines Regimekanals gezeigt.

vi. Komplexes Phänomen der Sedimentkonzentration und des Transports wurde wissenschaftlich nicht berücksichtigt.

Entwurf von Bewässerungskanälen unter Verwendung der Lacey-Theorie:

Die volle Zufuhr für jeden Kanal ist immer fest, bevor mit dem Entwurf begonnen wird. Der Wert von 'f' für eine bestimmte Stelle kann unter Verwendung der Gleichung (11) berechnet werden, oder wenn CVR gegeben ist, dann ist f = m 2 .

Wenn also Q und f bekannt sind, kann das Design in den folgenden Schritten erfolgen:

ich. Finden Sie F mithilfe der Gleichung (6) heraus.

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

ii. Berechnen Sie den Wert von R mithilfe der Gleichung (7).

R = 2, 46 V 2 / f

iii. Berechnen Sie den benetzten Umfang P w unter Verwendung der Lacey-Regime-Umfangsgleichung P w = 4, 825 Q 1/2 .

iv. Berechnen Sie die Querschnittsfläche A aus der Gleichung Q = AV.

v. Berechnen Sie unter Berücksichtigung der seitlichen Neigungen die gesamte Versorgungstiefe aus A, P w und R.

vi. Berechnen Sie die Längsneigung des Kanals mithilfe der Gleichung (9).

Problem:

Entwerfen Sie einen Spülkanal nach Laceys Theorie für folgende Daten: