Ағынды су төгетін арнаны ашыңыз - Open channel spillway

Төгілетін арналарды ашыңыз болып табылады бөгет төгілетін сулар принциптерін қолданатын ашық арналы ағын алдын-алу мақсатында ұсталған суды жеткізу бөгеттің бұзылуы. Олар негізгі төгілу, төтенше төгілу жолдары немесе екеуі де жұмыс істей алады. Олар бөгеттің өзінде немесе бөгеттің маңында табиғи қабатта орналасуы мүмкін.

Ағынды судың түрлері

Шұңқыр

Құдықтың төгілуі

Шұңқырдың төгілуі суперкритикалық ағын ашық арнаның тік көлбеуі арқылы. Құдықтың төгілуінің төрт негізгі компоненті бар:[1] Ағынды сулардың элементтері - бұл кіріс, тік қисық қимасы (ogee қисығы), тік көлбеу арна және шығыс.

Болдырмау үшін а гидравликалық секіру, ағынның суперкритикалық күйде қалуы үшін төгілудің көлбеуі жеткілікті тік болуы керек.

Тиісті төгінділер су тасқынына қарсы тұруға көмектеседі, террасалардың, шығатын жерлердің және су жолдарының эрозиясын болдырмайды, дренажды арық жағалауларындағы ағындарды азайтады және қарапайым.

Дегенмен, олар тек табиғи дренажды және температураның орташа ауытқуы бар жерлерде жасалуы мүмкін және басқа су төгетін жолдарға қарағанда қысқа өмір сүреді.

Ағынды су ағынды

Ағынды су ағынды арнаның бойымен энергияны бөлу үшін қолданылады. Ағынды сулардың қадамдары суларды азайтады кинетикалық энергия ағынның, сондықтан ағынның жылдамдығын төмендетеді. Роликті нығыздалған бетон (RCC) ағынды су төгілімдері ескі тасқын су бөгеттерін қалпына келтіруге қолданғандықтан кең танымал бола бастады.[2]

Төгілген жол

Бұл төгінділерді жобалау бойынша нұсқаулар шектеулі. Алайда, зерттеу инженерлерге көмектесуге тырысады. Жобалаудың екі негізгі компоненті - пайда болу нүктесі (ағын көбейгенде бірінші орын алады - ағынның тереңдігі артады) және пайда болатын энергия шығыны.[2]

Ағынды судың ағып кетуі су тасқынына қарсы күресті арттыру үшін пайдалы еріген оттегі (DO) бөгеттің төменгі деңгейіндегі деңгейлер, ағынды суларды тазарту қондырғыларына газдарды ауамен тасымалдау үшін көмек ұшпа органикалық қосылыс (VOC) төгу жолының ұзындығын азайтады немесе азайтады немесе тыныш бассейнге деген қажеттілікті болдырмайды.[3]

Дегенмен, жобалау бойынша бірнеше нұсқаулықтар бар және ағынды төгінділер тек ағынның биіктігі ағынға әсер етуі мүмкін шағын қондырғылар үшін ғана сәтті болды.[3]

Бүйірлік каналды төгінділер

Бүйірлік каналды төгілу жолдары, әдетте, ағынды каналдың жоғарғы бөлігіне параллель орналастыру арқылы ағынның жалпы бағытына перпендикуляр тасқындарды ағызу үшін қолданылады.[4]

Ол ағынның төменгі ағыс жылдамдығын ұсынады және эрозияны азайтады.

Алайда, егер канал суға батып кетсе, бұл су қоймасының деңгейінің күрт өсуіне әкелуі мүмкін.

Ағын ставкалары

Әр түрлі агенттіктерде ағындарды сандық анықтау әдістері мен формулалары және ағынды сулардың өткізгіштік қабілеттері бар. The Табиғи ресурстарды сақтау қызметі (NRCS) бөгетті жобалау бойынша анықтамалықтар шығарды. Ұлттық инженерлік анықтамалықта, 14 бөлім, Chute Spillways (NEH14),[5] ағын теңдеулері тікелей кірістер мен қораптық кірістер үшін берілген.

