Jaz - Weir
Jaz / wag ɪər / lub niskociśnieniowe zapora jest bariera w poprzek szerokości rzeki, co zmienia właściwości przepływu wody i zwykle powoduje zmianę wysokości poziomu wody w rzece. Służą również do kontrolowania przepływu wody do wylotów jezior, stawów i zbiorników. Istnieje wiele konstrukcji jazów, ale zwykle woda swobodnie przepływa przez szczyt korony jazu, zanim spływa kaskadą na niższy poziom.
Etymologia
Nie ma jednej definicji, co stanowi jaz i jeden słownik angielsko prostu definiuje jaz jako małe zapory , prawdopodobnie pochodzący z Bliskiego angielskiego były , staroangielski wer , pochodna korzenia werian, czyli „bronić, dam”.
Funkcjonować
Zwykle jazy są używane do zapobiegania powodziom , pomiaru przepływu wody i ułatwienia żeglugi po rzekach łodzią. W niektórych lokalizacjach terminy zapora i jaz są synonimami, ale zwykle istnieje wyraźne rozróżnienie między konstrukcjami. Zazwyczaj zapora jest projektowana specjalnie w celu spiętrzenia wody za ścianą, podczas gdy jaz ma na celu zmianę charakterystyki przepływu rzeki.
Powszechne rozróżnienie między tamami i jazami polega na tym, że woda przepływa przez szczyt (grzebień) jazu lub pod nim przynajmniej przez część jego długości. W związku z tym koronę przelewu przelewowego na dużej zaporze można nazwać jazem. Jazy mogą różnić się wielkością zarówno w poziomie, jak i w pionie, przy czym najmniejszy ma tylko kilka cali wysokości, podczas gdy największy może mieć wiele metrów wysokości i setki metrów długości. Poniżej przedstawiono niektóre typowe cele jazów.
Pomiar przepływu
Jazy umożliwiają hydrologom i inżynierom prostą metodę pomiaru objętościowego natężenia przepływu w małych i średnich strumieniach/rzekach lub w przemysłowych miejscach zrzutów. Ponieważ geometria szczytu jazu jest znana i cała woda przepływa przez jaz, głębokość wody za jazem można przeliczyć na natężenie przepływu. Można to jednak osiągnąć tylko w miejscach, w których cała woda przepływa nad koroną jazu (w przeciwieństwie do boków lub przez kanały lub śluzy) oraz w miejscach, w których woda przepływająca przez koronę jest odprowadzana z konstrukcji . Niespełnienie tych warunków może sprawić, że pomiar przepływu będzie skomplikowany, niedokładny lub nawet niemożliwy.
Obliczenie rozładowania można podsumować jako:
Gdzie:
- Q jest objętościowym natężeniem przepływu płynu ( rozładowania )
- C to współczynnik przepływu dla konstrukcji (średnio 0,62).
- L to szerokość grzebienia
- H jest to wysokość głowy wody na grzbiecie
- n zależy od konstrukcji (np. 3/2 dla jazu poziomego, 5/2 dla jazu z wycięciem w kształcie litery V)
Jednak to obliczenie jest ogólną zależnością, a szczegółowe obliczenia są dostępne dla wielu różnych typów jazu. Przelewy pomiarowe muszą być dobrze utrzymane, jeśli mają zachować dokładność.
Przepływ przez jaz w kształcie litery V
Przepływ przez jaz w kształcie litery V (w stopach 3 /s) jest określony równaniem Kindsvatera-Shena.
Gdzie:
- Q jest objętościowym natężeniem przepływu płynu w stopach 3 /s
- g to przyspieszenie ziemskie w stopach na sekundę 2
- C e jest współczynnikiem korekcji przepływu podanym w Shen 1981 , s. B29, ryc. 12
- θ jest kątem jazu V-notch
- h jest wysokością płynu nad dnem wycięcia w kształcie litery V
- k jest współczynnikiem korekcji głowy podanym w Shen 1981 , s. B20, rys. 4
Kontrola gatunków inwazyjnych
Ponieważ jazy są fizyczną barierą, mogą utrudniać ruch wzdłużny ryb i innych zwierząt w górę iw dół rzeki. Może to mieć negatywny wpływ na gatunki ryb migrujące w ramach cyklu lęgowego (np. łososiowate ), ale może być również przydatne jako metoda zapobiegania przemieszczaniu się gatunków inwazyjnych w górę rzeki. Na przykład jazy w regionie Wielkich Jezior pomogły zapobiec kolonizacji inwazyjnego minoga morskiego dalej w górę rzeki.
Młyny wodne
Stawy młyńskie są tworzone przez jaz, który spiętrza wodę, która następnie przepływa przez konstrukcję. Energia wytworzona przez zmianę wysokości wody może być następnie wykorzystana do napędzania kół wodnych i tartaków, ściernic i innego sprzętu.
