Laceys teori: konsept, ligninger og begrensninger
Les denne artikkelen for å lære om begrepet, ligninger, begrensninger og utforming av vanningskanaler i Laceys teori.
Konsept:
Med ledelse fra Kennedy-teorien tok Gerald Lacey detaljert studie for å utvikle mer vitenskapelig metode for å designe vanningskanaler på alluvialjord. Han presenterte revidert versjon av studien hans i 1939, som er populært kjent som Laceys teori. I denne teorien beskrev Lacey i detalj begrepet regimeforhold og rugositetskoeffisient. Definisjonene av disse vilkårene er allerede gitt.
Det kan sees at for en kanal for å oppnå regimetilstand etter at tre forhold må oppfylles:
Jeg. Kanalen skal flyte jevnt i "usammenhengende ubegrenset alluvium" av samme karakter som det som transporteres av vannet;
ii. Silt klasse og silt ladning bør være konstant; og
iii. Utladning bør være konstant.
Disse forholdene oppnås svært sjelden og er svært vanskelig å opprettholde i praksis. Dermed kan Lacey's oppfattelsesregime betinges opp som første og endelige. Definisjonene av disse to begrepene er allerede gitt tidligere.
I elver er oppnåelsen av første eller siste regimet praktisk talt umulig. Bare i bankens fulle stadium eller høye flom kan elven anses å oppnå midlertidig eller kvasi-regimet. Anerkjennelsen av dette faktum kan benyttes for å håndtere problemene som angår skur og oversvømmelser.
Lacey er også en tilstand som silt holdes i suspensjon utelukkende ved hjelp av eddier. Men Lacey legger til at eddier ikke genereres på sengen, men i alle fall på den fuktige omkretsen. Kraften av eddier kan bli tatt normalt til sidene, (figur 9.2).
Tydeligvis er vertikale komponenter av krefter på grunn av eddier ansvarlig for å holde silt i suspensjon. I motsetning til Kennedy tar Lacey hydraulisk middelradius (R) som variabel i stedet for dybde (D). Når det gjelder brede kanaler er det neppe noen forskjell mellom R og D. Når kanalseksjonen er halvcirkulær, er det ingen grunnbredde og sider faktisk, og dermed antagelsen om ii som en variabel ser ut til å være mer logisk. Fra dette synspunktet er hastigheten ikke mer avhengig av D, men er heller avhengig av R. Følgelig er mengden av silt som transporteres, ikke avhengig av basisbredden på en kanal.
På grunnlag av argumenter tegnet Lacey en graf mellom regimets hastighet (V) og hydraulisk middelradius (R) og ga forholdet.
V = KR 1/2 ... (1)
Hvor K er en konstant.
Det kan sees her at kraften til R er et fast nummer og trenger ingen endring for å passe forskjellige forhold.
Lacey anerkjente betydningen av siltklasse i problemet og introduserte et konsept av funksjon 'f' kjent som siltfaktor.
Han justerte verdiene slik at den også kom under kvadratrods tegn. Dermed ga det skalar oppfatning. Ligning (1) er således modifisert som
V = K. √fR ... (2)
Kennedys generelle ligning er
V = cmD n ...... (3)
Sammenligning av ligninger (2) og (3)
f = m 2
Det kan også gjenkjennes fra ligning (2) at i regimekanaler hvis gjennomsnittshastigheten er den samme, varierer hydraulisk middelradius omvendt med siltfaktoren. Lacey tar silt som en standard silt når silt faktor er enhet for det silt. Han sier videre at standard silt er sandet silt i en regimekanal med hydraulisk middelradius som er lik en meter.
Lacey's Regime Equations:
Etter å ha studert og plottet store data for å rettferdiggjøre hans teori, ga Lacey tre grunnleggende ekvasjoner hvorfra andre likninger ble utledet for utforming av vanningskanaler.
De tre grunnleggende ligningene er:
V = 0.639 √fR
Hvor V er regimets hastighet i m / sek.
Af 2 = 141, 2 V 5 ...... (2)
V = 10, 8 R 2/3 S 1/3 ... .. (3)
hvor S er skråningen av vannoverflaten.
Ligning (3) kalles regimestrømligning og har stor praktisk betydning. Det kan sees at ligningen ikke inneholder begrepet rugositetskoeffisient. Mens du vedtar lignende likninger som Mannings eller Kutter's ligning, er det nødvendig å kjenne verdien av rugositetskoefficienten (AO, utvalget som mesteparten av tiden fortsatt er et spørsmål om erfaring og mange ikke er pålitelige, spesielt i tilfelle floder i flom. at ved høy flomflod flyter i kvasi-regimet, kan regimeflate likningen (3) gitt ovenfor vedtas selv om det kan ha noen unntak.
Viktige likninger gitt av Lacey i hans teori er oppsummert nedenfor. De tre første ligningene kalles grunnleggende ligninger på grunnlag av hvilke andre likninger er blitt utviklet.
Selv om alle de ovennevnte ligningene er gitt for regimetilstander, er det normalt, for kanaler i alluvium, siden elven oppnår kvasi-regimetilstand, er ligningene (6), (11) og (15) svært nyttige ved beregning av flomutladning, vannvei under flom og skurdybde under flom.
Når ligning (15) påføres elver i flom, gir verdien av R den normale skurningsdybden. Derfor er denne formelen svært nyttig å bestemme nivåene av fundamentene, vertikale cutoffs etc. Denne formelen kalles populært Lacey's scour depth-formel.
Begrensninger av Laceys teori:
Jeg. Laceys arbeid er basert på feltobservasjoner og empirisk avledede ligninger, og derfor kan det ikke sies å være teori i streng forstand.
ii. Regime ekvasjoner i deres avledet kan ikke brukes universelt som de holder godt mest for de regionene hvis data ble tatt for studier.
iii. I likhet med Kennedys teori, selv om perfekt definisjon av silt-klasse og silt-ladning ikke er gitt, er de fleste likningene basert på siltfaktoren 'f'.
iv. I praksis er regimetilstanden som er oppgitt av Lacey svært sjelden oppnådd, og det også etter en lang periode.
v. Feltobservasjonene har vist begrenset aksept av begrepet halv elliptisk del av en regimekanal.
vi. Kompleks fenomen av sedimentkonsentrasjon og transport har ikke vært vitenskapelig vurdert.
Utforming av vanningskanaler Bruk av Lacey Theory:
Den fullstendige utladningen for en kanal er alltid løst før du starter et design. Verdien av 'f' for bestemt sted kan beregnes ved hjelp av ligning (11) eller hvis CVR er gitt da f = m 2 .
Dermed når Q og F er kjent, kan design gjøres i følgende trinn:
Jeg. Finn ut F ved å bruke ligning (6)
V = 0, 4382 (Q.f2) 1/6
ii. Beregn verdien av R ved å bruke ligning (7)
R = 2, 46 V 2 / f
iii. Beregn fuktig perimeter P w ved hjelp av Laceys regime perimeter ligning P w = 4, 825 Q 1/2 .
iv. Beregn tverrsnittsareal A fra ligning Q = AV.
v. Forutsatt sideskråninger, beregne full forsyningsdybde fra A, P w og R.
vi. Beregn kanalens langsgående helling ved bruk av ligning (9)
Problem:
Design en vanningskanal av Laceys teori for følgende data:
