Водослив / ш ɪər / или низкая головка плотина является барьером по ширине реки , что приводит к изменению характеристик потока воды и обычно приводит к изменению высоты уровня реки. Они также используются для регулирования расхода воды на выходах из озер, прудов и водохранилищ. Существует много конструкций водосливов, но обычно вода свободно течет через вершину гребня водослива, прежде чем стечь каскадом на более низкий уровень.
Этимология [ править ]
Там нет единого определения того , что представляет собой плотину и один английский словарь просто определяет плотину как небольшая плотина , вероятно , происходящие из среднеанглийских были , Старый английский WER , производный от корня werian, что означает «защищать, дамбу». [1] [2]
Функция [ править ]
Обычно плотины используются для предотвращения наводнений , измерения расхода воды и облегчения судоходства по рекам на лодках. В некоторых местах термины « плотина» и «плотина» являются синонимами, но обычно между сооружениями проводится четкое различие. Обычно плотина проектируется специально для сбора воды за стеной, тогда как плотина предназначена для изменения характеристик речного потока.
Общее различие между плотинами и плотинами заключается в том, что вода течет над вершиной (гребнем) плотины или под ней, по крайней мере, на некоторой части ее длины. Соответственно, гребень водосброса на большой плотине может называться плотиной. Плотины могут различаться по размеру как по горизонтали, так и по вертикали, при этом самые маленькие из них составляют всего несколько дюймов в высоту, а самые большие могут достигать многих метров в высоту и сотен метров в длину. Ниже описаны некоторые общие цели водослива.
Измерение расхода [ править ]
Водосливы позволяют гидрологам и инженерам использовать простой метод измерения объемного расхода в ручьях / реках малого и среднего размера или в местах промышленных сбросов. Поскольку геометрия верхней части водослива известна и вся вода течет через водослив, глубина воды за водосливом может быть преобразована в скорость потока. Однако это может быть достигнуто только в тех местах, где вся вода течет через вершину гребня водослива (в отличие от боковых сторон или через каналы или шлюзы) и в местах, где вода, протекающая через гребень, уносится от конструкции. . Если эти условия не соблюдены, это может сделать измерение расхода сложным, неточным или даже невозможным.
Расчет расхода можно резюмировать как:
Где:
- Q - объемный расход жидкости ( расход )
- C - коэффициент расхода конструкции (в среднем 0,62).
- L - ширина гребня
- H - высота напора над гребнем
- n зависит от конструкции (например, 3/2 для горизонтального водослива, 5/2 для водослива с v-образным вырезом)
Однако этот расчет является общей зависимостью, и для многих различных типов водосливов доступны конкретные расчеты. Водосливы для измерения расхода должны содержаться в хорошем состоянии, чтобы они оставались точными. [3] [4]
Обтекание водослива с V-образным вырезом [ править ]
Расход воды через водослив с V-образным вырезом (фут 3 / с) определяется уравнением Киндсватера-Шена. [5]
Где:
- Q - объемный расход жидкости в фут 3 / с.
- g - ускорение свободного падения в фут / с 2
- C e - коэффициент коррекции потока, указанный в Shen 1981 , p. B29, Рис. 12
- θ - угол водослива с V-образным вырезом.
- h - высота жидкости над дном V-образного паза
- k - поправочный коэффициент для головы, указанный в Shen 1981 , p. B20, рис 4
Контроль над инвазивными видами [ править ]
Поскольку плотины являются физическим препятствием, они могут препятствовать продольному перемещению рыб и других животных вверх и вниз по реке. Это может оказать негативное влияние на виды рыб, которые мигрируют в рамках их цикла размножения (например, лососевые ), но также может быть полезным в качестве метода предотвращения перемещения инвазивных видов вверх по течению. Например, плотины в районе Великих озер помогли предотвратить колонизацию инвазивной морской миноги выше по течению.
Водяные мельницы [ править ]
Мельничные пруды создаются водосливом, который накапливает воду, которая затем течет по конструкции. Энергию, создаваемую изменением высоты воды, можно затем использовать для привода водяных колес и пилорамы, шлифовальных кругов и другого оборудования.
Борьба с наводнениями и изменение состояния реки [ править ]
Плотины обычно используются для регулирования расхода рек в периоды высокого расхода воды. Затворы шлюзов (или в некоторых случаях высота гребня водослива) могут быть изменены, чтобы увеличить или уменьшить объем воды, текущей вниз по течению. Плотины для этой цели обычно находятся выше по течению от городов и деревень и могут быть автоматизированы или управляться вручную. Путем даже небольшого замедления скорости, с которой вода движется вниз по течению, можно непропорционально сильно повлиять на вероятность наводнения. На больших реках плотина также может изменить характеристики потока водного пути до такой степени, что суда смогут перемещаться по участкам, ранее недоступным из-за сильных течений или водоворотов.. Многие более крупные плотины будут иметь конструктивные особенности, которые позволят лодкам и пользователям реки «стрелять в плотину» и перемещаться вверх или вниз по течению, не выходя из реки. Плотины, построенные для этой цели, особенно распространены на Темзе , и большинство из них расположено около каждого из 45 шлюзов реки .
Проблемы [ править ]
Экология [ править ]
Поскольку плотина собирает воду за собой и изменяет режим течения реки, это может повлиять на местную экологию. Как правило, снижение скорости реки вверх по течению может привести к усилению заиливания (отложение мелких частиц ила и глины на дне реки), что снижает содержание кислорода в воде и душит местообитания беспозвоночных и места нереста рыб . Содержание кислорода обычно возвращается к норме после того, как вода проходит через гребень водослива (хотя она может быть чрезмерно насыщенной кислородом), хотя повышенная скорость реки может размывать русло реки, вызывая эрозию и потерю среды обитания.
Миграция рыб [ править ]
Водосливы могут иметь значительное влияние на миграцию рыб . [6] Любая плотина, которая превышает максимальную высоту, которую может перепрыгнуть вид, или создает условия потока, которые нельзя обойти (например, из-за чрезмерной скорости воды), эффективно ограничивает максимальную точку вверх по течению, в которой рыба может мигрировать. В некоторых случаях это может означать, что огромные участки среды обитания теряются, и со временем это может оказать значительное влияние на популяции рыб.
Во многих странах в настоящее время существует законное требование - встраивать рыбные лестницы в конструкцию плотины, чтобы рыба могла преодолевать препятствия и получать доступ к местам обитания выше по течению. В отличие от плотин, плотины обычно не предотвращают миграцию рыб вниз по течению (поскольку вода перетекает сверху и позволяет рыбе обходить сооружения в этой воде), хотя они могут создавать условия потока, которые могут повредить молодь рыб. Недавние исследования показывают, что судоходные шлюзы также могут обеспечить улучшенный доступ для целого ряда биоты , включая плохих плавцов. [7]
Безопасность [ править ]
Несмотря на то, что вода вокруг плотин часто может казаться относительно спокойной, они могут быть чрезвычайно опасными местами для катания на лодке, плавания или перехода вброд, поскольку характер циркуляции на стороне ниже по течению - обычно называемый гидравлическим прыжком - может затопить человека на неопределенное время. Это явление настолько хорошо известно каноистам, каякерам и другим людям, которые проводят время на реках, что у них даже есть печальное название плотин: «машины для утопления». [8] Если жертва попала в подобную ситуацию, ОНР Огайо рекомендует, чтобы жертва «подтянула подбородок, подтянула колени к груди, обхватив их руками. Надеюсь, что условия будут такими, что течение будет толкать жертву вперед. русло реки, пока оно не переместится за линию кипения и не будет снято гидравлической системой ". [9]Полиция штата Пенсильвания также рекомендует жертвам «свернуться калачиком, нырнуть на дно и плыть или ползать вниз по течению». [10] Поскольку гидравлический прыжок увлекает воздух, плавучесть воды между плотиной и линией кипения будет снижена более чем на 30%, и если пострадавший не может плавать, спасение у основания плотины может быть единственным вариант для выживания.
Общие типы [ править ]
Существует много различных типов плотин, и они могут варьироваться от простой каменной конструкции, которая едва заметна, до сложных и очень больших конструкций, требующих тщательного управления и обслуживания.
Широкохохлый [ править ]
Плотина с широким гребнем - это структура с плоским гребнем, где вода проходит по гребню, который покрывает большую часть или всю ширину канала. Это один из самых распространенных типов водосливов во всем мире.
Соединение [ править ]
Составной водослив - это любой водослив, который объединяет несколько различных конструкций в одну структуру. Их обычно можно увидеть в местах, где у реки есть несколько пользователей, которым может потребоваться обойти сооружение. Обычная конструкция - это водослив с широким гребнем на большей части своей длины, но с участком, где водослив останавливается или является «открытым», так что небольшие лодки и рыба могут пересекать конструкцию.
V-образный вырез [ править ]
Водослив с выемкой - это любой водослив, физический барьер которого значительно выше уровня воды, за исключением специальной выемки (часто V-образной), вырезанной в панели. Во время нормального потока вся вода должна проходить через выемку, что упрощает расчет объема потока, а во время наводнения уровень воды может подниматься и погружать водослив без каких-либо изменений в конструкции.
Полином [ править ]
Полиномиальный водослив - это водослив, геометрия которого определяется полиномиальным уравнением любого порядка n . [11] На практике большинство водосливов являются полиномиальными водосливами низкого порядка. Стандартный прямоугольный водослив - это, например, полиномиальный водослив нулевого порядка. Треугольные (V-образный вырез) и трапециевидные водосливы относятся к первому порядку. Полиномиальные водосливы высокого порядка обеспечивают более широкий диапазон взаимосвязей между напором и расходом и, следовательно, лучший контроль потока на выходе из озер, прудов и водохранилищ.
