Для прямоугольного водослива расход определяется по формуле

                              (1 – 1)

где: m_пл – коэффициент расхода водослива; для водослива с широким порогом: при P_в.б./H = 0 m_пл = 0,385; при P_в.б./H = 3 m_пл = 0,32 при острой входной кромке и m_пл = 0,35 при закругленном ребре (рис 1.5); s_с  - коэффициент бокового сжатия (приближенно можносчитать s_с = 1); s_з – коэффициент затопления (для незатопленных водосливов s_з = 1); b – ширина водослива (если отверстий несколько – суммарная ширина всех  отверстий; H_o – полный напор (H_o @ H).

 

Рис. 1.5

 

С помощью приведенной формулы можно решать три задачи:

- определять расход Q;

- определять требуемую ширину отверстия b;

- определять требуемый напор H.

При проектировании новых водосливов практически по заданному расходу Q определяют оптимальные размеры b и H.

Неподтопленный прямоугольный водослива с тонкой стенкой.

Для неподтопленного прямоугольного водослива с тонкой стенкой (рис. 1.1,а) расход определяется по формуле

Скорость подхода учтена в коэффициенте расхода водослива m_o, поэтому в формуле стоит не H_o, а статический напор H.

Прямоугольный неподтопленный водослив с тонкой без бокового сжатия называется нормальным. Для нормального водослива m_o определяется по эмпирическим формулам:

 или

 (при P_в ³ H и H ³ 0,1 м). 

 

Для водослива с боковым сжатием m_o  определяется по формуле:

Точность приведенных формул, относящихся к нормальному водосливу достаточно высока. Поэтому они применяются в качестве измерительных водосливов.

Неподтопленный прямоугольный водослив с широким порогом (рис. 1.6)

 

Рис. 1.6

Такой водослив характеризуется наличием двух перепадов свободной поверхности Z_в и Z_н. В случае спокойного потока в местах стеснения потока всегда получается снижение его свободной поверхности – скорость течения увеличивается, а потенциальная энергия падает. Потери энергии потока (напора) на пороге малы, поэтому поверхность воды над порогом в средней его части горизонтальна, глубина потока постоянна.

Расход воды, протекающей через водослив, определяется по формуле                                

или без учета скорости подхода

Эти формулы получаются из общей формулы (1 – 1) при s_с = s_з = 1. Приближенно коэффициент расхода m можно принимать равным 0,32 и 0,35 (рис. 1.5).

Глубину на пороге можно найти по формуле

где коэффициент k равен 0,453 для порога а) и 0,498 для порога б) (рис. 1.5).

При этом h < h_к, т.е. поток на пороге бурный (на рис. 1 – 6 пунктирной прямой к – к показан уровень воды при критической глубине h_к.

Подтопленный прямоугольный водослив с широким порогом (рис. 1.7)

 

Рис. 1.7

 

Водослив с широким порогом получается подтопленным, если уровень воды нижнего бьефа поднимается выше того горизонта воды, который сам собой устанавливается на пороге неподтопленного водослива (т.е. при глубине в нижнем бьефе h_н > c_{н +} h_к).

При истечении воды через подтопленный водослив с широким порогом наблюдается один положительный и один отрицательный перепад. Последний называется перепадом восстановления. Этим перепадом при расчете часто пренебрегают (рис. 1.7,б).

 

Рис. 1.8

 

Водослив будет подтопленным при выполнении условия

h_п > n.H_o, или h_н >(c_н + n.H_o),

где n = 0,85…0,75 (в среднем n = 0,80).

Если это условие не выполняется, то при h_п > h_к  на пороге водослива возникает гидравлический прыжок (рис. 1 – 8), и сечение 1 – 1 может оказаться не покрытым горизонтом воды нижнего бьефа.

Расход в случае неподтопленного водослива определяется по формуле

где коэффициент j равен 0,84 для водослива с острой передней кромкой j = 0,93 для водослива с закругленной передней кромкой (рис. 1 – 5). Последнюю формулу можно привести к общей формуле (1 – 1) (при s_с = 1):

откуда получим

Для водослива с острой кромкой (рис. 1 – 5) m = 0,32, j_п = 0,84, тогда

Заметим, что коэффициент затопления всегда меньше единицы для подтопленных водосливов и равен 1 для неподтопленных водосливов. Из уравнения

следует, что минимальное значение , при котором s_з = 1, равно примерно 0,80. При меньших значениях h_п/H_o  водослив будет неподтопленным, что соответствует приведенному выше критерию подтопляемости водосливов с широким порогом.