NEH14 ағынды су ағынының түзу кірістері үшін ағынның теңдеуімен берілген келесі разряд-бас қатынасын қамтамасыз етеді:

Q = 3.1W [H + vа2/ 2г]3/2 = 3.1He3/2

Қайда:

  • Q = кірістің босатылуы (фут3/ с)
  • W = шұңқырдың немесе кірістің ені (фут)
  • H = кіріс шыңы (немесе еден) үстіндегі ағынның тереңдігі (фут)
  • He = кірістің төбесіне немесе энергия кіре берісінің үстіндегі басына қатысты арнайы энергия басы (фут)
  • vа = H тереңдігі өлшенетін жақындаудың орташа жылдамдығы (фут / с)
  • g = 32,16 фут / с2
Түзу

Түзу

Егер ені бірлігіне шығыны q = Q / W деп анықталса, онда теңдеуді келесі түрде жазуға болады:[5]

q = Q / W = 3.1 [H + vа2/ 2г]3/2 = 3.1He3/2

Коэффициент, 3.1 әр түрлі кіру жағдайларында өзгереді. Коэффициенттің мәні сәл жоғары, егер тасымалдау арнасы енінен үлкен енге ие болса. 3.1 мәні H деген болжамға негізделгенe және vа ағынның субкритикалық жағдайларын көрсететін жерде өлшенеді.

NEH14 бүйірлік каналдардың кірістері үшін келесі қатынасты қамтамасыз етеді:

Qмил = 3.1Lh3/2

Қайда:

  • Qмил = су төгетін плитасыз қуаттылық (фут.)3/ с)
(Бұл жағдайда су үсті дегеніміз - су беті төменгі биіктікте болған кезде су бетінен бөгет шыңына дейінгі тік қашықтық.)
  • L = төгінді шыңының ұзындығы (фут)
  • H = төгінді шыңынан жоғары бүйір қабырғаларының биіктігі (фут)
Бүйірлік арна кірісі

Бүйірлік арна кірісі

The Америка Құрама Штаттарының мелиорация бюросы (USBR) ағынды сулардың ағып кетуін есептеу үшін weir формуласын қолданады. USBR ағынының теңдеуі:[5][6]

Q = CLH3/2

Қайда:

  • Q = ағын (фут3/ с)
  • L = төгінді жолының ұзындығы (немесе ені) (фут)
  • H = су қоймасының беткі қабаты мен төгінді шыңы арасындағы биіктік айырмасы
  • C = разряд коэффициенті, ол келесідей өзгереді:
H = 1 фут үшінC = 3.2
23.4
33.6
43.7
53.8

Мысал: Ағынды сулардың ұзындығы / ені 25 фут үшін, Q H-мен төмендегідей өзгереді:

NRCS және USBR формулалары үшін су бетін көтеру функциясы ретінде разряд

NRCS есептеулері үшін орташа жылдамдық нөлге тең болды. USBR есептеулері үшін сызықтық деп қабылданды интерполяция С-ны Н-ден алу үшін, төгілу шыңында берілген тереңдік үшін, USBR әдісі бойынша есептелген ағындар NRCS әдісіне қарағанда жоғары, себебі разряд коэффициенттері жоғары. C USBR әдісі кезінде H-ге ұлғаяды, ал C NRCS әдісі бойынша H-ге қатысты тұрақты болады.

Ағын режимдері

Шұңқырдың төгілуі

Төгіліп жатқан ағын субкритичті болып табылады. Шұңқырдың көлбеуі ағынның жылдамдығын арттырады. Әдетте, суперкритикалық ағын шүмекте сақталады.

