Ступенчатый водосброс

— Ступенчатый водосброс это водосброс со ступенями на желобе водосброса, способствующими рассеиванию кинетической энергии нисходящей воды. Это устраняет или снижает необходимость в дополнительном рассеивателе энергии, например, в водоеме, в конце водосброса ниже по течению.

Исторические события

Ступенчатые водосбросы, состоящие из плотин и каналов, используются уже более 3500 лет с тех пор, как первые сооружения были построены в Греции и на Крите . В древности конструкция ступенчатого желоба использовалась для водосбросов плотин, ливневых водоводов и в каналах городского водоснабжения. Большинство из этих ранних сооружений были построены вокруг Средиземного моря , а опыт проектирования ступенчатых водосбросов последовательно распространялся римлянами, мусульманами и испанцами. ^{[ 1 ]}

Хотя первые ступенчатые водосбросы были построены из каменной кладки, необлицованного камня и дерева, в середине 19 века был представлен более широкий спектр строительных материалов, включая первый бетонный ступенчатый водосброс плотины Голд-Крик (1890 г.) в Брисбене, Австралия. В первой половине 20-го века конструкция ступенчатого каскада вышла из моды, отчасти из-за затрат на техническое обслуживание, но также из-за развития гидравлических прыжковых успокоительных бассейнов. Однако многолетняя эксплуатация нескольких знаменитых ступенчатых каскадов продемонстрировала состоятельность конструкции ступенчатого водосброса. ^{[ нужна ссылка ]}

Хотя конструкция ступенчатого водосброса была распространена до начала 20-го века, с тех пор большой опыт был утерян, и нынешний опыт ограничивается очень простой геометрией, а именно некоторыми плоскими горизонтальными ступенчатыми призматическими желобами, несмотря на некоторый недавний интерес к ступенчатым водосбросам. конструкция водослива. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Основные характеристики потока

Поток через ступенчатый водосброс можно разделить на три различных режима потока в зависимости от скорости потока для данной геометрии ступенчатого водосброса: покровный , переходный и скимминговый режимы потока с возрастающими скоростями потока. ^{[ 3 ]} При заданной ступенчатой геометрии водосброса покровные течения наблюдаются при небольших расходах. Для них характерна последовательность свободно падающих покровов на каждом краю ступени с последующим воздействием покрова на следующей ступени. Переходные течения наблюдаются для ряда промежуточных разрядов. Основными особенностями этого режима течения являются сильные гидродинамические колебания, разбрызгивание и разбрызгивание вблизи свободной поверхности. На сегодняшний день переходный поток избегается для расчетных условий потока из-за прошлых неудач. ^{[ нужна ссылка ]}

Для наиболее крупных расходов наблюдается скимминговый режим течения. Воды скользят по псевдодну, образованному краями ступенек, сплошным турбулентным потоком. Под псевдодном полости заполняют интенсивная рециркуляция и вертикальные структуры. ^{[ 4 ]} Эти рециркуляционные вихри поддерживаются за счет передачи напряжения сдвига от основного потока и вносят значительный вклад в рассеивание энергии вниз по ступенчатому водосбросу. ^{[ нужна ссылка ]}

Для небольшой плотины покровный поток считается наиболее эффективным с точки зрения рассеивания энергии, тогда как скимминговый поток наиболее эффективен для длинных водосбросов и больших плотин. ^{[ 2 ]}

Обсуждение

Габионные ступенчатые плотины обычно используются для защиты насыпей, подготовки рек и борьбы с наводнениями; Ступенчатая конструкция увеличивает скорость рассеивания энергии в канале и особенно хорошо подходит для строительства габионных ступенчатых плотин. ^{[ 5 ]} При очень слабом расходе может наблюдаться пористый режим просачивания, когда вода просачивается сквозь материалы габионов и перелив за края ступеней отсутствует. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ Шансон, Х. (2001–2002). Историческое развитие ступенчатых каскадов для рассеивания гидравлической энергии . Труды Общества Ньюкомена, Vol. 71, № 2, стр. 295–318 (ISSN 0372–0187).
^ Перейти обратно: ^а ^б Шансон, Х. (1995). Гидравлическое проектирование ступенчатых каскадов, каналов, плотин и водосбросов . Пергамон, Оксфорд, Великобритания, январь, 292 страницы. ISBN 0-08-041918-6 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Шансон, Х. (2001). Гидравлика ступенчатых желобов и водосбросов . Балкема, Лиссе, Нидерланды. ISBN 90-5809-352-2 .
^ Раджаратнам, Н. (1990). Снятие стока в ступенчатых водосбросах . Jl из Гида. англ., ASCE, Vol. 116, нет. 4, с. 587-591.
^ Вутрич Д. и Шансон Х. (2014). «Гидравлика, вовлечение воздуха и рассеивание энергии на габионной ступенчатой плотине» . Журнал гидротехники . 140 (9): Бумага 04014046, 10 страниц. doi : 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000919 . ISSN 0733-9429 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Внешние ссылки

Исследование ступенчатого водосброса - (2017), Университет Квинсленда.

[Chanson_20012002-1] Шансон, Х. (2001–2002). Историческое развитие ступенчатых каскадов для рассеивания гидравлической энергии . Труды Общества Ньюкомена, Vol. 71, № 2, стр. 295–318 (ISSN 0372–0187).

[Chanson_book1995-2] Перейти обратно: ^а ^б Шансон, Х. (1995). Гидравлическое проектирование ступенчатых каскадов, каналов, плотин и водосбросов . Пергамон, Оксфорд, Великобритания, январь, 292 страницы. ISBN 0-08-041918-6 .

[Chanson_book2001-3] Перейти обратно: ^а ^б Шансон, Х. (2001). Гидравлика ступенчатых желобов и водосбросов . Балкема, Лиссе, Нидерланды. ISBN 90-5809-352-2 .

[Rajaratnam1990-4] Раджаратнам, Н. (1990). Снятие стока в ступенчатых водосбросах . Jl из Гида. англ., ASCE, Vol. 116, нет. 4, с. 587-591.

[Wuthrich_Chanson2014-5] Вутрич Д. и Шансон Х. (2014). «Гидравлика, вовлечение воздуха и рассеивание энергии на габионной ступенчатой плотине» . Журнал гидротехники . 140 (9): Бумага 04014046, 10 страниц. doi : 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000919 . ISSN 0733-9429 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]