Lacey Teorisi: Kavram, Denklemler ve Sınırlamalar
Lacey'nin teorisindeki sulama kanallarının kavramı, denklemleri, kısıtlamaları ve tasarımı hakkında bilgi edinmek için bu makaleyi okuyun.
Konsept:
Kennedy teorisinden liderlik alan Gerald Lacey, alüvyal topraklarda sulama kanalları tasarlamanın daha bilimsel bir yöntemini geliştirmek için ayrıntılı bir çalışma yaptı. Çalışmasının revize edilmiş versiyonunu 1939'da, popüler olarak Lacey'nin teorisi olarak bilinen versiyonunu sundu. Bu teoride Lacey, rejim koşulları ve sağlamlık katsayısı kavramını ayrıntılı olarak tanımladı. Bu terimlerin tanımları zaten verilmiştir.
Bir kanalın üç şartı takip eden bir rejim şartı yakalaması için yerine getirilmesi gerektiği görülebilir:
ben. Kanal, suyla taşınan ile aynı karakterde “tutarsız sınırsız alüvyonda” düzgün şekilde akmalıdır;
ii. Silt kalitesi ve silt şarjı sabit olmalıdır; ve
iii. Boşalma sabit olmalıdır.
Bu koşullara çok nadir ulaşılır ve pratikte sürdürülmesi çok zordur. Bu nedenle, Lacey'in anlayışına göre rejim koşulları ilk ve son olarak alt bölümlere ayrılabilir. Bu iki terimin tanımları daha önce verildi.
Nehirlerde ilk veya son rejimin başarılması neredeyse imkansızdır. Sadece banka tam aşaması veya yüksek su baskınlarında nehrin geçici veya yarı rejim sağladığı düşünülebilir. Bu gerçeğin tanınması, temizlik ve taşkınlarla ilgili sorunların üstesinden gelmek için kullanılabilir.
Lacey ayrıca, siltin sadece girdaplar tarafından süspansiyon halinde tutulduğu bir durumdur. Ancak Lacey, sadece yatak üzerinde değil, ıslanan çevre üzerindeki tüm noktalarda eddies üretildiğini ekler. Girdabın kuvveti kenarlara normal olarak alınabilir (Şek. 9.2).
Açıkçası, girdaplardan kaynaklanan kuvvetlerin dikey bileşenleri, siltin süspansiyon halinde tutulmasından sorumludur. Kennedy'nin aksine, Lacey hidrolik ortalama yarıçapını (R) derinlik (D) yerine değişken olarak alır. Geniş kanallar söz konusu olduğunda, R ve D arasında neredeyse hiçbir fark yoktur. Kanal kesiti yarı dairesel olduğunda, taban genişliği ve kenarları yoktur ve dolayısıyla bir değişken olarak ii'nin varsayımı daha mantıklı görünmektedir. Bu açıdan bakıldığında, hız artık D'ye bağlı değil, R'ye bağlıdır. Sonuç olarak taşınan silt miktarı, yalnızca bir kanalın taban genişliğine bağlı değildir.
Argümanlar temelinde Lacey, rejim hızı (V) ile hidrolik ortalama yarıçapı (R) arasında bir grafik çizdi ve ilişkiyi verdi.
V = KR 1/2 … (1)
Burada K sabit.
Burada, R'nin gücünün sabit bir sayı olduğu ve farklı koşullara uyması için hiçbir değişikliğe ihtiyaç duymadığı görülebilir.
Lacey, problemdeki silt derecesinin önemini kabul etti ve silt faktörü olarak bilinen 'f' fonksiyon kavramını ortaya koydu.
Değerlerini aynı zamanda karekök işareti altına gelecek şekilde ayarladı. Böylece skaler anlayışı verdi. Denklem (1) böylece
V = K. …fR… (2)
Kennedy'nin genel denklemi:
V = cmD n …… (3)
(2) ve (3) denklemlerinin karşılaştırılması
f = m2
Aynı zamanda, denklem (2) 'den, ortalama hız aynı ise rejim kanallarında hidrolik orta yarıçapın silt faktörüyle ters olarak değiştiği de anlaşılabilir. Lacey, silt faktörü o silt için birlik olduğunda standart bir silt alır. Ayrıca standart siltin bir metre rejimde hidrolik ortalama yarıçapına eşit bir rejim kanalında kumlu silt olduğunu belirtir.
