Водослив

Водослив

ВОДОСЛИВ. Если вода переливается через преграждающую поток стенку или вырез в этой стенке или же через вырез в береге около стенки, то водосливом называют как получаемое при этом гидравлическое явление, так и само устройство. По типу стенки, через которую переливается вода, водосливы различают: а) с тонкой стенкой или порогом (фиг. 1, где Н - высота напора), б) с широким порогом (фиг. 2), в) промежуточные между вышеуказанными, различных форм (фиг. З и 4).

Водослив

Первые употребляются главным образом для измерения расходов воды в потоках небольшого размера, при лабораторных опытах.

Водослив

Вторые включают в себя устройства для пропуска воды под насыпями, для обхода плотин и т. д.; сюда же относятся флютбеты разборных плотин, бейшлоты и пр. Промежуточные формы находят применение в глухих водоподъемных плотинах. По форме водосливы, представляющие вырезы в стенке, могут быть прямоугольными, трапецеидальными, треугольными, параболическими и т. п. В практике употребляются лишь водосливы с вертикальной стенкой; прямоугольные водосливы употребляются в сооружениях; остальные формы вырезов находят применение почти исключительно при лабораторных исследованиях. Стенка, или порог, водослива в плане (фиг. 5) может иметь начертание прямой линии (наиболее употребительная форма), расположенной перпендикулярно или под углом к оси потока, и ломаной или кривой линии (реже применяемая форма).

Водослив

По отношению к подводящему потоку водосливы бывают: а) без бокового сжатия (фиг. 6), когда подводящий канал имеет одинаковую ширину с водосливом, и б) с боковым сжатием, когда водослив имеет меньшую ширину, чем подводящий канал (фиг. 7).

Водослив

По типу сопряжения переливающейся струи с нижним бьефом, т. е. с частью потока ниже водослива, различаются водосливы незатопленные (фиг. 8) и затопленные (фиг. 9).

Водослив

В первых из них нижний бьеф непосредственно ниже стенки имеет уровень, не превышающий порога, во втором он расположен выше порога. Расход воды через незатопленный водослив определяется для прямоугольного водослива из уравнения расхода воды через отверстие в вертикальной стенке сосуда:

Расход воды через незатопленный водослив

где Q - расход через отверстие, b - ширина отверстия, h - переменный напор, g - ускорение силы тяжести, μ - коэффициент расхода. Интегрирование при напоре Н, т. е. разности высоты горизонта выше водослива и высоты стенки, дает

Vodosliv 7

в случае, если скорость подхода можно не принимать во внимание, т. е. в случае, например, водослива из водохранилищ, регулирующих бассейнов и т. д. Если же скорость подхода воды к водосливу имеет величину v0, то принимается вместо Н величина

Vodosliv 8

В коэффициент μ включено и исправление данных, полученных для водослива в тонкой стенке, без сжатия струи и при малых напорах, для применения к водосливам, имеющим гребень некоторой толщины, при боковом сжатии и значительных напорах. Этот коэффициент можно принимать: 1) при хорошо очерченном гребне с закруглениями ребер и боковых направляющих стенок μ = 0,83; 2∙μ/3 = 0,55; 2) при вертикальной грани и плоском гребне с острыми ребрами μ ≈ 0,67; 2∙μ/3 ≈ 0,45; 3) для водосливов небольшой ширины без боковых направляющих стенок μ ≈ 0,60; 2∙μ/3 ≈ 0,40. Для затопленного водослива, при возвышении уровня ниже водослива над его гребнем h',

Vodosliv 9

причем коэффициент μ берется по предыдущему, а коэффициент μ1 для случаев, приведенных выше, имеет величину: 1) при μ = 0,83, μ1 = 0,67; 2) при μ = 0,67, μ1 = 0,62. Такой случай имеет место, например, для флютбетов разборных плотин, причем если прохождение воды затрудняется подшипниками и другими устройствами, тогда лучше брать во втором случае μ = μ1 = 0,60—0,65. В случае водослива через водоспускные или судоходные отверстия можно брать μ = μ1 = 0,75—0,85.

В гидротехнических сооружениях водосливы находят очень широкое применение. Водосливными устройствами являются водосливные части глухих плотин и разборные плотины со щитами, сегментные, плотины Шаноана и Дефонтена, водоспуски, ступенчатые водосливы, или перепады, трубы под насыпями, работающие неполным сечением, и т. д. Водосливные части глухих плотин служат для выпуска из резервуара за плотиной излишней воды. В плотинах каменных, бетонных, частью и деревянных, перелив воды происходит через гребень самой плотины на некоторой ширине ее, называемой водосливом, или водосливной частью плотины. В плотинах земляных, а также в каменных или бетонных очень малой толщины, где перелив воды через гребень не допускается, устраивают особые водосливы или в самом теле плотины, по типу водослива в глухой плотине, или в стороне от плотины.

Боковые водосливы устраивают ступенчатые, иногда без ступеней, в виде канала или галереи с выпуском воды ниже плотины. Разборные плотины (Поаре) со щитами (Яницкого или Буле) имеют целью регулирование горизонтов воды выше плотины выпуском части воды через верх щитов (фиг. 10); вынимая щиты, можно или увеличивать ширину водослива или понижать гребень его, увеличивая таким образом расход воды через плотину.

Разборные плотины (Поаре) со щитами (Яницкого или Буле) имеют целью регулирование горизонтов воды выше плотины

Падающая с гребня водослива вода принимает форму свободно падающей струи. При водосливе малой высоты наружную стенку обыкновенно делают вертикальной; при большей высоте падения струи, во избежание размывов у подошвы водосливной части, необходимо или делить высоту падения на ступени или придать водосливной части профиль, соответствующий очертанию падающей струи в верхней части водослива; нижнюю часть обычно делают по закруглению, чтобы придать струе при сходе с водослива горизонтальное направление.

Ступенчатый водослив

В первом случае получаем обычный водослив, во втором случае - ступенчатый (фиг. 11), а в третьем - водосливную плотину (фиг. 12).

Водосливная плотина

При построении профиля водосливной части стремятся к тому, чтобы струя жидкости постоянно соприкасалась с телом водослива; при таком положении течение по ней будет равномерным, без неправильностей и вихрей. Сопряжение с нижним бьефом струи зависит от скорости течения, глубины в нижнем бьефе и величины разности уровней верхнего и нижнего бьефов (перепад) z по сравнению с высотой стенки р (фиг. 13).

Водослив

При условии z/p ≈ 0,75 получается так называемый прыжок воды (фиг. 13, II), при меньшем значении  z/p имеет место затопленный прыжок (фиг. 13, III), а при большем – отогнанный прыжок (фиг. 13, I). Для того чтобы «прыжок» был затопленным, необходимо увеличить глубину ниже водослива, т. е. устроить так называемый водобойный колодец (фиг. 14, размеры в м).

Водобойный колодец

На ступенчатых водосливах, с целью уменьшить действие падающей воды на дно у подошвы водослива, также устраивают водобойные колодцы или гидравлические подушки.

 

ERROR_CONTENT

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.