17.2. 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.е h_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.

17.3. Основная формула расхода через водослив

Для вывода рассмотрим незатопленный водослив с тонкой стенкой (рис. 17.5). Для определения расхода через такой водослив все отверстие водослива шириной b и высотой Н разделим на ряд элементарных горизонтальных полос ∆z (рис.17.5, а). Рассмотрим одно такое элементарное отверстие в виде полосы, которая находится на глубине z, и определим для него элементарный расход ΔQ по формуле для истечения через отверстие.

.

Весь расход через отверстие водослива определим как сумму расходов через все элементарные отверстия

.

Заменив сумму интегралом и взяв его в пределах от z = 0 до z = Н, получим

.

Обозначая m =2/3µ и называя m коэффициентом расхода при истечении через водослив, окончательно получаем

. (17.1)

Зависимость (17.1) называется основной формулой расхода че- Рис. 17.5

рез водослив. В этой зависимости коэффициент m обычно определяется опытным путем и зависит от ряда факторов: типа водослива, величины напора, скорости подхода и т.д.

17.4. Истечение через водослив с тонкой стенкой

Незатопленный водослив. В случае незатопленного водослива уровень воды в нижнем бьефе лежит ниже порога водослива, т.е. h_b < p (рис. 17.5). Струя, переливающаяся через водослив, называется свободной, если в пространство между струей и стенкой водослива свободно проникает воздух и давление под струей равно атмосферному. Расчетная формула расхода через такой водослив имеет вид

,

где m₀ – коэффициент расхода - для данного случая определяется по эмпирической формуле

. (17.2)

Ошибка в определении расхода через водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия по приведенной формуле не превышает 1% и поэтому такой водослив является точным прибором для измерения расхода воды в

о

Рис. 17.6

ткрытых водотоках и в лабораторных условиях.

Рис. 17.7

Затопленный водослив. В случае затопленного водослива уровень воды непосредственно за стенкой находится выше порога водослива, т.е. h_b < p (рис. 17.6).