10. 3 Улаштування водозливів

Водозливами називаються споруди, які перегороджують потік рідини і через які відбувається її перелив. Прикладами таких споруд є греблі, шлюзи, гідрометричні водомірні водозливи. Частина потоку, яка знаходиться перед водозливом називається верхнім б’єфом (ВБ) (від франц. bief – млиновий потік, шлюзовий жолоб), а частина потоку яка знаходиться нижче водозливу (за течією) – нижнім б’єфом (НБ) (рис. 10. 2). Верхня частина водозливу, через яку переливається рідина, називається порогом водозливу. Висота рівня рідини верхнього б’єфа над порогом водозливу називаються напором на водозливі і позначається Н.

Рис. 10. 2 Схема водозливу: _РВБ – відмітка горизонту (рівня) верхнього б’єфа; _РНБ - відмітка горизонту нижнього б’єфа; Н - напір на водозливі (геометричний); V_o - швидкість підходу рідини (середня швидкість потоку на відстані (3…4) Н від гребня водозливу; - повний напір на водозливі; Р₁ - висота порогу водозливу з боку верхнього б’єфа; Р₂ - висота порогу водозливу з боку нижнього б’єфа; h_n - глибина рідини в нижньому б’єфі (побутова); B - ширина водозливу;  - товщина водозливу; Z - різниця відміток горизонтів (рівнів) води в верхньому і нижньому б’єфах (гідравлічний перепад).

Водозливи класифікуються за: товщиною водозливної стінки і окресленням самого порога; розташуванням і формою водозливної стінки в плані; формою водозливного отвору; умовами підходу потоку до водозливу; характером протікання рідини через водозлив; умовами спряження б’єфів.

10. 4 Класифікація водозливів

Павловським Н. І. запропонована класифікація водозливів за наступними ознаками:

- товщина стінки (порога);

- геометрична форма водозливного отвору;

- розташування в плані;

- умові підведення потоку до водозливу;

- характеру протікання потоку через водозлив;

- в залежності від характеру похилу розливної стінка.

Наведена класифікація визначає вибір способів гідравлічного розрахунку розливів в кожному окремому випадку.

В залежності від товщини стінки (порогу) розрізняють наступні види і типи водозливів:

- водозливи з тонкою стінкою (рис. 10, 3, а), коли ;

- практичного профілю – полігональні (рис. 10. 3, б);

- водозлив практичного профілю криволінійного обрису (рис. 10. 2, в), коли ;

- водозливи з широким порогом (рис. 10. 3, г), коли ;

Рисунок 10. 3 Водозливи в залежності від товщини стінки (порогу)

При товщині стінки (порогу) водозливу водозлив не має місце, а канал з горизонтальним дном, при розрахунках якого необхідно враховувати втрати напору по довжині, а в той же час як для водозливів враховують лише місцеві втрати напору.

В залежності від геометричної форми водозливного отвору розрізняють наступні види і типи водозливів:

- прямокутні (рис. 10. 4, а);

- трикутні (рис. 10. 4, б);

- трапецоїдальні (рис. 10. 4, в);

- водозливі по колу (рис. 10. 4, г);

- параболічні (рис. 10. 4, д);

- водозливи з похилим ребром (рис. 10. 4, е);

- пропорційні (рис. 10. 4, ж);

Рисунок 10. 4 Водозливи в залежності від геометричної форми водозливного отвору

По умовам розташування порогу в плані розрізняють наступні форми водозливів:

- прямі або лобові (рис. 10. 5, а);

- коси (рис. 10. 5, б);

- бокові (рис. 10. 5, в);

- полігональні або ломані (рис. 10. 5, г);

- криволінійні (рис. 10. 5, д);

- кільцеві (рис. 10. 5, е);

Рисунок 10. 5 Водозливи по умовам розташування порогу в плані

В залежності від умов підходу до водозливного отвору розрізняють наступні види водозливів:

- без бокового стискання (рис. 10. 6, а), коли ширина прямокутного водозливу дорівнює ширині підвідного каналу або геометрична форма і розміри водозливного отвору однакові з формою і розмірами поперечного перерізу каналу, внаслідок чого відсутнє стискання потоку з боків;

- з боковим стискання (рис. 10. 6, б), коли отвір водозливу менше ширини русла ( );

Рисунок 10. 6 Водозливи в залежності від умов підходу до водозливного отвору

За характером протікання води через водозлив розрізняють наступні їх види:

- вільні (незатоплені або на підтоплені), коли глибина води в нижньому б’єфі не впливає на умови протікання потоку через водозливний отвір(рис. 10. 7, б);

- підтоплені (затоплені), коли глибина води в нижньому б’єфі впливає на умови протікання потоку через водозлив (рис. 10. 7, б).

Рисунок 10. 7 Водозливи за характером протікання води через водозлив

В залежності від похилу водозливної стінки розрізняють наступні водозливи:

- з вертикальною стінкою (рис. 10. 8, а);

- з похилою стінкою за течією (рис. 10. 8, б);

- з похилою стінкою проти течії (рис. 10. 8, в);

Рисунок 10. 8 Водозливи в залежності від похилу водозливної стінки

Приклад улаштування водозливного витратоміру наведено на рис. 10. 9.

Рисунок 10. 9 Водозливні витратоміри: а – прямокутний; б – трикутний

Таким чином водозливи класифікуються:

1. За шириною і формою порогу:

З тонкою стінкою   0,5 Н (рис. 10.10, а); Практичного профілю 0,5 Н    2H (рис. 10. 10, б, в); З широким порогом 2Н    (8…10)H (рис. 10. 10, г)

Рис. 10. 10 Схеми водозливів: a - з тонкою стінкою; б, в - практичного профілю; г - з широким порогом.

1. За формою вирізу: Прямокутні; Трапецеїдальні; Трикутні;

2. За умовами спряження б’єфів: Не підтоплені (рис. 10. 11, а); Підтоплені (рис. 10. 11, б).

Рис. 10. 11 Схеми не підтопленого і підтопленого водозливів: а - не підтоплений; б - підтоплений.

Не підтопленим називається водозлив на якому рівень води (рідини) нижнього б’єфа не чинить впливу на горизонт води верхнього б’єфа. Якщо ж рівень нижнього б’єфа впливає на горизонт верхнього б’єфа, то водозлив називається підтопленим.

Основним гідравлічним показником водозливів є витрата рідини, яка для прямокутного водозливу визначається залежністю

, (10. 4)

де m_o – коефіцієнт витрати водозливу, визначається за окремою формулою і залежно від типу водозливу становить 0,4 ... 0.6;

b - ширина порога водозливу, м;

Н - напір на водозливі, м.

Перетікання рідини через водозливи, за певних умов, супроводжується гідравлічним стрибком.