Vývařiště: Porovnání verzí
Smazaný obsah Přidaný obsah
malé doplnění |
totální rekonstrukce stránky značka: editace z Vizuálního editoru |
||
Řádek 1:
[[File:Hinze Dam Spillway overflows.jpg|300x300px|thumb|Přepad vody přes přeliv Hinze Dam a její vývar |alt=Hinze Dam Spillway overflows.jpg]]
Vývar, neodborně též někdy vývařiště, je jedním ze základních zařízení pro tlumení energie vody přepadající přes [[jez]], přelivné objekty [[Přehradní hráz|přehrad]] a pod., případně vytékajících ze základových výpustí přehrad či jejich odpadních štol, pomocí prohloubení dna pod objektem, které slouží k vytvoření a stabilizaci zpravidla vzdutého [[Vodní skok|vodního skoku]], někdy též skoku s povrchovým režimem<ref name=":0">Boor, B., Kunštátský, J. a Patočka, C. (1968): Hydraulika pro vodohospodářské stavby. SNTL/Alfa Praha/Bratislava</ref>,<ref name=":1">Kolář, V., Patočka, C. a Bém, J. (1983): Hydraulika. SNTL/Alfa Praha/Bratislava</ref>,<ref>Mäsiar, E. a Kamenský, J. (1985):Hydraulika pre stavebných inžinierov I - Objekty a potrubia. Alfa Bratislava</ref>. V podstatě se jedná o prohloubení dna, které může být doplněno dalšími prvky, které podporují disipaci energie ve vodním skoku (odrazníky, rozražeče). Protože voda odtékající z vývaru vykazuje ještě značnou [[Turbulentní proudění|turbulenci]], bývá za koncem prahu vývaru ještě pás těžkého [[Zához|záhozu]] z lomového kamene, chránící dno těsně za vývarem před erozí. Nejčastěji se lze setkat s vývarem půdorusu pravoúhelníku, používají se však (zejména na výtocích z odpadních štol) i vývary divergentní. Vývar musí být stavebně proveden tak, aby vydržel vysoké rychlosti vody na vstupu a značné dynamické zatížení proudící vodou. Návrh vývaru větších a velkých vodních děl bývá zpravidla přezkoušen a optimalizován [[Hydraulický výzkum|hydraulickým (též hydrotechnickým) výzkumem]] na [[Fyzikální model|fyzikálním modelu]] .
=== Výpočet jednoduchého vývaru se vzdutým vodním skokem ===
[[File:Vývar návrh.png|thumb|Výpočetní schéma pro návrh vývaru|300x300pixelů]]
Při přepadu vody přes jez nebo přelivný objekt přehrady je pro výpočet vývaru nutné určit obě vzájemné hloubky vodního skoku. Protože druhá vzájemná hloubka, která je rozhodující pro návrh hloubky vývaru, se může pro daný [[Průtok vodního toku|průtok]] lišit od hloubky v odpadním korytě, dané jeho [[Konsumpční křivka (hydrologie)|konsumční křivkou]] (a to jak směrem nahoru, tak dolů), a tento rozdíl se může měnit se změnou průtoku, je nutné určit také tzv. návrhový průtok. Pro povrchový vodní skok musíme vzhledem k rozsahu hesla odkázat na literaturu <ref name=":1" />.
==== Výpočet první vzájemné hloubky vodního skoku ====
První vzájemnou hloubku vodního skoku pod přelivem hráze nebo pod jezem určíme snadno z [[Bernoulliho rovnice]] pro profil nad přelivem (profil 0) a profil v patě přelivné plochy (profil C) - viz výpočetní schéma. Energetická výška <math>E_0</math> [m] je
<math>E_0=y_0+{{\alpha v_0^2} \over {2g}}</math>
[[Kategorie:Vodní díla]]▼
kde <math>y_0</math> [m] je výška hladiny ve zdrži či nádrži nad srovnávací rovinou (zde za ni považujeme dno vývaru), <math>\alpha</math> [-] [[Coriolisovo číslo]] (při těchto výpočtech se obvykle uvažuje <math>\alpha=1</math>), <math>v_0</math> [ms<sup>-1</sup>] přítoková [[rychlost]] (rychlost před jezem nebo přelivem hráze) a <math>g</math> [ms<sup>-2</sup>] [[tíhové zrychlení]]. Energetická výška v patě přelivné plochy je
<math>E_C=y_C+{{\alpha v_C^2} \over {2g}}+ Z</math>
kde [[ztráta energie]] mezi profily 0 a C je <math>Z</math> [m], <math>Z=\xi {{\alpha v_C^2} \over {2g}}</math>, kde <math>\xi</math> [-] je ztrátový součinitel.
Protože <math>E_0=E_C</math> , po dosazení <math>1+\xi=1/\varphi^2</math> kde <math>\varphi</math> [-] je rychlostní součinitel a <math>v_C=Q/S_C</math> kde <math>Q</math> [m<sup>3</sup>s<sup>-1</sup>] je [[Průtok vodního toku|průtok]] přes přeliv a <math>S_C</math> [m<sup>2</sup>] [[průtočná plocha]] v profilu C, a po úpravě dostáváme vztah
<math>E_1=y_C+{{Q^2} \over {2g \varphi^2 S_C^2}}</math>
z něhož již snadno určíme rychlost v patě přelivné plochy <math>y_C</math>. Protože <math>S_C=f(y_C)</math>, je třeba rovnici řešit postupným přibližováním. Hodnota rychlostního součinitele závisí na výšce, tvaru a charakteru příslušné přelivné plochy a lze jej nalézt v literatuře. Hloubku <math>y_C</math> v dalších výpočtech uvažujeme jako první vzájemnou hloubku vodního skoku,<math>y_1=y_C</math>
==== Určení druhé vzájemné hloubky vodního skoku ====
Druhou vzájemnou hloubku <math>y_2</math> určíme snadno z rovnice vodního skoku, např. ve tvaru
<math>y_2={y_1 \over 2}(\sqrt{1+8Fr_1^2}-1)</math>
kde <math>Fr_1</math>[-] je [[Froudeho číslo]], v tomto případě v profilu C.
==== Dimenzování vývaru ====
===== Hloubka vývaru =====
Pro daný průtok <math>Q</math> určíme z [[Konsumční křivka|konsumční křivky]] odpadního koryta příslušnou hloubku vody <math>t</math> [m] a porovnáme ji s druhou vzájemnou hloubkou <math>y_2</math> vypočtenou pro tento průtok. Mohou nastat tři případy (viz též heslo [[vodní skok]]):
<math>y_2<t</math>
<math>y_2=t</math>
<math>y_2>t</math>
V prvním případě - hloubka vody v odpadním korytě je větší než druhá vzájemná hloubka - evidentně vznikne vodní skok vzdutý nad patou přelivné plochy.
Druhý případ je velmi nepravděpodobný, vznikl by právě vodní skok přilehlý. Aby byla zabezpečena jeho transformace do vodního skoku vzdutého, bylo by třeba mírné prohloubení dna, obdobné následujícímu případu.
Poku je druhá vzájemná hloubka větší než hloubka v odpadním korytě, vznikl by vodní skok oddálený. To znamená, že bystřinné proudění by pokračovalo odpadním korytem, ztrátami třením by se zvětšovala jeho hloubka a vodní skok by se vytvořil v místě, kde by hloubka bystřinného proudění dosáhla první vzájemné hloubky <math>y_1</math> příslušné druhé vzájemné hloubce <math>y_2=t</math>. Aby se vytvořil vodní skok vzdutý, je nutné snížit dno ve vývaru pod úroveň dna odpadního koryta, a to o hodnotu
<math>d=\sigma y_2-t</math>
kde <math>d</math> [m] je hloubka vývaru a <math>\sigma</math> [-] je tzv. míra vzdutí (zpravidla se uvažuje <math>\sigma=1,05-1,10</math>).
===== Délka vývaru =====
Délka vývaru <math>l_v</math> [m] zpravidla postačuje poněkud menší než je délka prostého [[Vodní skok|vodního skoku]] <math>l</math>; podle Smetany postačuje
<math>l_v=(0,8-1,1)l</math>, podle Čábelky <math>l_v=(0,8-1,0)l</math>. Novák udává na základě experimentů vztah<ref name=":0" />
<math>l_v=K(y_2-y_1)</math> kde
<math>K=5,5</math> pro <math>3<y_2/y_1<4</math>
<math>K=5,0</math> pro <math>4\leq y_2/y_1<6</math>
<math>K=4,5</math> pro <math>6\leq y_2/y_1<20</math>
<math>K=4,0</math> pro <math>y_2/y_1>20</math>.
==== Určení návrhového průtoku ====
Protože největší hloubka vývaru nemusí nutně být pro největší průtok, je třeba při návrhu vývaru stanovit tzv. návrhový průtok. Postup je dosti jednoduchý - pro několik zvolených průtoků vypočteme potřebné hloubky vývaru a pokud možno je vyneseme do grafu v závislosti na průtoku. Získané body spojíme "od ruky" plynulou křivkou, jejíž maximum nám určuje návrhový průtok. Pro tento návrhový průtok pak provedeme konečný návrh rozměrů vývaru.
=== Příslušenství vývaru ===
[[File:Vývar příslušenství.png|thumb|Příslušenství vývaru|300x300pixelů]]
Každý vývar je zakončen závěrným prahem a pro lepší tlumení energie a stabilizaci vodního skoku může být opatřen odrazníky a rozražeči v různém uspořádání. Pokud jsou použity odrazníky nebo rozražeče, a přitom není použit standardní typový vývar (viz např. <ref>Peterka, A.J. (1978): Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators. Engineering Monograph No 25. USBR, Denver CO</ref>,<ref>- (1987): Design of Small Dams. A Water Resources Technical Publication. 3rd ed. USBR, Denver CO</ref>), je nutné funkci tohoto příslušenství a jeho účinnost ověřit výzkumem na fyzikálním modelu, protože nevhodný návrh může funkci vývaru i výrazně zhoršit.
==== Závěrný práh ====
Závěrný práh vývaru se kdysi navrhoval jako kolmý (viz a) na obr.), později jako stupňovitý (viz b) na obr.). Oba tyto typy nejsou podle pozdějších poznatků vhodné, protože v případě chodu [[Splaveniny|splavenin]] může docházet k jejich ukládání v mrtvých prostorech před prahem nebo v jeho stupních, nebo i k [[Eroze|erozi]] materiálu prahu obrusem splaveninami. Proto se zejména u jezů, kde může k pohybu splavenin docházet, běžně užívá závěrný práh ve sklonu 1:3 (viz c) na obr.), přes který mohou splaveniny bez problémů přecházet.[[File:Práh vývaru.png|thumb|Závěrný práh vývaru]]
Závěrný práh může být případně opatřen rozražeči podle Rehbocka.
Za zvláštních okolností může být použit i tzv. vývar se zvýšeným prahem, kde dno odpadního koryta je níže než hřbet prahu. Toto uspořádání má výhodu menší hloubky vývaru (a tudíž menšího objemu zemních prací). Výpočet vývaru je však poněkud odlišný (je třeba odkázat na literaturu).
==== Odrazníky a rozražeče ====
[[Soubor:Slapská_přehrada,_zdola_(01).jpg|náhled|300x300pixelů|V.D. Slapy - přelivná plocha typu lyžařského můstku s odrazníky]]
Odrazníky bývají v běžných případech umístěny v patě přelivné plochy. Jejich účelem je rozdělit přepadající paprsek na větší průtočnou plochu. Některá vodní díla jsou opatřena přelivnou plochou ve tvaru lyžařského můstku (např. V.D. Slapy či Orlík), kde přepadající voda je vlastní setrvačností vrhána do vývaru ve větší vzdálenosti od paty hráze. Odrazníky v těchto případech opět přispívají k většímu rozdělení paprsku po ploše i k jeho lepšímu provzdušení, důsledkem čehož je zase lepší tlumení energie.
Rozražeče jsou v jedné nebo více řadách pravidelně rozmístěné bloky vhodného tvaru (vzhledem k vysokým rychlostem ve vývaru hrozí nebezpečí [[kavitace]]) a velikosti umístěné na dně vývaru. Je známo i jejich umístění na závěrném prahu, navržené Rehbockem.
== Reference ==
<references />
▲[[Kategorie:Hydraulika | Vodní díla]]
| |||