Kontrola powodzi i zmiana warunków rzecznych
Jazy są powszechnie używane do kontrolowania natężenia przepływu rzek w okresach wysokiego przepływu. Śluzy (lub w niektórych przypadkach wysokość korony jazu) mogą być zmieniane w celu zwiększenia lub zmniejszenia objętości spływającej wody. Jazy w tym celu są powszechnie spotykane przed miastami i wsiami i mogą być obsługiwane automatycznie lub ręcznie. Nawet nieznaczne spowolnienie tempa przepływu wody w dół rzeki może mieć nieproporcjonalny wpływ na prawdopodobieństwo powodzi. Na większych rzekach jaz może również zmienić charakterystykę przepływu w drodze wodnej do tego stopnia, że statki będą w stanie poruszać się po obszarach wcześniej niedostępnych z powodu ekstremalnych prądów lub wirów . Wiele większych jazów będzie miało cechy konstrukcyjne, które pozwolą łodziom i użytkownikom rzeki „strzelać do jazu” i poruszać się, przechodząc w górę lub w dół strumienia bez konieczności wychodzenia z rzeki. Jazy budowane w tym celu są szczególnie powszechne na Tamizie , a większość z nich znajduje się w pobliżu każdej z 45 śluz na rzece .
Zagadnienia
Ekologia
Ponieważ jaz zatapia za nim wodę i zmienia reżim przepływu rzeki, może mieć wpływ na lokalną ekologię . Zazwyczaj zmniejszona prędkość rzeki w górę rzeki może prowadzić do zwiększonego zamulenia (osadzanie się drobnych cząstek mułu i gliny na dnie rzeki), co zmniejsza zawartość tlenu w wodzie i przytłacza siedliska bezkręgowców i miejsca tarła ryb . Zawartość tlenu zwykle wraca do normy po przejściu wody przez koronę jazu (chociaż może być nadmiernie natleniona), chociaż zwiększona prędkość rzeki może przemyć koryto rzeki, powodując erozję i utratę siedlisk.
Migracja ryb
Jazy mogą mieć znaczący wpływ na migrację ryb . Każdy jaz, który przekracza albo maksymalną wysokość, jaką gatunek może przeskoczyć, albo tworzy warunki przepływu, których nie można ominąć (np. z powodu nadmiernej prędkości wody), skutecznie ogranicza maksymalny punkt w górę rzeki, do którego ryby mogą migrować. W niektórych przypadkach może to oznaczać utratę ogromnych długości siedlisk lęgowych, co z czasem może mieć znaczący wpływ na populacje ryb.
W wielu krajach istnieje obecnie wymóg prawny, aby wbudować przepławki dla ryb do projektu jazu, aby zapewnić rybom możliwość ominięcia barier i uzyskania dostępu do siedlisk w górnym biegu rzeki. W przeciwieństwie do tam, jazy zwykle nie zapobiegają migracji ryb w dół rzeki (ponieważ woda przepływa przez górę i pozwala rybom ominąć strukturę w tej wodzie), chociaż mogą tworzyć warunki przepływu, które ranią młode ryby. Ostatnie badania sugerują, że śluzy nawigacyjne mają również potencjał, aby zapewnić zwiększony dostęp dla szeregu organizmów żywych , w tym ubogich pływaków.
Bezpieczeństwo
Mimo że woda wokół jazów często wydaje się stosunkowo spokojna, mogą być niezwykle niebezpiecznymi miejscami do pływania łodzią, pływania lub brodzenia, ponieważ wzorce cyrkulacji po stronie dolnego strumienia — zwykle nazywane skokiem hydraulicznym — mogą zanurzać człowieka w nieskończoność. Zjawisko to jest tak dobrze znane kajakarzom, kajakarzom i innym spędzającym czas na rzekach, że mają nawet smutną nazwę dla jazów: „tonące maszyny”. Ohio DNR zaleca, aby ofiara „podwinęła podbródek, podciągnęła kolana do klatki piersiowej z owiniętymi ramionami. linii zagotowania i zwolnione przez hydraulikę." Policja Stanowa Pensylwanii zaleca również ofiarom „zwijanie się w kłębek, nurkowanie na dno i pływanie lub czołganie się w dół rzeki”. Ponieważ skok hydrauliczny wciąga powietrze, wyporność wody między tamą a linią wrzenia zostanie zmniejszona o 30%, a jeśli ofiara nie jest w stanie unosić się na wodzie, ucieczka u podstawy zapory może być jedyną opcją na przeżycie .
Powszeche typy
Istnieje wiele różnych rodzajów jazów, od prostej, ledwo zauważalnej konstrukcji kamiennej po skomplikowane i bardzo duże konstrukcje, które wymagają kompleksowego zarządzania i konserwacji.
Szeroko czubaty
Jaz o szerokim czubku to struktura o płaskim czubku, w której woda przepływa przez grzebień pokrywający większość lub całą szerokość kanału. Jest to jeden z najczęstszych rodzajów jazów spotykanych na całym świecie.
Pogarszać
Jaz złożony to każdy jaz składający się z kilku różnych konstrukcji w jednej konstrukcji. Są one powszechnie spotykane w miejscach, w których rzeka ma wielu użytkowników, którzy mogą potrzebować ominąć konstrukcję. Typowy projekt to taki, w którym jaz ma szeroką koronę przez większą część swojej długości, ale ma część, w której jaz zatrzymuje się lub jest „otwarty”, tak aby małe łodzie i ryby mogły przemierzać konstrukcję.
Wycięcie w kształcie litery V
Jaz karbowany to każdy jaz, w którym bariera fizyczna jest znacznie wyższa niż poziom wody, z wyjątkiem określonego wycięcia (często w kształcie litery V) wyciętego w panelu. W czasie normalnego przepływu cała woda musi przejść przez wycięcie, co upraszcza obliczenia objętości przepływu, a w czasie powodzi poziom wody może się podnieść i zanurzyć jaz bez żadnych zmian konstrukcyjnych.
Wielomian
Jaz wielomianowy to jaz o geometrii określonej równaniem wielomianowym dowolnego rzędu n . W praktyce większość jazów to jazy wielomianowe niskiego rzędu. Standardowym jazem prostokątnym jest np. jaz wielomianowy rzędu zerowego. W porządku są jazy trójkątne (V-notch) i trapezowe . Jazy wielomianowe wysokiego rzędu zapewniają szerszy zakres zależności Head-Discharge, a tym samym lepszą kontrolę przepływu na wylotach jezior, stawów i zbiorników.
Zobacz też
Bibliografia
Uwagi
Prace cytowane
- Akers, Piotr (1978). Jazy i koryta do pomiaru przepływu . Numer ISBN 978-0471996378.
- Baddour, Raouf E. (2008). „Równanie wyładowania głowy dla jazu wielomianowego Sharp-Crested”. Czasopismo Inżynierii Nawadniania i Odwadniania . 134 (2): 260–262. doi : 10.1061/(ASCE)0733-9437(2008)134:2(260) . ISSN 0733-9437 .
- Clemmens, Albert (2010). Pomiar wody z korytami i jazami . Numer ISBN 978-1887201544.
- Shen, John (1981). Charakterystyka rozładowania trójkątnych jazów cienkopłytowych (PDF) . Waszyngton: Biuro Drukarskie Rządu Stanów Zjednoczonych.
- Silva, Sergio; Lowry'ego, Marana; Macaya-Solis, Consuelo; Byatt, Barry; Lucas, Martyn C. (2017). „Czy można wykorzystać śluzy nawigacyjne, aby pomóc wędrownym rybom o słabych wynikach pływania w pokonywaniu zapór pływowych? Test z minogiem” . Inżynieria ekologiczna . 102 : 291–302. doi : 10.1016/j.ecoleng.2017.02.027 . ISSN 0925-8574 .
- Tummers, Jeroen S.; Zima, Emily; Silva, Sergio; O'Brien, Pat; Jang, Min-Ho; Lucas, Martyn C. (2016). „Ocena skuteczności przepławki dla ryb Larinier z super aktywną przegrodą dla europejskiego minoga rzecznego Lampetra fluviatilis przed i po modyfikacji za pomocą naściennych płytek z ćwiekami” . Inżynieria ekologiczna . 91 : 183-194. doi : 10.1016/j.ecoleng.2016.02.046 . ISSN 0925-8574 .
Dalsza lektura
- Chanson, H. (2004). Hydraulika przepływu w otwartym kanale: Wprowadzenie (2nd ed.). Oksford: Butterworth-Heinemann. Numer ISBN 978-0-7506-5978-9.
- Chanson, Hubert (2007). „Wydajności hydrauliczne przepustów o minimalnych stratach energii w Australii” (PDF) . Dziennik Wykonania Wybudowanych Obiektów . 21 (4): 264–272. doi : 10.1061/(ASCE)0887-3828(2007)21:4(264) . ISSN 0887-3828 .
- Gonzalez, Carlos A.; Chanson, Hubert (2007). „Eksperymentalne pomiary rozkładów prędkości i ciśnienia na dużym jazie szerokoczubowym” (PDF) . Pomiar przepływu i oprzyrządowanie . 18 (3–4): 107–113. doi : 10.1016/j.flowmeasinst.2007.05.005 . ISSN 0955-5986 .
- Henderson, FM (1996), Open Channel Flow , Nowy Jork: MacMillan Company
- McKay, GR (1971). „Projektowanie minimalnych przepustów energetycznych”. Raport z badań, Wydział Inżynierii Cywilnej, Uniw. of Queensland, Brisbane, Australia, 29 stron i 7 tablic.
- Sturm, Terry W. (2010). Hydraulika z otwartym kanałem . McGraw-Hill. Numer ISBN 978-0-07-126793-9.
Zewnętrzne linki
- Hydraulika Minimalna strata energii (MEL), przepustów i mostów śródlądowej (kliknij „przejść” na UQ-its webapge Doradczego)