Төгілген жол

А. Ағыны төгілген жол напп ағыны немесе скимминг ағыны ретінде жіктеледі. Наппаның ағу режимдері кішігірім разрядтар мен жазық беткейлерде пайда болады. Егер разряд ұлғайтылса немесе арнаның көлбеуі жоғарыласа, скимминг ағыны режимі пайда болуы мүмкін (Шаххейдари және басқалар. 2015). Напп ағынында әр қадамда ауаның қалталары болады, ал скимминг ағынында болмайды. Скимминг ағынының басталуын келесідей анықтауға болады:

(г.в) = 1,057 * сағ - 0,465 * сағ2/ л

Қайда:

  • h = қадам биіктігі (м)
  • l = қадам ұзындығы (м)
(г.в)басталуы = сырғанау ағынының басталуының критикалық тереңдігі (м)
Наппе және скимминг ағынының бейнесі

Nappe Flow - Напп ағынының режимі үшін ішінара немесе толық дамыған гидравликалық секіру әр саты арасында жасалған ағындардың нәтижесінде пайда болады. Энергияны бөлу[7][8]

Наппе ағынының энергияны бөлу теңдеулері

Қайда:

  • Hбөгет = ағыстағы саусақтың үстіндегі бөгеттің төбесі (м)
  • H0 = төгілу тесігінен бетінің еркін көтерілуі (м)
  • Hмакс = жалпы бас (м)
  • г.в = ағынның сыни тереңдігі
  • H = бас жоғалту (м)

Скимминг ағыны режимі Скимминг ағыны режимінде саты бойынша су когерентті ағынмен ағады. Науадан төмен қарай ағып жатқанда, әр баспалдақтың жоғарғы жағында су сырғып кетеді. Әр саты арасында циркуляциялық құйындылар дамиды, бұл судың құйындардың жоғарғы жағынан өтіп, әр сатыдан өтіп кетуіне мүмкіндік береді.[7]

Энергияны бөлу[7]

Скимминг ағынына арналған энергияны бөлудің теңдеулері

Қайда:

  • Hбөгет = ағыстағы саусақтың үстіндегі бөгеттің төбесі (м)
  • H0 = төгілу шыңынан жоғары беттің еркін көтерілуі (м)
  • Hмакс = максималды бас (м)
  • г.в = ағынның сыни тереңдігі (м)
  • H = бас жоғалту (м)
  • f = үйкеліс коэффициенті
  • a = канал көлбеуі [rad]

Кавитация

Кавитация сұйықтықтың ішінде көпіршік сияқты қуыстың пайда болуы. Сұйықтық температура тұрақты болып тұрғанда, жергілікті қысымның өзгеруіне байланысты сұйық күйден бу күйіне өтеді. Бөгеттің төгілуі жағдайында бұған себеп болуы мүмкін турбуленттілік немесе құйындар ағын суда.

Кавитация берілген үлестірілген кедір-бұдырдың ағыс денесінде пайда болады. Алайда оның қай жерде болатынын нақты болжауға болмайды. Шұңқырдың төгілуі кезінде кавитация 12-15 м / с жылдамдықпен жүреді.[9]

Төгілген жолда кавитация пайда болған кезде, ол қатты зақым келтіруі мүмкін. Бұл әсіресе жылдамдықтар 25 м / с-тан асқан кезде байқалады. Сондықтан осы жылдамдықтарда қорғаныс қажет. Ағынның жылдамдығын азайту немесе шекаралық қысымды арттыру арқылы кавитацияның алдын алуға болады.[10]

Энергияның бөлінуі

Эрозия мен бөгеттің төменгі жағында шайылып кетуді болдырмау үшін кез-келген бөгеттің ағызу құрылымында энергияны бөлудің қандай-да бір түрі қажет, өйткені бұл құбылыстар бөгеттің бұзылуына әкелуі мүмкін. Шөгу бассейндері (оларды тыныш бассейндер деп те атайды) және соққы қораптары бөгеттерде қолданылатын энергия диссипаторларының екі мысалы болып табылады.

