Калькулятор расхода в открытом канале

Рассчитайте скорость, расход и гидравлический радиус прямоугольного открытого канала по формуле Маннинга.

Рассчитать поток в прямоугольном канале
Используйте согласованные размеры в СИ, уклон канала и коэффициент шероховатости Маннинга.

О течении в открытых каналах

Поток в открытом канале имеет свободную поверхность под атмосферным давлением, как в реках, каналах, придорожных канавах, неполностью заполненных водопропускных трубах и сточных лотках. Движущая сила — тяжесть. Формула Маннинга — одна из самых распространённых эмпирических зависимостей для установившегося равномерного течения. В СИ средняя скорость равна обратному коэффициенту шероховатости, умноженному на гидравлический радиус в степени две трети и квадратный корень энергетического уклона. Расход равен средней скорости, умноженной на площадь потока. Калькулятор моделирует прямоугольный канал. Площадь живого сечения — ширина дна, умноженная на глубину. Смоченный периметр — ширина дна плюс удвоенная глубина, то есть границы, соприкасающиеся с водой. Гидравлический радиус равен площади, делённой на смоченный периметр; это не просто половина глубины и не реальный геометрический радиус. Уклон задаётся безразмерным отношением перепада высоты к горизонтальному расстоянию: падение в один процент вводится как 0.01. При равномерном течении уклон линии энергии приближают уклоном дна. Коэффициент Маннинга отражает сопротивление из-за материала поверхности, растительности, неровностей, трассировки, препятствий и других условий. Для гладкого бетона он сравнительно мал, а для природных русел с камнями и кустарником выше. Скорость обратно пропорциональна коэффициенту, поэтому нереалистично малое значение сильно завышает пропускную способность. Опубликованные диапазоны полезны на предварительном этапе, но важны натурная калибровка и инженерное суждение. Сезонная растительность, наносы, повреждения и изменение глубины влияют на эффективную шероховатость. Формула предполагает установившееся равномерное течение под действием тяжести на достаточно длинном призматическом участке. Она не учитывает резко изменяющееся течение у затворов, водосливов, перепадов, поворотов, переходов и гидравлических прыжков. Также не проверяется, является ли принятая глубина нормальной, а течение — спокойным или бурным. Используйте расчёт для наглядных оценок, учебных задач, предварительного анализа водоотвода и сравнения прямоугольных вариантов. Окончательные проекты защиты от паводков, дорог и общественной безопасности должны учитывать измеренную геометрию, расчётные ливни и граничные условия, запас высоты, наносы и проверку по применимым гидравлическим нормам.

Примеры течения в открытых каналах

Прямоугольные примеры используют коэффициенты Маннинга для СИ и допущение равномерного течения.

Параметры каналаРезультат расчётаПрименение
Ширина 2 m; глубина 1 m; уклон 0.01; n 0.013Скорость 4.846 m/s; расход 9.692 m³/sГладкий прямоугольный канал с относительно большим уклоном.
Ширина 3 m; глубина 0.5 m; уклон 0.002; n 0.015Скорость 1.550 m/s; расход 2.325 m³/sБолее мелкий канал с небольшим уклоном.
Ширина 1 m; глубина 0.4 m; уклон 0.005; n 0.025Скорость около 1.04 m/sШероховатость снижает скорость и пропускную способность.

Как рассчитать поток в открытом канале

  1. Введите внутреннюю ширину дна и глубину воды прямоугольного канала в метрах.
  2. Введите уклон дна как десятичное отношение перепада высоты к горизонтальному расстоянию.
  3. Выберите и введите характерный коэффициент шероховатости Маннинга.
  4. Нажмите «Рассчитать поток», чтобы получить скорость, расход и гидравлический радиус.

Частые вопросы об открытых каналах

Что означает уклон 0.01?

Канал опускается на одну единицу высоты на каждые сто единиц по горизонтали. Это уклон в один процент, вводимый десятичной дробью, а не как 1.

Как выбрать n Маннинга?

Используйте опубликованные диапазоны для материала и состояния канала с учётом растительности и неровностей. Для важных проектов по возможности калибруйте шероховатость по наблюдаемым уровням или расходам.

Что такое гидравлический радиус?

Это площадь живого сечения, делённая на смоченный периметр. Он характеризует гидравлическую эффективность и обычно не равен глубине воды.

Можно ли рассчитать трапецеидальный канал?

Эта версия использует только прямоугольную геометрию. У трапецеидального сечения другая площадь и смоченный периметр, поэтому его откосы нужно учесть в другой модели.

Определяет ли результат безопасность при паводке?

Нет, он оценивает один режим установившегося равномерного течения. Проект также требует гидрологии притока, учёта подпора, переходов, мусора, запаса высоты и применимых критериев безопасности.