Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)
3. szám - Liptay Zoltán Árpád: Szoftver fejlesztése vízszín-szabályozó műtárgyak tervezéséhez
32 Szoftver fejlesztése vízszín-szabályzó műtárgyak tervezéséhez Liptay Zoltán Árpád 5551. Csabacsűd, Szabadság út 5. Kivonat: A Szerző jelen TDK munkája keretében olyan szoftvert fejlesztett, amely a műtárgy-hidraulika összefüggései alapján, felhasználó-barát kezelőfelületen keresztül teszi lehetővé vízépítési műtárgyak vizsgálatát. A program célja tervezett létesítmények esetén a mü rendeltetésének megfelelő főbb geometriai és hidraulikai paramétereinek meghatározása, a műtárgy után kialakuló áramlási viszonyok részletes vizsgálata, utófenék méretezése, valamint a későbbi üzemeltetést befolyásoló lehetőségek és korlátok meghatározása. Meglevő művek esetés a cél mindezek ellenőrzése valamint annak feltárása, hogy egy esetleges üzemrend-módosítás milyen következményekkel járhat. A program jelenlegi állapotában alapvető bukó- és zsilip típusok méretezésére, és az ezek környezetében előálló jellemző vízmélységek, sebességek, felszín-görbe meghatározására alkalmas. További cél komplex műtárgyak vizsgálata, valamint a műtárgyak hidraulikai és statikai állékonyságának ellenőrzése. Kulcsszavak: szoftver-fejlesztés, vízszín-szabályozás. 1. Bevezetés A műtárgyak közvetlen környezetében kialakuló felszíngörbe korlátozottan határozható meg differenciál egyenletek, általános összefüggések segítségével. Eltérő peremfeltételek mellett teljesen más jelenségek alakulnak ki mind a műtárgyon, mind pedig az utófenéken. E jelenségek egy része leírható az impulzus-tétel és a Bernoulli egyenlet felhasználásával, de ezek is csak négyszög, esetleg egyszerű trapéz szelvényekre érvényesek. Bizonyos összefüggések tapasztalati úton meghatározottak, ezeket grafikonokból olvashatjuk ki. Egy adott esetre táblázatkezelő, matematikai programokkal tudunk kidolgozni megoldást, amely bizonyos tartományok között pontos eredményt ad, de nem kezeli az egyes jelenségek közötti átmenetet Ilyen például: a zsiliptábla alatti átfolyás vízhozamának számítása a felvízi vízborítottság függvényében, vagy a vízugrás viszszaszorulása, és rátapadása a táblára. Hasonló hidraulikai feladatok kidolgozása egyedi peremfeltételek mellett olyan komplex számítási rendszert igényel, ami kezeli az adott esetre előálló összes lehetséges - és ismert - hidraulikai jelenség kialakulásának feltételeit, és azok főbb jellemzőinek meghatározását. A Hydraulic Structure Modelling System (továbbiakban HSMS) nevű alkalmazás képes alapvető bukó és zsilip típusok és ezek kombinációinak környezetében kialakuló folyamatok leírására, diszkrét esetekre való megoldására. Egy általános matematikai programmal szemben előnye, hogy specifikusan műtárgy-hidraulikai összefüggések megoldására kidolgozott, így azok eredményeit intelligensen kezeli. Továbbá, grafikai felülettel is rendelkezik, amely elengedhetetlen a mérnöki alkalmazáshoz. 2. Hidraulikai háttér 2.1. Atbukás 2.1.1. Szabad átbukás 2.1.2. Alulról befolyásolt átbukás 2.2. Kifolyás 2.2.1. Kisméretű nyíláson való kifolyás 2.2.2. Nagyméretű nyíláson való kifolyás 2.2.3. Alulról befolyásolt kifolyás 2.2.4. Nyomás alatti kifolyás 2.3. Vízugrás 2.3.1. Vízugrás összetartozó mélységei 2.3.2. Vízugrás fajtái 2.3.3. Vízugrás hossza 2.3.4. Vízugrás előtti rohanó szakasz 3. Vízszintszabályozó műtárgyak (Az alábbi fejezet csak a HSMS alkalmazás által kezelt műtárgyakat részletezi.) 3.1. Bukók 3.1.1. Éles-szélű bukó Vízfolyásra merőleges tengelyű éles-szélű bukógát, tehát az elválló vízsugár nem ütközik újból a műtárgyba. A műtárgy paramétereinek meghatározására pl. Bazin tapasztalati összefüggésein keresztül van lehetőségünk. A műtárgy vízhozamát a (3-1) és (3-2) képletekkel tudjuk számolni, ahol a H vízhozam-tényező értéke, az átbukási tényező fogalmát bevezetve: m 0=^*n (1) Bazin: m c = ( 0.405 + « (1 + 0.55 - (-^f) (2) Alulról befolyásoltságnál a vízhozam a szorzótényezője: Bazin:tr = 1.05 * (l + 0.2 * M * \j(h - h a)/h (3) 3.1.2. Gyakorlati profilú bukó Szögletes koronájú bukó, kialakításának végtelen sok változata lehet. Ezért vízhozam-tényezőjére nincs általános összefüggés, táblázatokból olvasható ki. Alulról befolyásoltság esetén 1 -tői eltérő a szorzótényező értékének meghatározása diagram segítségével történhet. Vízhozama a (3-1) és (3-2) képlettel számolható. 3.1.3. Billenő-tábla Változtatható dőlésszögű éles-szélű bukó. Vízszintessel bezárt szöge «. Gyakorlatban hal-has alakú, de jelen esetben a számítás egyszerűsége miatt éles-szélű bukónak feltételezett. Vízhozama a (3-1) és (3-2) képlettel számolható. 3.2. Zsilipek 3.2.1. Sík tábla Alsó átfolyást biztosító, folyásirányra merőleges síklap. Vízszintessel bezárt dőlésszöge « lehet 90°-től eltérő. Vízhozamát a (3-3) (3-4) és (3-5) összefüggésekkel kapjuk. Vízhozam-tényezőjét a és h,/a függvényében a következőképpen kapjuk: tK<0 = 1.3 - 0.8 • 1 - ^^ (4) ^ • J v 220 3.2.2. Szegmensgát Vízszintes tengelyű R sugarú rész hengerpalást. A számítás menete mindenben megegyezik a síktáblával. 3.3. Kombinált műtárgyak (Egyszerűsítésként azonos vízhozam görbét feltételezünk, mind nyitási és mind pedig zárási irányban.) 3.3.1. Sík tábla és gyakorlati profilú bukó Síktáblás elzárás, mely zárásakor egy küszöbre illeszkedik, ami gyakorlati profilú bukóként kezelhető. A műtárgy vízhozamát és paramétereit az adott nyitáshoz tartozó hidraulikai állapotnak megfelelő összefüggéssel számoljuk. 3.3.2. Szegmens és gyakorlati profilú bukó Szegmensgát, mely zárásakor egy küszöbre illeszkedik, ami gyakorlati profilú bukóként kezelhető. A műtárgy vízhozamát és paramétereit az adott nyitáshoz tartozó hidraulikai állapotnak megfelelő összefüggéssel számoljuk.
