Laceys teori: Koncept, ligninger og begrænsninger
Læs denne artikel for at lære om begrebet, ligninger, begrænsninger og design af vandingskanaler i Laceys teori.
Koncept:
Under ledelse af Kennedy-teorien foretog Gerald Lacey detaljeret undersøgelse for at udvikle mere videnskabelig metode til udformning af vandingskanaler på alluviale jordarter. Han præsenterede en revideret version af hans studie i 1939, som er populært kendt som Laceys teori. I denne teori beskriver Lacey i detaljer begrebet regimeforhold og rugositetskoefficient. Definitionerne af disse udtryk er allerede givet.
Det kan ses, at for en kanal for at opnå regimetilstand efter tre betingelser skal opfyldes:
jeg. Kanalen skal flyde ensartet i "usammenhængende ubegrænset alluvium" af samme karakter som den, der transporteres af vandet;
ii. Silt grade og silt charge burde være konstant; og
iii. Udledning bør være konstant.
Disse forhold opnås meget sjældent og er meget vanskelige at opretholde i praksis. Derfor kan betingelserne ifølge Lacey's opfattelsesordning opdeles som initial og endelig. Definitionerne af disse to udtryk er allerede givet tidligere.
I floder er det næsten umuligt at opnå det oprindelige eller det endelige regime. Kun i bankens fulde fase eller store oversvømmelser kan floden anses for at opnå midlertidig eller kvasi-regime. Anerkendelsen af denne kendsgerning kan benyttes til at håndtere problemerne med skur og oversvømmelser.
Lacey er også en stat, at siltet holdes i suspension udelukkende ved kraft af eddier. Men Lacey tilføjer, at eddier ikke genereres på sengen kun, men på alle punkter på den befugtede omkreds. Eddiernes kraft kan tages normalt til siderne (fig. 9.2).
Det er klart, at de vertikale komponenter af kræfter på grund af eddier er ansvarlige for at holde silt i suspension. I modsætning til Kennedy tager Lacey hydraulisk middelradius (R) som en variabel i stedet for dybden (D). For så vidt angår brede kanaler er der næppe nogen forskel mellem R og D. Når kanalafsnittet er halvcirkulært, er der ingen basisbredde og sider faktisk og dermed antagelse af ii, da en variabel synes at være mere logisk. Fra dette synspunkt er hastigheden ikke mere afhængig af D, men afhænger snarere af R. Følgelig er mængden af silt, der transporteres, ikke afhængig af basisbredden af en kanal.
På grundlag af argumenter tegnede Lacey en kurve mellem reguleringshastighed (V) og hydraulisk middelradius (R) og gav forholdet.
V = KR 1/2 ... (1)
Hvor K er en konstant.
Det kan ses her, at kraften i R er et fast nummer og ikke behøver nogen ændring, der passer til forskellige forhold.
Lacey erkendte betydningen af siltklasse i problemet og introducerede et begrebet funktion 'f' kendt som siltfaktor.
Han justerede værdierne af sådan, at den også kom under kvadratroder. Således gav den skalar opfattelse. Ligning (1) ændres således som
V = K. √fR ... (2)
Kennedys generelle ligning er
V = cmD n ...... (3)
Sammenligning af ligninger (2) og (3)
f = m 2
Det kan også genkendes fra ligning (2), at i regimekanaler, hvis gennemsnitshastigheden er den samme, varierer hydraulisk middelradius omvendt med siltfaktoren. Lacey tager silt som en standard silt, når silt faktor er enhed for at silt. Han siger endvidere, at standard silt er sandetilstand i en regimekanale med hydraulisk middelradius lig med en meter.
Lacey's Regime Equations:
Efter undersøgelse og udformning af store data for at retfærdiggøre hans teori gav Lacey tre grundlæggende ^ ligninger, hvorfra andre ligninger er blevet afledt til design af kunstvandingskanaler.
De tre grundlæggende ligninger er:
V = 0.639 √fR
Hvor V er reguleringshastighed i m / sek.
Af 2 = 141, 2 V 5 ...... (2)
V = 10, 8 R 2/3 S 1/3 ... .. (3)
hvor S er skråningen af vandoverfladen.
Ligning (3) hedder regime flow ligning og har stor praktisk betydning. Det kan ses, at ligningen ikke indeholder begrebet rugositetskoefficient. Mens man vedtager lignende ligninger som Manning's eller Kutter's ligning, er det nødvendigt at kende værdien af rugosity-koefficienten (AO, hvoraf det meste af tiden er et spørgsmål om erfaring og mange ikke er pålidelige, især i tilfælde af floder i oversvømmelser. at ved flodflod strømmer i kvasi-regim, kan regimestrømmen ligning (3) givet ovenfor vedtages, selv om det kan have nogle undtagelser.
Vigtige ligninger givet af Lacey i hans teori er opsummeret nedenfor. De tre første ligninger kaldes fundamentale ligninger på grundlag af hvilke andre ligninger er blevet udviklet.
Selv om alle de ovennævnte ligninger er givet til regimetilstande og normalt er kanalerne i alluvium, da floden opnår kvasi-regimebetingelser, er ligninger (6), (11) og (15) meget nyttige til beregning af oversvømmelsesafladning, vandveje under oversvømmelser og skurdybde i henhold til oversvømmelser.
Når ligning (15) påføres floder i oversvømmelse, giver værdien af R den normale dybderør. Derfor er denne formel meget nyttig at bestemme niveauerne af fundamenter, lodrette afskæringer mv. Denne formel kaldes i almindelighed Lacey's scour depth-formel.
Begrænsninger af Lacey's teori:
jeg. Laceys arbejde er baseret på feltobservationer og empirisk afledte ligninger, og derfor kan det ikke siges at være teori i streng forstand.
ii. Regime ligninger i deres afledte kan ikke anvendes universelt, da de holder godt mest for de regioner, hvis data blev taget til undersøgelse.
iii. Ligesom Kennedys teori, selv om den perfekte definition af silt-grade og silt-ladning ikke er givet, er størstedelen af ligningerne baseret på siltfaktoren 'f'.
iv. I praksis opnås det meget sjældent, at tilstandstilstanden fra Lacey og det også efter en lang periode.
v. Feltobservationerne har vist begrænset accept af begrebet halv elliptisk sektion af en regime kanal.
vi. Komplekse fænomener af sedimentkoncentration og transport er ikke blevet undersøgt videnskabeligt.
Design af vanding kanaler gør brug af Lacey Theory:
Den fulde forsyningsafladning for en kanal er altid rettet, inden der påbegyndes et design. Værdien af 'f' for et bestemt sted kan beregnes ved hjælp af ligning (11) eller hvis CVR er givet så f = m 2 .
Således, når Q og f er kendt, kan design udføres i følgende trin:
jeg. Find ud af F ved hjælp af ligning (6)
V = 0, 4382 (Q.f2) 1/6
ii. Beregn værdi af R ved hjælp af ligning (7)
R = 2, 46 V2 / f
iii. Beregn befugtet perimeter P w ved hjælp af Laceys regime perimeter ligning P w = 4, 825 Q 1/2 .
iv. Beregn tværsnitsareal A fra ligning Q = AV.
v. Hvis man antager sideskråninger, beregnes den fulde forsyningsdybde fra A, P w og R.
vi. Beregn kanalens længdehældning ved brug af ligning (9)
Problem:
Design en vandingskanal ved Laceys teori for følgende data:
