Водосливы, их классификация, расчет характеристик.

Водосливом называется перегораживающее поток сооружение, через которое происходит перелив воды.

Водосливами являются водосливные плотины, возвышения дна потока, открытые водоспуски, безнапорные трубы, шлюзы-регуляторы, мосты и т.д. Гидравлический расчет многих гидротехнических сооружений проводится на основе теории водосливов. Величины расходов воды через водосливы, а следовательно, и их размеры колеблются в широких пределах - от лабораторных устройств для измерения расхода до водосливов плотин ГЭС.

При изучении водосливов применяют следующие термины и обозначения (рис. 17.1):

- верхний край стенки водослива, через который переливается вода, называется ребром, гребнем или порогом водослива;

Рис. 17.1 Рис. 17.2

- длину ребра водослива, через которое переливается вода, называют шириной водослива и обозначают b;

- наибольшее превышение горизонта воды перед водосливом над его порогом называется напором и обозначается Н (он измеряется на расстоянии не меньше (2-3) Н от стенки водослива вверх по течению);

- часть водного потока перед водосливом называют верхним бьефом, за водосливом - нижним бьефом.

Кроме того, будем применять обозначения:

V₀ – скорость подхода;

∆ – разность уровней в верхнем и нижнем бьефах;

p₁ – высота порога водослива над дном со стороны верхнего бьефа;

p – высота порога водослива над дном со стороны нижнего бьефа;

Q – расход воды через водослив;

h_b– глубина воды в нижнем бьефе (бытовая глубина);

δ – ширина порога водослива.

Классификация водосливов

Общая классификация водосливов определяется следующими признаками:

1. формой профиля стенки водослива;
2. сопряжением потока на водосливе с нижним бьефом;
3. наличием или отсутствием бакового сжатия;
4. расположением порога водослива в плане;
5. формой выреза в стенке водослива.

По профилю стенки водосливы различаются:

а) водосливы с тонкой стенкой (рис. 17.2), когда вода переливается через тонкую (острую) поперечную преграду с острым ребром (порогом);

Рис. 17.3 Рис. 17.4

б) водосливы практического профиля, рис. 17.3, когда вода переливается через толстую стенку, у которой очертание низовой грани совпадает с контуром падающей струи;

в) водосливы c широким порогом, рис. 17.4, когда стенка, перегораживающая поток, имеет такую ширину, при которой на пороге наблюдается приблизительно параллельно – струйное течение. Опыты показывают, что такое движение наступает в том случае, если ширина порога в 2-3 раза превышает величину напора, т.е. δ > (2-3) Н.

По типу сопряжения потока с нижним бьефом водосливы бывают:

а) незатопленные, у которых уровень нижнего бьефа не влияет на расход водослива, при этом у незатопленных водосливов с тонкой стенкой и практического профиля уровень нижнего бьефа расположен ниже порога водослива, т.еh_b< p;

б) затопленные, у которых уровень нижнего бьефа оказывает влияние на расход, проходящий через водослив.

Классификация водосливов по вышеприведенным двум основным признакам имеет первостепенное значение. Остальные пункты классификации здесь не рассматриваются.