Hidrológiai Közlöny 1960 (40. évfolyam)

2. szám - Szepessy József: Vízmozgások vizsgálata és surrantók méretezése erőtani alapon

160 Hidrológiai Közlöny 1960. 2. sz. Szepessy J.: Vízmozgások vizsgálata és surranták méretezése Legrövidebben a következőképpen foglalhatnánk össze az eddigi eredményeket. Tételezzünk fel két, egymást követő csatornaszakaszt, melyeknek normálmélysége (az adott vízhozamra) egymástól különbözik, akár esésük, akár érdességük különbözősége miatt. Ekkor áramló vízben az alsó szakasz legfelső pontjáig a normálmélységet fogjuk találni, és a töréspont fölött fog jelentkezni duzzasztási vagy leszívási görbe (7. ábra, A, D). Rohanó víznél viszont a töréspont után fogja a víz a következő szakasz normálsebességét fokozatosan felvenni (7. ábra, B. E). Az eddigiekből könnyen megadható annak a két esetnek a felszín alakulása is, amelynél a törésponton a mozgásállapot is meg fog változni. Ha a kis esésű szakaszon áramló víz érkezik, az még az áramló felső szakaszon le fog szívódni úgy, hogy a töréspontnál éppen a bullámsebesség álljon elő. A további gyorsulás már rohanó vízben az alsó szakaszon fog bekövetkezni (7. ábra, F). A fordított esetben a nagyesésű surrantón érkező víz sebességváltozás nélkül fog átfolyni az alsó kisesésű szakaszra. Ezen kezd majd lassulni, majd megfelelő helyen, ahol energiája kellőképpen lecsökkent már, vízugrással megy át a normálsebességű áramló vízbe (7. ábra, C). Ez utóbbi esetet részletesen vizsgálja a hidraulikának az utófenekek számításával foglalkozó része. Mégegyszer hangsúlyozni kell, hogy a fentiekben kizárólag az egyenes, igen széles mederben lefolyó víz erőtani hatásait vettük figyelembe. Több jelenséget elhanyagoltunk, melyek kismértékben megváltoztatják a fentebb leírt vízszintkapcsolódási vonalakat. Az elhanyagolt jelenségek a következők : 1. Az erősebb esés-töréseknél az irányváltozásból fellépő erő is jelentős lehet. Ez pl. erős esés növelésnél az alsó csatornaszakasz felső részen megemelheti a vízfelszínt. 2. A hirtelen esésváltozásoknál (és mélységváltozásoknál) leválások is felléphetnek. Ezek szintén befolyásolhatják a felszín alakulását. 3. A súrlódás értékét a pillanatnyi mélységhez állandó sebesség esetén tartozó értékkel vettük 7. ábra. Váltakozó sebességű szakasz elhelyezkedése esés(érdesség) - törés, rohanó, ill. áramló mozgás esetén 0ue. 7. PacnojionceHue ynacmKa c U3MEHHIOU{EÜCH CKOpocrrtbw, e CAynae nepeAOMa VKAOHÜ (utepoxoeamocmu) öypHOíO, UAU cnoKoüHoeo meteHUH Abb. 7. Lage des Abschnittes mit veranderlicher Geschwindigkeit am Gefálle- (Rauhigkeits-) Knickpunkt bei schiessender bzw. strömender Wasserbew.gung figyelembe. Ez nem igaz, mert pl. lassuló mozgásnál a turbulencia értéke bármelyik szelvényben nagyobb, eloszlása más, mint amely azonos mélységhez állandó sebességű vízmozgás esetén tartozna. Ezt a turbulencia többletet, ami fokozatosan fog csak eltűnni, a víz mintegy „hozza" magával. Az eltérés, ami a változó, ill. az állandó sebességű mozgásnál, azonos vízmennyiség és sebesség mellett, a turbulencia értékében van, nyilván a súrlódás értékét is megváltoztatja. Ez pedig — különösen nagy di>/dS értékek esetén — szintén visszahat a felszín alakulására. Meg kell említeni, bár nem ide tartozik, hogy ez a hiba tulajdonképpen minden, változó vízmozgással foglalkozó és az irodalomban ismert eljárást terhel. Természetesen ott, ahol a sebesség változása lassan történik, a hatás teljesen elenyésző. Egy vízugrást követő vízszakaszon azonban, rövid távolságon érzékelhető lehet. Ennek a kérdésnek a részletes vizsgálata azonban igen messze vezetne és nem képezheti ennek a tanulmánynak a tárgyát. V. A mederfalra átadott erő Vizsgálatunk eredeti célja annak megállapítása volt, hogy a meder méretezésekor mekkora és milyen irányú, vízből adódó terhelést kell figyelembe venni. A közfelfogás szerint egy nagyesésű surrantót (a csövekhez hasonlóan) a függőlegesen felvett teljes vízsúly és a surlódóerő vektoriális összegére kell méretezni. Ezzel szemben állítjuk, hogy teljes biztonsággal méretezhetünk — néhány később felsorolt különleges helyet kivéve — ha a vízteher és a surlódóerő összegeként a teljes, függőlegesen ható vízsúlyt vesszük figyelembe. Nézzük a kérdést részletesebben. Először rohanó, ill. áramló víz esetében fogjuk megnézni a lassuló, az állandó és a gyorsuló mozgás alapeseteit. Következő lépésben a (4) fejezet eredményeit figyelembe véve azt is megvizsgáljuk, hogy ezek az alapesetek mikor és hol fordulhatnak elő. Az egyes alapeseteket a 8. ábra tünteti fel. Az ábra minden adatot tartalmaz, külön magyarázatra nincs hozzá szükség. Példaképpen mutatjuk be a 8 A eset vizsgálatához használt gondolatmenetet : Rohanó, gyorsuló vizet vizsgálunk, v > ] gm, tehát a (8) egyenlet szerint d.7 > dP. Ezt a (3) egyenlettel összevetve cLS' < d(?r. A 2. ábrát figyelemve véve, látjuk, hogy ez esetben az eredő erő a függőlegeshez képest a hegy felé mutat (8. ábra, A). A gyakorlatban előforduló eseteket a 9. ábrán tüntettük fel, a vízszintvonalat a 7. ábra, az erőket a 8. ábra segítségéve] adva meg. (Itt ismét az R erőket tüntettük fel olyan szakaszokra vonatkoztatva, melyeken belül dR vízszintes vetülete nem vált előjelet.) Leggyakrabban a hosszú szakaszon kialakuló egyenletes vízmozgással találkozunk, itt (8C ábra) R = G függőleges. Gyakran fordul elő a 9. ábra A és B esete. Két kisebb esésű szakasz között van egy nagyesésű, rohanó vízzel. Rendszerint a tulajdonképpeni surrantó a középső rész, a két szélső annak elő-