См. Также [ править ]
- Крамп плотина
- Рыболовная плотина
- Структура капли
- Плотина с фиксированным гребнем
- Международная Контрольная Плотина
Ссылки [ править ]
Примечания [ править ]
- ^ "определение плотины" . Dictionary.com . Архивировано 4 марта 2017 года . Проверено 3 марта 2017 .
- ^ "Плотина" . www.etymonline.com . Интернет-словарь этимологии. Архивировано 19 марта 2017 года . Проверено 20 мая 2017 года .
- ^ «Водосливы - Измерение расхода» . www.engineeringtoolbox.com . Архивировано 4 марта 2017 года . Проверено 3 марта 2017 .
- ^ «Факторы, влияющие на точность измерения расхода водослива» . openchannelflow.com . Архивировано из оригинала на 30 июля 2016 года . Дата обращения 2 мая 2018 .
- ↑ Шен 1981 , стр. B31, Equ 6.
- ^ Tummers et al. 2016 , с. 183-194.
- ^ Сильва и др. 2017 , с. 291-302.
- ^ Майкл Робинсон; Роберт Хутален. «Опасные дамбы» . Ассоциация каноэ / байдарок Род-Айленда . Род-Айленд. Архивировано из оригинала на 2010-08-12 . Проверено 26 июня 2011 .
- ^ Катание на лодках, Огайо DNR Подразделение парков и судов -. «Безопасность плотины Lowhead» . watercraft.ohiodnr.gov . Архивировано 30 ноября 2016 года . Дата обращения 2 мая 2018 .
- ^ "Архивная копия" . Архивировано 02 мая 2018 года . Проверено 15 июня 2017 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) Экранирование Низконапорная плотины
- ^ Baddour 2008 , стр. 260-262.
Цитированные работы [ править ]
- Акерс, Питер (1978). Водосливы и лотки для измерения расхода . ISBN 978-0471996378.
- Баддур, Рауф Э. (2008). "Уравнение разряда головы для полиномиального водослива с острым гребнем". Журнал ирригации и дренажной техники . 134 (2): 260–262. DOI : 10.1061 / (ASCE) 0733-9437 (2008) 134: 2 (260) . ISSN 0733-9437 .
- Клемменс, Альберт (2010). Измерение воды с помощью лотков и водосливов . ISBN 978-1887201544.
- Шен, Джон (1981). Расходные характеристики водосливов из тонкой пластины с треугольными выемками (PDF) . Вашингтон: Типография правительства США.
- Сильва, Серджио; Лоури, Маран; Макая-Солис, Консуэло; Байатт, Барри; Лукас, Мартин С. (2017). «Можно ли использовать навигационные шлюзы, чтобы помочь мигрирующим рыбам с плохими плавательными характеристиками пройти приливные заграждения? Испытание с миногами» . Экологическая инженерия . 102 : 291–302. DOI : 10.1016 / j.ecoleng.2017.02.027 . ISSN 0925-8574 .
- Tummers, Jeroen S .; Зима, Эмили; Сильва, Серджио; О'Брайен, Пэт; Чан, Мин-Хо; Лукас, Мартин С. (2016). «Оценка эффективности суперактивного перегородки Larinier для европейской речной миноги Lampetra fluviatilis до и после модификации настенной плиткой с шипами» . Экологическая инженерия . 91 : 183–194. DOI : 10.1016 / j.ecoleng.2016.02.046 . ISSN 0925-8574 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Шансон, Х. (2004). Гидравлика потока в открытом канале: Введение (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978 0 7506 5978 9.
- Шансон, Хуберт (2007). «Гидравлические характеристики кульвертов с минимальными потерями энергии в Австралии». Журнал производительности построенных объектов . 21 (4): 264–272. DOI : 10.1061 / (ASCE) 0887-3828 (2007) 21: 4 (264) . ISSN 0887-3828 .
- Гонсалес, Карлос А .; Шансон, Хуберт (2007). «Экспериментальные измерения распределения скорости и давления на большом водосливе с широким гребнем». Измерение расхода и приборы . 18 (3–4): 107–113. DOI : 10.1016 / j.flowmeasinst.2007.05.005 . ISSN 0955-5986 .
- Хендерсон, FM (1996), Open Channel Flow , Нью-Йорк: компания MacMillan
- Маккей, GR (1971). «Проектирование кульвертов с минимальной энергией». Отчет об исследованиях, Департамент гражданской инженерии, Univ. Квинсленда, Брисбена, Австралия, 29 страниц и 7 листов.
- Штурм, Терри В. (2010). Гидравлика открытого канала . Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-126793-9.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме плотин . |
 | Поищите плотину в Викисловаре, бесплатном словаре. |
- Гидравлика водопропускных труб с минимальными потерями энергии (MEL) и водных путей моста (нажмите «продолжить» на веб-странице с рекомендациями UQ-ITS)