Көптеген USBR бөгеттерінде ағынды суларға арналған энергияны бөлетін блоктар қолданылады (оларды алжапқыштар деп те атайды). Бұл блоктар гидротехникалық секіруді дамбаның төменгі ағысында субкритичті ағын жағдайларын орнатуға көмектеседі.[11]

Ағынды сулардың баспалдақтары энергияны жою үшін қолданыла алады. Алайда, олар тек төмен ағындарда энергияны таратқанда тиімді болады (яғни скимминг ағыны).[7]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Бошамп, К.Х. «Құрылымдар». Инженерлік далалық нұсқаулық. Америка Құрама Штаттарының Ауыл шаруашылығы министрлігі - Топырақты сақтау қызметі.
  2. ^ а б Хант, С.Л .; Кадавы, К.С. (2010). «Жазық көлбеу ағынды сулардағы энергияны бөлу: 2-бөлім. Басталу нүктесінің төменгі ағысы». Американдық ауылшаруашылық және биологиялық инженерлер қоғамы. 111–118 бб. ISSN  2151-0032.
  3. ^ а б Фризелл, К.Х. «RCC бөгеттері мен бөгеттерін қалпына келтіруге арналған сатылы төгінділердің гидравликасы. PAP-596» (PDF). Америка Құрама Штаттарының Ішкі істер министрлігі - Мелиорация бюросы.
  4. ^ Хагер, В.Х.; Phister, M. (2011). «Гидротехникадағы бүйір арналы бұрғылаудың тарихи дамуы» (PDF). Брисбен, Австралия.
  5. ^ а б в Америка Құрама Штаттарының Ауыл шаруашылығы министрлігі - Топырақты сақтау қызметі (1985). Инженерлік анықтамалық, 14-бөлім, Ағынды сулардың төгілуі (NEH14). http://directives.sc.egov.usda.gov/viewerFS.aspx?id=3885
  6. ^ Блэр, Х.К .; Рона, Т.Дж. (1987). «Шағын бөгеттердің дизайны (3-ші шығарылым)» (PDF). Америка Құрама Штаттарының Ішкі істер министрлігі - Мелиорация бюросы. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2014-02-22.
  7. ^ а б в г. Шансон, Гюберт (1994). «Баспалы шестерналардағы напп және скимминг ағыны режимдерінің арасындағы энергия шығынын салыстыру» (PDF). Гидравликалық зерттеулер журналы. 32 (2): 213–218. дои:10.1080/00221686.1994.10750036.
  8. ^ Чатила, Жан Дж; Джурди, Бассам Р (2004). «Энергияны таратушы ретіндегі аққан су». Канадалық су ресурстары журналы. 29 (3): 147–158. дои:10.4296 / cwrj147.
  9. ^ Chanson, H. Шұңқырлар мен төгілу жолдарында кавитацияның бұзылуын болдырмауға арналған аэротропты қондырғылардың дизайны. http://staff.civil.uq.edu.au/h.chanson/aer_dev.html
  10. ^ ^ Келлс, Дж.А. Смит, Калифорния (1991). Канадалық құрылыс журналы, 1991, 18: 358-377, 10.1139 / l91-047
  11. ^ Петрка, А.Ж. (1984 (Сегізінші баспа)). Бұрғылау бассейндері мен энергияны таратушыларды гидравликалық жобалау (№ 25 инженерлік монография). Америка Құрама Штаттарының Ішкі істер министрлігі - Мелиорация бюросы. http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/EM/EM25.pdf

11. Шаххейдари, Х., Нодошан, Э. Дж., Барати, Р., & Моггадам, М. А. (2015). Ағынды суды ағызу режимінде ағынды судың ағынды коэффициенті және энергия шығыны. KSCE Journal of Civil Engineering, 19 (4), 1174-1182.