5 Водосливы

5.1 Классификация водосливов 2, 3

Водосливом называется преграда в потоке, стесняющая его снизу и с боков (рис. 1).

Рисунок 1 – Водослив

Область потока перед водосливом называется верхним бьефом, а область после водослива – нижним бьефом.

Превышение отметки свободной поверхности в верхнем бьефе над отметкой порога водослива называется геометрическим напором на водосливе Н. геометрический напор измеряется на расстоянии (3…4)Н от верховой грани водослива, где понижение уровня перед водосливом практически несущественно. Напор с учётом скорости подхода v₀ называется полным напором Н₀ :

Н₀ = Н + . (1)

Разность отметок свободной поверхности в верхнем и нижнем бьефах называется геометрическим перепадом на водосливе z (рис. 2). Полным перепадом на водосливе называется сумма геометрического перепада и скоростного напора перед водосливом:

z₀ = z + . (2)

Рисунок 2 – Перепад на водосливе

Водослив характеризуется также шириной отверстия водослива b, шириной русла, в котором устроен водослив В, толщиной водосливной стенки , высотой водосливной стенки со стороны верхнего бьефа Р_в и нижнего бьефа Р_н.

В зависимости от формы и соотношения геометрических характеристик существуют следующие классификации водосливов.

1. По очертанию и размерам водосливной стенки:

 водосливы с тонкой стенкой (рис. 3, а), в которых поток касается только верховой кромки водослива. Это возможно при скошенной в верхней части стенке или при толщине стенки   0,67 Н;

 водосливы с широким порогом (рис. 3, б), гребень которых представляет горизонтальную плоскость. Такие водосливы удовлетворяют условию (2…3) Н    (8…10 Н;

 водосливы практического профиля криволинейного (рис. 3, г) или полигонального очертания (рис. 3, в) при 0,67 Н    (2…3) Н.

Рисунок 3 – Виды водосливов по очертанию и размерам водосливной стенки

2. По форме сливного отверстия: прямоугольные, треугольные, трапецеидальные, криволинейные водосливы (рис. 4).

Рисунок 4 – Виды водосливов по форме водосливного отверстия

3. По расположению водосливной стенки в плане: прямые (лобовые), косые, полигональные, криволинейные, кольцевые водосливы.

4. По очертанию в плане (рис. 5):

 без бокового сжатия, когда b = В;

 водосливы с боковым сжатием, когда b  В.

Рисунок 5 – Виды водосливов по очертанию в плане

5. По характеру протекания воды:

 свободные (незатопленные) водосливы (рис. 2, а), когда глубина в нижнем бьефе не влияет на условия протекания воды через водослив, то есть не влияет на величины расхода Q или напора Н;

 затопленные водосливы (рис. 2, б), когда глубина в нижнем бьефе влияет на условия протекания воды через водослив, то есть не влияет на величины расхода Q или напора Н.

Пропускную способность водослива и её определение рассмотрим на примере прямоугольного водослива с тонкой стенкой (рис. 1). Такой водослив можно рассматривать как большое прямоугольное отверстие, не ограниченное сверху стенкой. В этом случае Н₁ = 0, Н₂ = Н и

Q = , (3)

где  коэффициент расхода водослива.

Введём вместо н полный напор Н₀, учитывающий скорость подхода. Тогда получим

Q = . (4)

Коэффициент расхода водослива , зависящий от типа водослива и соотношения его геометрических характеристик, определяется опытным путём.

Боковое сжатие (рис. 5) затрудняет протекание воды через водослив. Это приводит к уменьшению расхода Q при постоянном напоре Н или увеличению напора при постоянном расходе.

Влияние бокового сжатия обычно учитывается уменьшением коэффициента расхода водослива или введение в формулу (4) дополнительного множителя (коэффициента), меньше единицы.