ВЕРНУТЬСЯ

НА ГЛАВНУЮ

ДАЛЕЕ



Раздел восьмой. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

ГЛАВА 32. Сооружения для измерения расходов воды (гидрологические расходомеры)


32.3. Водослив практического профиля (с треугольной формой порога)

        Большое количество различных по форме водосливов практического профиля создано и используется в гидротехнике. Специально в гидрометрических целях получило применение только несколько разновидностей водосливов этого типа и среди них одна, имеющая треугольный (по течению) порог, образованный пересечением двух плоскостей (рис. 3.19): верховой, с обратным уклоном 1:2, и низовой, с прямым уклоном 1:5 (рассматриваемый водослив называют водосливом Крампа).


Рис. 3.19. Водослив с порогом треугольного профиля.

        Этот водослив рекомендуется применять для измерения расходов в диапазоне примерно от 10 л/с до 50 м3/с (конечно, при разной ширине порога поперек водного потока). Соотношения между его параметрами должны быть в пределах H/В 0,5; Hмин = 0,05 м; Hмакс = 2.25; pмин = 0,1 м; bмин= 0,3 м; bмакс = 7,5 м; Н/р 3; b/H > 2. Средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расхода водослива с порогом треугольного профиля составляет 2 %.
        Данный водослив, так же как и водосливы с тонкой стенкой, должен работать в режиме неподтопленного истечения. Критерием режима здесь служит коэффициент подтопления

= hп/H (3.9)

где Н – напор на гребне водослива; hп – погружение гребня водослива под уровень нижнего бьефа.
        Неподтопленное истечение обеспечивается при 0,75. Рассматриваемый водослив остается работоспособным даже при погружении гребня порога под уровень нижнего бьефа. Значит, при установке в одном и том же водотоке водослива с тонкой стенкой и водослива практического профиля последний создаст значительно меньший подпор, образует меньшую регулирующую емкость и это является его существенным преимуществом (см. п. 3.2.2).
        В конструкцию водослива, как в единое целое, входит не только-собственно порог, но и часть подводящего канала, образованная двумя участками, из которых один — от начала порога до створа измерения напора — имеет длину Hмакс/2, а другой — от створа измерения напора вверх по течению до начала сооружения по длине равен Hмакс. В пределах рассматриваемой части стенки сооружения должны быть вертикальными, а расстояние между ними не должно отличаться от ширины гребня водослива более чем на ± 2 %. Сопряжение сооружения с вышележащим подводящим участком должно быть плавным, с радиусом R = 2 Hмакс.
        Рабочая формула расхода для водослива с порогом треугольного профиля имеет вид:

Q = l.96kbH 3/2 (3.10)

где b — ширина водослива, м; k — коэффициент скорости подхода; его значения определяют по табл. 3.4.

Таблица 3.4.
Значения коэффициента скорости подхода k в зависимости от отношения Н/(Н + p)

Н/(Н + p)
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.0
1.000
1.000
1.000
1.001
1.001
1.001
1.001
1.002
1.002
1.003
0.1
1.003
1.004
1.004
1.005
1.006
1.007
1.008
1.009
1.010
1.011
0.2
1.012
1.013
1.015
1.016
1.017
1.019
1.021
1.022
1.024
1.026
0.3
1.028
1.030
1.032
1.034
1.037
1.039
1.042
1.044
1.047
1.050
0.4
1.053
1.056
1.059
1.062
1.065
1.069
1.072
1.076
1.080
1.084
0.5
1.088
1.083
1.097
1.102
1.107
1.112
1.117
1.123
1.129
1.135
0.6
1.141
1.147
1.154
1.162
1.169
1.177
1.185
1.194
1.204
1.214
0.7
1.224
1.234
1.246
1.258
1.272
1.286
1.302
.
.
.

        Расчет размеров и высотного положения водослива производят в соответствии с общими принципами, изложенными в п. 3.2.2, и на основании указанных там же исходных данных. Последовательность вычислений здесь будет такова.
        Ориентируясь на поперечный профиль русла, назначают ширину водослива b, затем по формуле (3.10) без учета коэффициента скорости подхода (k = 1) определяют по заданным Qмакс и Qмин максимальный и минимальный напоры на гребне порога и сравнивают их с допустимыми. Отметим, что найти Hмакс и Hмин можно и по кривой Q = f(H), которую надо специально построить для водослива с выбранной шириной b на основании данных табл. 5 приложения 1, где помещены удельные расходы q = 1.96Н3/2.
        Если напоры окажутся в пределах допустимых (в противном случае требуется изменить ширину водослива), то находят отметку гребня порога, вычитая из отметки наивысшего уровня воды в нижнем бьефе значение, равное 0.75 Hмакс. Теперь, зная эту отметку и среднюю отметку дна русла в створе сооружения, вычисляем высоту порога р как разницу этих отметок.
        На этом заканчивается первое приближение в определении размеров и высотного положения водослива. Далее, по известным значениям b и р, задаваясь рядом значений напоров H и определяя по табл. 3.4 коэффициенты скорости подхода k, строим для водослива новую кривую Q = f (H), по которой снова находим Hмакс и Hмин и сравниваем их с допустимыми. Наконец, проверяем по формуле (3.9) для условий пропуска максимального расхода воды, остался ли наш водослив в неподтопленном режиме. Если все критерии и соотношения между параметрами окажутся выполненными, то водослив считается подобранным. Если что-то не выполняется, то необходимо изменить b или р, или то и другое одновременно и заново выполнить указанные выше расчеты.
        Подчеркнем, что окончательно высота водосливного отверстия (от гребня порога вверх) устанавливается из соображений пропуска форсированного (поверочного) расхода так, как это было пояснено для водосливов с тонкой стенкой (см. п. 3.2.2).
        В связи с тем, что рассматриваемые сооружения имеют в силу своей конструкции достаточно протяженный подземный контур, а напоры (перепады Z) на этих расходомерах, как правило, невелики, для данных сооружений не нужно рассчитывать специальные противофильтрационные элементы. Опять же из-за незначительных напоров не требуются и расчеты сопряжения бьефов, так как здесь не возникает угроза образования отогнанного прыжка, поэтому сразу за водосливом можно устраивать рисберму. Однако, если сооружение установлено так, что при пропуске расходов выше среднего гребень его порога оказывается выше уровня воды нижнего бьефа, то для контроля гидротехнический расчет и расчет сопряжения бьефов надо выполнить по методике, изложенной в п. 3.2.2.


ВЕРНУТЬСЯ

НА ГЛАВНУЮ

В НАЧАЛО

ДАЛЕЕ