Lacey'nin Rejim Denklemleri:
Çalışma ve teorisini haklı çıkarmak için büyük verilerin çizilmesinden sonra, Lacey sulama kanallarının tasarımı için diğer denklemlerin elde edildiği üç temel denklemi verdi.
Üç temel denklem:
V = 0.639 √fR
Burada V rejim hızı m / sn'dir.
Af 2 = 141, 2 V 5 …… (2)
V = 10.8 R 2/3 S 1/3 … .. (3)
S su yüzeyinin eğimidir.
Denklem (3) rejim akış denklemi olarak adlandırılır ve büyük önem taşımaktadır. Denklemin sağlamlık katsayısı terimini içermediği görülebilir. Manning veya Kutter denklemi gibi benzer denklemleri benimsemekle birlikte, rugosite katsayısının değerini bilmek gerekir (AO, çoğu zaman bir sel deneyimi olan ve özellikle akarsulardaki nehirler için güvenilir değil. yüksek sel nehirlerinde yarı rejimde akarken, bazı istisnalar olmasına rağmen yukarıda verilen rejim akış denklemi (3) benimsenebilir.
Lacey'nin teorisinde verdiği önemli denklemler aşağıda özetlenmiştir. İlk üç denklem, diğer denklemlerin geliştirildiği temel denklemler olarak adlandırılır.
Yukarıdaki denklemlerin tümü rejim koşulları için verilmiş ve normalde, alüvyondaki kanallar için olmasına rağmen, nehir yarı rejim koşullarını sağladığı için, denklemler (6), (11) ve (15) taşkın deşarjının hesaplanmasında çok faydalıdır, Sel sırasında ve sırasıyla sel sularında ovalama.
Dere (15) akarsudaki nehirlere uygulandığında R değeri normal temizleme derinliğini verir. Bu nedenle, bu formül temellerin, dikey kesiklerin, vb. Seviyelerinin belirlenmesinde çok faydalıdır. Bu formüle genel olarak Lacey'nin yıkama derinliği formülü denir.
Lacey Teorisinin Sınırlamaları:
ben. Lacey'nin çalışması alan gözlemlerine ve ampirik olarak türetilmiş denklemlere dayanmaktadır ve bu nedenle kesin anlamda teori olduğu söylenemez.
ii. Elde ettikleri türden rejim denklemleri evrensel olarak uygulanamamaktadır, çünkü çoğunlukla araştırma için verileri alınmış bölgeler için iyi sonuçlar doğurmaktadır.
iii. Kennedy'nin teorisi gibi mükemmel silt derecesi tanımı ve silt yükü verilmemesine rağmen denklemlerin çoğu 'f' silt faktörüne dayanmaktadır.
iv. Uygulamada, Lacey tarafından belirtilen rejim durumuna çok nadiren ulaşılmaktadır ve bu da uzun bir sürenin sonunda gerçekleşmektedir.
v. Saha gözlemleri, bir rejim kanalının yarı eliptik bölümü kavramının sınırlı kabul edildiğini göstermiştir.
vi. Sediment konsantrasyonu ve taşınımının karmaşık fenomeni bilimsel olarak düşünülmemiştir.
Lacey Teorisini Kullanarak Sulama Kanallarının Tasarımı:
Bir tasarıma başlamadan önce herhangi bir kanal için tam besleme tahliyesi her zaman sabitlenir. Belirli bir bölge için 'f' değeri denklem (11) kullanılarak veya CVR verilirse f = m2 olarak hesaplanabilir.
Böylece, Q ve f biliniyorsa, tasarım aşağıdaki adımlarla yapılabilir:
ben. Denklemini kullanarak F'yi bulun (6)
V = 0.4382 (Q. F 2 ) 1/6
ii. Denklemini kullanarak R değerini hesaplayın (7)
R = 2.46 V 2 / f
iii. Lacey'ın rejim çevre denklemi Pw = 4.825 Q1 / 2'yi kullanarak ıslanan çevre Pw'yi hesaplayın.
iv. A kesitini Q = AV denkleminden hesaplayın.
v. Yan eğimleri varsayarak, tüm besleme derinliğini A, Pw ve R'den hesaplayın.
vi. Denklem (9) kullanarak kanalın boyuna eğimini hesaplayın
Sorun:
Aşağıdaki veriler için Lacey'nin teorisine göre bir sulama kanalı tasarlayın:
