Hidrológiai Közlöny 1955 (35. évfolyam)
1-2. szám - Ifj. Szepessy József: Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet kísérleti nagycsatornájának vízhozammérő berendezése
Szepessy J.: Kísérleti nagycsatorna vízhozammérője Hidrológiai Közlöny 35. évf. 1955. 1—2. sz. 7 téken túl emelkedve ráduzzaszt erre a rohanó szakaszra, két hátránnyal is jár: egyrészt a vízhozam már csak két vízállás különbségéből számítható, másrészt a rohanó víz már nem függetleníti a felső vízteret az alsótól, ami — mint a későbbiekben látni fogjuk — fontos. A legkisebb (1 m 3/s) vízhozamnál a küszöb legfeljebb 31 cm-rel lehet a vizsgált csatorra esetében az alvíz szintje alatt, nagyobb alvízmélységnél a vízugrás már nem tud kialakulni, az alvíz beduzzaszt a torokba. Az adott legmagasabb alsó vízszint megszabja a küszöb 99,19-es szintjét. így azonban az 5 m 3/s vízhozam már csak 100,50 m szintű fel vízzel folyhat le. Ennek tartóssága a legkedvezőbb évben is csak 75 nap, volt azonban esztendő, amikor csak 4 napig mérhettünk volna. Több, kisebb Venturi csatornát beépítve a helyzet javult volna még valamit, de az elérhető haszon nem arányos már az evvel járó hátrányokkal. Ezeket megfontolva, több szempontból újra megvizsgáltuk a mérőberendezést. Nyilvánvaló, hogy a csatornában nem lesz mindig szükség 3 m vízmélységre. Ha éppen olyan modellünk van beépítve, amihez pl. 1 vagy 2 vízmélység szükséges, és a vízmérőberendezés magassági elhelyezését ehhez be tudjuk állítani, akkor a gravitációs kísérleti lehetőség időtartamát sokkal nagyobb mértékben tudjuk meghosszabbítani, mint a legjobb hatásfokú mérőberendezéssel. Ebben a megvilágításban a mérőberendezés vesztesége két részből tevődik össze: saját vesztesége, mely a megengedett legmagasabb alvíz és a hozzátartozó felső vízszint közt mérhető, és a berendezés utáni veszteség, mely a tényleges és a megengedett legmagasabb alvízszint között keletkezik azért, mert nem tudunk az alvízszinthez igazodni. Fontos követelmény a mérőberendezés fölötti tér függetlenítése az alsó víztértől. Laboratóriumi tapasztalataink szerint, ha az alsó víz lökései vissza tudnak hatni a felső vízre, a rendszer könnyen lengésbe jön. (Pl.: ha a víz egy üvegcsatornába épített zsiliptábla alatt folyik keresztül, rohanás nélkül.) Ha a zsilip fölötti és alatti térben aránylag lassú vízmozgás van, egy alvíz felől érkező hullám lökés formájában tovább adódik a felső térbe. A visszatérő hullám most már a vízhozam lökésszerű változásaként jelentkezik és indít hullámot megint az alsó térbe. Ha a két víztér méretei megfelelőek, (rezonancia) az egész rendszer erős lengésbe jön. Ez a kísérletezésnél megengedhetetlen. Természetesen ki lehetne alakítani a két teret úgy is, hogy ne alkossanak rezonáló rendszert. Ez azonban nehéz, mert az egyik víztér, maga a kísérleti csatorna. Minden modellbeépítés előtt, külön kismintakísérlettel kellene a megfelelő beépítési távolságot stb. kikeresni, mert számítani a bonyolult formájú víztereket nem tudjuk. Emellett minden legkisebb változás a vízmélységben, a modell alakján stb., új helyzetet teremt, melyben az előbb még nyugodt vízrendszer lengésbe jöhet. Ha a lengést meg is tudnánk szüntetni, rendkívül nehézkes lenne a kísérlet: a modell legkisebb megmozdulása, állítása befolyásolja a modell felvízét. Ha ez a hatás tovább terjed a mérőberendezés fölötti nagy csillapítótérbe, megváltozik a vízhozam is. Egyetlen segítség lehetséges, olyan vízmérőberendezés kialakítása, amin az alvízszint változása, hullámzása nem juthat keresztül a felső vízbe. A rohanó vízről tudjuk, hogy rajta hatás fölfelé nem terjed, mert a hullámsebességgel terjedő hatások a hullámsebességnél gyorsabb, rohanó vízen nem haladhatnak fölfelé. Amelyik mérőberendezésben szabadfelszínű rohanó vízszakaszt tudunk kialakítani, (ilyen a szabadon lebukó vízsugár is) az megvéd minket az említett kellemetlenségektől. Mindezt figyelembe véve előírhatjuk azokat a főbb követelményeket, melyek alapján a berendezést meg kell tervezni. Ezek szerint a mérőberendezés legyen: 1. kielégítő pontosságú — vízhozamra kb. 1,5—2%, 2. kisveszteségű — amin a berendezés saját veszteségét értjük, 3. az alvíz szintjéhez jól igazítható, 4. felvízét az alvíztől rohanó víz függetlenítse, 5. könnyen kezelhető és üzembiztos, 6. gazdaságosan megépíthető. Az 1., 2., 3., -és 4. követelmény vízmérő berendezésnél együtt nem szokott előfordulni. Laboratóriumi mérőberendezéseknél a magastartálytól a modellig bőven van elveszíthető magasságunk, tehát mérőbunkónk fix és rendszerint éppen a fölös energia fölemésztése okoz gondot. A visszahatás megszüntetése különleges laboratóriumi követelmény, de az ottani mérőbukók viszonylag magasból szabadon lebukó sugarán a hatás amúgy sem terjedhet fölfelé; arról nem is szólva, hogy a bukó alvíze és a kísérleti modell közt rendszerint amúgyis erős csillapítást kell beépíteni, amin kisebb vízlökések már nem hatolhatnak fel-a bukó alvízéig sem. A külső gyakorlat (pl. öntözés) mérőberendezéseinél rendszerint az alvíz szintje nem változik ilyen mértékben; alacsonyabb alvízszint kisebb vízhozamnál áll be, ami megfelel a Venturi csatorna igényeinek. A megkövetelt pontosság kisebb és a visszahatás feltétlen kiküszöbölése szintén nem lényeges, mert a hosszú csatornában nem verődik vissza hullám, így a lengés jelensége sem fenyeget. A mi céljainknak megfelelő vízhozammérő berendezés tehát készen nem található. Ezért az új szempontok figyelembevételével megvizsgáltunk minden hidraulikai lehetőséget, minden a víz útjába állítható akadályt, amin vízhozamot lehet meghatározni (minden energiaveszteség arányos a vízhozammal is). Ezek közül első selejtezés után szóba jöhettek a következők:
