r
HYDRAULICA
DEEL lI
Bewerkt naar de col leges van Prof. ir. J. Th. Thijssc.
.,
INHOUD
DEEL II
Hoofdst11k VI, .. Niet-ee_npari&e beweging
in
op_en leidigsen. Ble..par. 61 . •··· vergelijking -van· Beianger · .: .. -.-.. :: .................. -...... 79
62 . ... niff ërentiaalvergelijld.ng van de ver.
63
63a 64··64a
hanglijn ... · ... ~ ... : ... 90stromen ·en sObieten. Gl'ens<l:1,epte.· ~en..:. -wichtsd!ep~. Fne:::g~ebo?g'te_.boven ~e bodem 91 li'u.nctie van Brêsse ..... ....... 92
verhangl-ijnen ó~ sta.wkl'OJIDD&U ... ~:.::.: .. :--::.:· .. ~: .... ... 64
Tlleoretisobe vormen van 4.e verbanglijn ... 85
a~ Fla11we helling ... 85
b; steile liell;ing ... ... ... ... .. ... 86
o; Grerisnell1ng ... . : ... . ... 9"1' a; Horizontale bodem ... ..... . : ..................... ..... 8'7 e. Rivierbodem omhoo~ · ... ... ... 89
64b voorbeeld van berekening .... ~::: .... ":..-· ... .. ~ .. ~ ... ::-:... .. 89
,40 P!.obeermëthode. (~tuw~ro.mme ~n on:eg~l~~1-ge waterloop) ... ... , ... 90
•
watersprong bij overgang van stromen naar ~ BOhiëten .. ... ~.~ ... ~.' ... .. :: ... ~.~." . .' ... ... ..,o
•
ir;!~~r;~~iie~~i
·:~;:r~r:.'1.ëï;r~· ...
.
...
.
.
...
...
·~!
iàH al~ f· (! 1_,v2~ ... 91 65g 66a (~b 6767a
67b Voorbeeld ... ... -, ... : ... ... !J2 Wë't-·van stelll)kräobt· · (X:«SÖ'b) . ... : ..... : ... ... ,2Plt1ats van -c, e .-wa'terepro~ ... ~ .. : ... : ... ~. •S :-Energieverlieè bij
ae
watersprong ·~
e~t;s v!~ (
~l'
~g
~ibäk
·
~qiii
·
~~
·
:
·
eÏ·•
·
·
··
st·~·.
·
.·.:
·
.
·
.
.
--.
·
_::::
.
:
..
:::::
::::
§g
Kanalen. met n1et-oonst'ldte floo'rsnede ... ......,e
Sám~ngest eld e p:::-ofi elèl ~ ... : .... :: ... ::-:99voorbeelc1en van verhan;.t.ijneá ... ,. ... ... 1'00 A; me en ·stromend water ... .' ... IOO B; Alleen ··schiëtend :-water~.:.: ...... : ...... . · ... ~: ... ~ ... : ... 102
Co Overgang van stromen
naat
·
·•aahtëtr
of -omg,keerd (grote .disco nt·tttc.1t
ei
t . ... . . .103Snelheid .averc!eling in een ve:i'clronken wä tersprong ..... :.--: .... :-:.:: ... :.-:.: .... .. ::: ..... : .............. :~ .. ~: ...... :·:: .......... ...... 105
Ehergievé1'nietiging in een verh'onken · · --l!_of_cJ_s_t_Q_k_VI...,.I..,...-_...,.N....,~ ... : ...
!_:_!_:=r ...
P~~-
~~·
s·~·
~èw~~~qg·~·.-~~--~~t·~·-·t~~i&~lë~
·
~
...
3:o~
· par.,1
lnleiding, vernauwingen en verwijdingen ... 10612· Langë ···o"'verláten ... : ... .-.... "·' ...... .... : ....... 106
72a · Ei~enli~lëe · ovërlaten·:~: ... .. ,, ... I06 "/2b
73-î3a
73b "f? C14
75-15a
75b 7677
16; Onvolkomen ovërlaat . ... ...roT
2ó; ·voiltom~n overlaat .. :: .. ...... ~ .. ~: ........ ~ ... ~: ... . ... . I09 Sl11izen. Brugpijlers en k:rooshekken . .... •.. . ... 112Korte overlaten ... ... ll3 Resamé. ·.·.. ..... . ... :.... . _-· ... '... . ...
ll5
B e:pal ~ng väri d .e äfvo _er .. ... : . ~.:.~: ... : .. ... ll6 Drukverdeling langs aet stü:wliohaam ...na
0veï'Iäten met scherpe kruin ...n5
Openingen ... ~-.-·.. .... .... . . . ... ... .... .. ... !19De fl d IJ. - . -· . .. ~ -· I2O Theo~:~1:c;:n
b~sÖ
hi~tiwing
....
vàn
..
'îiöf~ëÏ··
: ·
.. :::
·
.
:·.
·
.:
.
:
::
::::·
::·:
:
::
·
r2r
Middelen tot ~ei'gl'otifîg ~an de afvoer ... . ... 12!a~ .4ag~:re~gen van een t12i t ·:···... .. . ... r21 b. J\.frond en ... ... 12,
c~ .·'.J~-- '.'ltng ·met divergerende t111t ... r25 Bv.isleid:!.rigen met locale verliezen ..... . .124
Hoofdstuk VII Vervolg. blz.
---
77a: Rechte buis ... ··- ···-··- . . ... 124 77b ... Verwijdingen, knikkon en bochten ... ·-···-··· 126 77c .... MeGtnens ... ... ... - -... ·-··· ... 130 par.7 7 d ... Mo ettu it ... -·· ... -· ... _. _ _ _ _ ·-· ... -... 131 77a ... Venturirr.o tor ... ·-··· ·-· .... -... ·•··-··· .. ··-····-··-··-·•···-· ... ---···· .. ···· 131 78 .... ... Kracht op voorwerpen in de stroom Stuwdruk .... 132 78a .. ... Practische toepassingen .c ... 134 lo. J.c:..s v3n Pi tot .. ·-··· .... ···-··· .. ··-· ·-··· ... 134 2o. Y...rachtstroommeter ... .. ... ···-··· ... .. .. . ... 134 79 . ....
~~dr
~I:~
i;
Î
!n~er ...~
.· ··:: .. ·.·.·.:··_-·.· .. _-:_-.. ::::::::.::~:~'.·::.·.=:·.~·.·_-~=:::~:~:~_-:_-~:::::~.:::·.~·.· ... ·~::.: .. ~::.·Î
5
g
n. Indaling instrumenten en meetmethoden ... 136 b. Toelichting.... . ... , .. ···-··· 136 Hoofdstuk VIII :• Grondweter.
,.
81 ~ Algcmecm .:. ···--... ... ·--· ... ·-···-·-··-···-··· .... 137 82 ... PGrmP-nente bowGging van homogene
vloeistof--fan door homoe;EnG niet-isotro·pe . grond
W € t van Darcy .. . ... - -... ·-·-··· ... -····-··· .. ·--·· .. ·-·· ... _ ~ 38
82a. ... Over de coëfficiënt f ... -... ·-··· .. •·-··· ... 140 82b ... Over de snelheid v .. ... _ •. ... _ ... -... _ 140 4 82c ... Doorlatenaheidscoeffici:ent k ._ ... ·--·· ·-·-····-·-··-· · -•l l
82d ... Voorbeeld~ Te~cl voor k ... ·-···-·--- _ ... _···-· 143
83 ... Het vrije oppervlak in dü
grondw!lterbewe-ging ... ···-··· ... ·-... _ .... ··--·· .. ·--, .. ···-····-··... . ... ... .. ... .... . ... 14 4 84 ... Berekening van het permanente nomogene
stroombeeld ... ···-···-.. ··· ... _ _ _ ... · ... _ ... l44
85
..
_
...
Het takenen van vlerkantennetten.(Geval· I, 2) ... _··· - - - _ _ _ .. -···-····-.. ·--· .. 14 5 85a ... Zonder vrij vloeistofoppervlak •. (I, 2#3) ... 145 lo. Voorbeeld: Stroom o:pder stuw ... •···-···--·: ..... _ ... _ ... _ .. _. l45 2o. Voorbeeld: Stroom onder waterdichte di;fk 146 85b ... MG't vrij" vloeistofoppervlak. (I, 2b) _ _ _ _ 4a
Een doorlnt~nd grondpakket op
ondoorlaten-de or.-.! ~r-•.,_ o~d - - - -- - ···-··-.. ·- ... _ 148 86 ... Conforme t.ronsfo.:."'.I:mtie. ( Geval I, 1) _ _ _ _ 150 lo. Voorbeeld: Filterstroming ··-.. ···-·-·-···-···--150
2o. VoorbeGld ~ Bron of putstromi.ng ··--· ---.151
3o. Yoorbeelä: Stroom orxler weteràichte dijk .. _153 4o. Voorbeeld~ St~oming naar drainageleidingl54 5o. Voorbeeld! Magneetstroming. (Dipool ) ... - ... 154 87 . Benadering van
r.ct
stroombeeld. (Geval II) ... l55 Breking ·van stroo:-r.l ijnen .. ... 155 S?e. Aanm:1mL vo:n r--:.J.een horizontale stroming. .(Govf'l I:, 1) . -··· .. ···· ... • .. ~ ... l55 lo. Kwel door l'i:Gde dijk ... -... 156 2o. Regen op lana~t.roo~ •... ···-·· .. ···-· ... -... ···--156. 3o. R€ge·n op cirkGl vormig eiland .. -··· .. ··· ... --... --... l59 4o. ~on :.n cirkelvormig. olland ... _ ... -···-.. ·--·-··-··· .... 160 So. Bron en neerslag·-···-···:··· ··-···•··-···· .. ···-··--... 161 87b ·-.Aanname v.an.·vcrtical,e e!l ho.rizontole stro-·
ming: Ho.llanos prcfiel. ( Geval II, 2L .. -···-····162 lo. Voorbee~d: Pold·cr ... _._ .. · ... _ ... -... 163 2o. Vocrbe~ld: Landtö'ng . ····--···-... _ ... ·-··-· .. ··-·l66 3o. Voorbeeld: rr!t r ... --···· ·--···-·---···•· ... -... _ ... lf.7 4o. '/"oor beeld: Cirkel vormig grondpakket ·-··· ... -... 168 88 ... Vorschill6nde vl~eistoffen in een
grondpak-ket ... _ ... ·--···---··--··- ..... · - - - · · -... - ... 169 •
.!1-
Niet-eenparige beweging in open leidingen.61.
Vergel~jking van Belnnger..àv" h'" 4"" ..
Pèrmanente beweging:
~
= 0~
;;_o?i--;,
0~
=-
0We nemen aan dat de snelheid slechts geleidelijk verandert,
zo-dat de wrijving niet kan worden verwaarloosd.
De x-as wordt in de bodem gelegd (in de richting van de
stroom) fig.611. , dan worden de vergelijkingen van Eule,r - :.HJ~•gcns
voor
permanente beweging:V
ox - -
öv -
l-
~
+ kp
X X,
2 1 ~- + k ~=-
--r p y y tDeze hebben betrekking op de massa-eenheid. _ ....
Bewust zien we af van de versnelling ..L x ... as., aange·ziJfn.
~e-ze _verwaarloosbaar klein zijn. Beschouwen we de 2e ver.g,lij;k:ipg
, nader: · ·'· · ·
de stroorrJ.ijnen zijn zo .. weinig ·gebo{?en (r practis:9h éO ·gropt),
f') . ' •
vc.. . --~ .. . ·,
dnt de centripet~nl versncllinc
r·
k::m woraen verwnqrl.oo~êl,_.1)
De vergelijking wordt dan: - 1 ~-
p
Oy
+ ~y = 0~
ky
l)(7r1~:.,~t-:'Q\iJc;:on ·
uit de ontbondene van de ~waertelcraoht: g cos g.sinI
....__..
~ h-{~-dx .X g COS' I = g(I 1s zeer
kletn)Integratie
levert een
drukverdeling, dié
lang, de
y-as
hydro-statisch is, (p
0
=
atmospherische druk= 0):
fig. 611.
p
=pg
.
(h - y) ..Hie.?"Uit volgt door differentiëren (y is onafhankelijk van x):
~- ~ = g ~ ( x ia de enige nnafh •
. p
Qx . dx •. variabele, dus rechte 4.)
Nu de vergelijking voor ae x-r:i.chting:
als krachten werken hier:
le. de ontbondene van de zwaartekracht: g sin I = 5 I.
2e. de wrijving van de _bodem. De versnelling (vertraging):
aF
O ! ~ is wel klein zodat de wrijving hier een grotërol speelt, daar ze groot is t.o.v. versnellings-
(vertra-gings-)term.
Bij g~leidelijke variatie van de snelheid mag de wrijving
h_!.er gelijk g_esteld worden aan die biJ sennarige beweging (vgl..
met open kanaal, waar eenparige beweging, zelfde hoogte en
snelheid; wel niet dezelfd6 snelheidsverdeling, doe~ dat scheelt
weinig). Wanneer
I
1het verval per 3enheid van lengte voorstelt,
dan is: V ~ C'Jnïï' 2)
1) t.g.v. de kleine hellingen (in Nederland 1:1000; Pannerdens
Kanaal 80 cm op 1 km) is het verticaal stellen é~ ~ bo4em zetten
van de Y-as hetzelfde.
2) Het vertragingsverlies is t.g.v. een geleidelijke vertraging
kleiner dan AH = (v7 - v2) 2 / 2g en in de rege~ te verwaarloze~_n_. _ '.··
.,
'
Voor e0n vloeisto:fkolom mGt hoogtG =
h,
lengte= l enbreed-te= 1, werd vroeger afgeJ.eid: .
-r
0 =pg R ~•. In dït gov~: R =
~1
~ Îë'."(~~~~-~:
.. .~"'~p~·~
1<
-1 'l.'~;7:1
Waar:
P. ,
h de massa van èe baschouwè""' kolomde wrijving per massa-~enheid:
De vergelijking -r = . 0 wordt dan: p.:, :, I' = voorstelt·, is dus V
ax -
dv _ ···2- g ~lix + g I - ~v- of de verandering
v.a
.
,
c-h
snelheidshoogte=
¼-x
t~)'
= :-d~h + I - Deze vergelijking wordt de vargolij~:eing van Be.langer genoemd.62. Differentiaalv8rge}.ijkin~ va::1- de verhanglijn. 3)
Bij pcnr.anente bèv1Gging is
ac
Eifv?er ( \~
v •
h) constam;~
We willen q invoeren: . Q h
l!
== q_:r./
v dh "' 0 "' c_TGrm
rg
a:fkomstig vanj
v3dh = <!v
3h, woarmee: -Eliminaliie ,·an v ~. --? dh v ...- ax
+ I - :;["' C h~
~.cC__)
= I dh_L
ax 2~ -ai -
C2h3_ ....ex
2 dh _- ···¾ ~. -
gh~ ax I - l)l0.. -I-
-~ 'l ....--
,:.1 h~:tl
V- ~x \-~
;\.')- ~.f'
li-1." ...., We stellen:-Ç..
= h3
Cc:..I e~9..:
.
=
h~
co.-.ista:nt.rs
e
(q eng ccnsta~t gcdach~. 0 0n
«
afh. h, De è.iffe.rentü~:u. vcri:;cJ.i:iking van äeechter in geringe mat~)
vcrh~pglijp
.... ,
__ ---=---=
~uidt:-
.
dh h3- h 3 of d X =r
;:y-~°3
!
h -he
:
l ,__________
...,d'
. · .. bod~rn ,l) Gecmetr:ts<'he daling van è.e __w.at.e.r.s~iegeJ.ll.jn- -fpië-zometl·iech niveau)
2}Daling ene:rgieli.jn.
U.J... •
63. Strorr.en Ln s_chieten. Grensdiepte. :3;venwichtsdioptiS. Energie-hooete boven d0 boderr.,.
Is h
3
ff
dh
= he =
l
,
~Ï ,
dan isox
= 0, dus de waterspiGgeleven-wijdig mot ken evenwic
is een ari en do krachten van evenwichtsdiepte. . . . ............................ - . 2
ma-DG functie ~g~ komt voort uit de snelhoidshoogto ~• De encrgi~hoo~te bovon -·- .. _:) ·-- . . C?.... ..... -- .. • . . •. ... -· de .. ... bodem . is:
cl.v2 c(n2
H = h +
----=
h +-~-2g 2gh2
h klein - v groot h groot - v klc in.
Voor €Gn bepaalde afvoer is
a'°
Gm~r gic:1oogte dus eon func-ti€ van dG hoogte. van ào wat~rsQiGgcl: .2 7
+~-
;
2gh2 i 1
1
H = f (h). Wc tekenen 'n grafiek voor:;H = h
i 1 i-•· -· •... ... -··· -- .
/3~2
H....
1
Minimum? dH _ 'äîi -constant ,., ..../
.1 0 h,.,. h ---sehieten--tQ_ Strc~c.n •---waterdiepte h h =grensdiepte= diept6 waarbij H 1n rniniIIIUffi waarOc hm::ft.Waarde ,,ari het minimurr.:
Betekenis van do grensdièEto._:
Om do &ischouwd~ afvoer g te handhaven is Gen bGpaalde
energie-hoogte beslist nodig on wel: 1,5 hg.
De get0kondG encrgiclijn als functie van Hen h stelt· voor het transport van een zelfde hoeveelheid q op vorschillonde ma-nieren.
De meet aats va a:fvoer
laats vindt •
Het l i j ge J o~ wiJ weren me go me q. m elijker
te werkE:.n met hg, o!nàat hg de dimensie ven een lengt€ hee:ft.
Als h tot (.f) nadert, nadert P.: tot h en als h tot O nadert. nade.rl._
-Is de ~nelheid kleiner dan de grenssnelheid (duw diepte h gro-ter dan de grensdiepte h
8), dan spreekt r.1en van êjr~..n V®-P~_t_
~ater. ·
Wcrdt de snelheid groter, dan spraken we van §_cb_ieten va~_
h§]. ___ watQ!._. ( storingen kunnen zich niet in bcvonstroomse richting
voortpl~nten). De grens, welke bepaJlt, w~nneer eenparig bewegend
w~ter stroomt of schiet, volgt uit:
g
1
18 =#I
Is: C_ = 50 m1/ 2sec-l, g = 10 avsec 2 en
ct
= 1, dan: I 10 lIs nog steil: 4 m/km. (g/c2 = À/8;
À=
0,0'3)• g =
2500
= 25ÖBij ons hebben de rivieren flsuwe hellingen, h
d~n hg• he= f (gfvoert ruwheid, verval)=~ 2
ml
9hg = f {:=:ifvoer J = ±.
o,
7mJis e-i::- grote:f
Ned. rivieren
D e vcrge 1 'k. iJ ing:
äx
dh = ~ - - - -I,(h3- he3) kan worden geintegreerd door h3 - h 3g
h uit te drukken in h · e· h
=n
he q3 - 1 h ofyt
=h
e h·3 Olq2-L
=_s
... __
= h 3 q2 eë2r
- -
g I Ig(n3 -
d..gc2r\ ~-f
2~
di,, = he J, '/
dl")
=~
1 d11 ;_ (
1 - O'.~ I )~&)
h . I (~'- 1) I \ n·
-{
o.
c
2r )
1/
dl"J
\
X2-X1='r"t12-111-(l 8 - ( ~ ) !De integraal/ d
lJ
kan worden opgelost. door partiëleb reu k sp l i · t . sing: 1-03 , B
(tp
=/a
q
=Jï
-rr
Bres.se heeft gr~fiek en t1bcl. Result':lat:her
x2 - xl =r
.
_
'f1
2 1 ln q2 +Q
+ l 6 (l1- l) 2van dezo functie een tJbel gema~kt. Zie bijgev.
u :i..
t ___
(lsL.taJl.el.. .. t..a_.b.!l..l&n..- lh - (
1 -
Q(t
I ) .
l
B
CT? 2) -B
~fl
1)}]
Men gebruikt do fórraule zo, dat wordt uitgeg~·Jn van bepa·:üdo
diepten. Berekend wordt d9n de onderlinge Jfst~nd vin d0 punten, w.'Jar die à iept 0n a!3·nwez.-ig zijn. De berekening is Jl llcen exact voor
zeer brede leidingen met uniforme diepte h en eon const::lnte w,
:FJr-de voor C (onafhJnkelijk v~n h). Voor in do praktijk vocrkomcnde
gev~llen is de berekening dus eon benadering. In do regel is deze
voldoende. Voor leidingen met andere profielen best~~n
' i 2 , 0: ·- .... ··· · ···•··· ···-•· i· -· .... -.. 1 ' 1,9! · ·-· .. ~·-••·•·-··-
.
1 ; ···••·••'·· .. ···••·· .• •· •··•••··~j ... . 1 1,5
j
.
.... .
' • 41 : i i 1 3~ ... ' 1 i L ... 1 ' ' : l 1, 2t···- ...!
.
...
..
....
.
.
·
··
--
-····~·-
-i 1 1 i i •... I - •..•.. ' 0,6 0,5 0;4 0,3 0,2 0,1 0 ---.;ac-r--- negatief r ) _ 83. :Functie van :&esse..L ···-1 ... .•• " ..••. J - • -l " ' '
-
_
... 1. ... 1.
: l i .{ l t . ' !-r•-• •
•
•
•
•
••
••t••••
-
-•
-+
••
•
•
••
·
! • ••••••• • V ; ••••••••• --••! 1 . ! 1 1 : .... ). i !t
; i 1 l ... ,, ... L ;. ·-
L.
..
; 1-
,
.•• 1 i 1 .... -t··· •.. i ' 1 ~... ,1 . .. ! ··7 ....··
~
+
·
1 ... !.. ••· ' ..J. . • ...J '.
' ' 1.l.
11
1,
.
! ! 1 ! • - i , . +·-·--·- .. ... . ' . ··-t ., .. ... . evcnwichtsdicpto f ( T)) ... ...., ..._
i 1 l • - i--- ·~ . . 1 1 .. :.. ... ' .... . ,_ " ... als TJ ..,,.. co : als Tl --.:-1 als TJ ...,. 0 .; .. !...
!
.
-' i j . i i .. -• -•••••· •••••so••l. ... . B (t)) - 1 - 2T}2 ! 1 ,. ··----.. j····- ... 1 1 t ·••· ••· ' .... ----•·• i ' • 1 ... ••·-.1.
1 1 " 1 • :!<'1
> =-0,1192 +½in __
L e
' (T) -1) B (Tl) =-0,6046 +n
0,1 0,2 0,3 o,4 o,s
o,6
o.;7-o,s
-
0;9
~,9
1"1 1,284--.
•
.i!. ·. TIi
B(Tl) T) B ( 11) n i B(n) . Tl i B(n) '!1 ' B(n) 0 -0,605 0,84 0,435 0,99 1,413 1,05i
0,896 1,30 ; 0,3T3 0,10 -0,505 0,86 0,4870,995
1,645 1,06 10,838 1,35 : 0,335 0,20 -0,404o,aa
0,546 0,998 1,952 1,07 ,o,
790 1,40 : 0,304o,,o
-0,302 0,90 ~ 0"614. 0,999 2 ,.J.83 1,oa!
0,749 1, 50 ; 0, 257 0,40 -0,198 0,91 0,652 1,000 00 1,09 1 0,712 ::_ 160 ! V ,218 0,50 -0,088 0,92 o,695 11001i 2,là4 J.,lDrO ,681
1, 7ü i 0,190 0,60 +0,032 0,93 1 0, 74? l,002i 1,953_ 1,12 o,626 1,801 0,166 0,65 +o-,099 - ·-0-,94· !o,
798 1.,005!1,649 1,14 0,580 1,90 ~ 0,146 0,70 +o,171 0,95 0,862 1,010 1,419 1,16 0,541 2,oo
:
0,132 0,75 +0,252 0,96 0,940 1,02 1,191 1,18 0,509 2, 50 ; 0 ,082o,ao
+0,346 0,97 1,040 1,03 1,060 1 , 20 1 0 , 4 79 . 3,oo
! 0,05~ 0,82j+o,388 0,98 1,178 1,04 0,970 1,25 0,420 00 ! l/2TJ ' 64. Verhanglijnen of stuwkrommen.In het algemeen geschiedt in een leiding met een verhang I de
afvoer van een debiet Q niet eenparig. De waterspiegel is doorgaans
niet evenwijdig met da bodem. Zoals we in par. 63 reeds zagen .is er
sprake ven een. eenparige beweging als h = he {evenwichtsdiepte). De
in- en uitwendige wrijving hebben dan een zodanige waarde dat zij
evenwicht maken met.ge zwaartekracht. De waterspiegel, de energielijn
en de bodem hebben een verhang: I .. , __.----...
-B ,
_,..,
-
--
·--.
·-· ---··-·--·-·
-
···
-- --···
·
•··-
-1
- · - 2 á.V/2
( n~ q,i i = ~ , ( o/'B) 2 ,t, - - 1 he _.,...________ , c- - C 11.,l.
c
2 I (R/h ) , _____ ·---, e~;· ~n
::~r:~;d
d!af~a~8m~!r
~n}f
oti!.
-~·~ep-gege~én-Oèschouwi"ngen·-ste·eas··-golde·n:-·---·-··
- ~ J
gj
.
h = ; I
=___,..
-e 02 I . 8 á.
a~ -
.
Bij I
<
I gesohie4t de eenparige atvoer stromend: h>
h, flauw. -··- --·-- g. . ·---·----··--· .. ·-·-··--·- - --·-·· .. . .... - . ·--· ----·--···-· ----·----···---····--··-· .. -.. ·- e ... g ··---··~---·--···
. hellend.e leiding ( I .;_ g/á.C2)
... ·--·- ·~··: ·-· . !---.... - ... ,.,. .. ______ , ... ·-·-····••··•···-.. ···-•·· .
~;J--··-~-
>
~g· g!_~~~iedt d!_~!_enpar~.~··
afioe~ .
.
.!3_<?~-~.!~.~~:~-
--
~e
~ ---hg, ... ~:_~~~~hellende lèid1ng (I
>
g/~è2).In par. 63 zage~·-Wè ·d.at als h = hg,
v
=~g,. < :te c)g ~
Voo.r et = 1 ia dan de stroom~nelheid g1üijk aan de
voortplantingssnel-heid (c) van lange golven. Dit is d\).s een bron vari storingen. . .
--<-·
~:
·
-·f
1~ta;1~i
-~;~--
~id~-; ij·~i";·~
·
~·-
·- ..
····
·-·f·:·
·
··~
~~·~-~·
····-
=~
-··
;;:···cf
l
·-~~:--·· -·-··" alleen stroomafwaarts.·: .. ···-·--···.--_______________ c_ ...
·-·>-l/gh:
-
···,
--
it . ----·tî··-···----···. ···-,r· ... -·---· - ·-. ; V ;>-C V &-• 1- - - .L-. ··- - - - -. ····---... ···-· - . ··--·-... -·--•• ... - ... ··-·- ... -... ···-··· --··-···•·· .. ···•···· ... ;.
We kunnen JE de stromingstoestanden als volgt condi ti•)neren:
J.~•n
fh>
r~_
..
i·
v<~]
v
2
/2g <w'2.
j
~~n
i
~,;:~~h
2
12~>!!2j
Door stroDiin en kan·de waterstand op elke die te w~rden
64~.Theoretische vormen van de verhanglijn. (o~ stuwkromine)
Voor het bepalen
wordt uitgegaan van~
h3 - h)
·ah _ I Ei
ax -
·-:r---y
h· - h /
g
Voor een waterloop met gegevèn helling (I), ruwheid (C) en
afvoer (q) h~bben he en hg ieder ~en bepaalde waarde. De vorm. van dG verhanglijn ve1·schil t naarmate
ae
.eerste -groter ·is··•dande tweede ,of omgGkebrd. · _ "i
f f
f. ..
>f
1
v =
ri
1N
q = Ch8 vh.GI he =v*·
.
lc._<
"-1
Ook de.grensdiepte moeten wc kennen. W~
ding h/hg -versuhillende waarde geven • kunnen
do
vei;-hou-.. R.~ :Vie_r..~~ .~~.~ fla11~.~t.C
ep
s:teile hel~~n~.•a. Flo.uyre:
._h~
.
lJJpg-.
h g ( h I < I . 6 ' g . ( 1 .4-l.... / fig. 1.r~:···-~~~-.;;::,-_
r· . ·· · ---··- - ~t.:.~orn -~ hg - . . . -- -Stromend I · ... ~ ... -::... .-
. · ··· · ··· ·<· ::···:·: ... ··--~.~.~nt. ":vGr':>ode n" geb. ···:···· .... : ... , ... : - - _ etona IIJ ··-"-I ..,.I I h> h dan . dh
<
l d 1-i posi tiG f g ,., ...•.'"·'·--' ~. --~ ... G .... J.S 0X . , OC
De helling van de waterspiegel is kleiner. d-an de bodemhel-ling. Naar de monding to·o wordt de rivier dus at"è"ods dieper. Do waterspiegel nadGrt asymptotisch tot de horizontaal. ··
u h - ,__ . . dh - I '
oor - - - is
ui -
.
Daarorr. is nooit te zegg0n ~aar de grens is tussen rivier en
meer. dh ,
Voor h = he .is
fi
=o,
d.w.z. de waterspiegel looptevenwij-dig met de boder:1.· ·voor diepten die iets. van q_e
evenwichts-diei)tc verschili.o:u, nadert d€ verhanglijn da· c
'lCmvic.h:t~diqp-to asymptotisci.1. (vgl. stuwen ! ) ,; · •. .
-dh . , . ·
II. Voor hg< h
<hg
.1.sE
n?gatir::f. De wntorspicgeJ_,, heGft een-~<
I
~tG~k~f _l:ie;J.!~!18 a~~ de .. 1?.~de.n~ ·sn wel meer né!_~~~~-·~ klei:nor~ ·
is. · ,
Voor
---e _...,
h = h ist~
___
= C':> :)._
de V€rhanglijn heeft ca-n verti~at~..
'~ll~-u... ïrD.aklijn. Dit edeel tl:3 itan de verhanglijn is niet exact,
aRngoz:i.sn .e s croorr. J.Jnen e. s uor ge om z n, e . jl
bevond it..:ri een ver'cicalo snelheid aamv~zig is; factoren die
niGt meer voldoen aan do benadering van._BÓlangvr .. ( verboden
86.
dh ·
I_!_~~--Voer h<hg __ is
ax
>
I.De vmte-1.:-s1'iage1
i
""'Art op-.- >Jc=i~i_juG
dia?te h = 0 is h3
dh -
I B - - Iax -
.
·::-5 --
g·hg
Nabij de grensdicptc j_s de theoretischJ verhanglijn zo sterk ae bo en dat de C-:,ntrifûn-aalkracht van bcinng is en
an~er n16 opgaa • ezG 1 n w J aar us .:i! van et
wo~ke:i:k~
verloop van de wo.terspiegel.Opmerkingen:
De··thëio.rè"tisc:1e vü.rhangli jn bestaot uit drie verschillendG takken, waartussE.n gEen gE:.lci<l,.elijkG overg_ang ~ogelijk is. Welk van de 3 takken in een ö'Gpaald geval voorkomt, hnngt af van
ac
diepte t.o.v. h6 en ha. b
Bij I
<
I g geld6n 2 tákkcn voor stromend (h .>
h ) g GD één tok voor schic tona wate-r ( h<
h )- g
Do gre~1~diei:)te is TTiindor o.m1 verandGring ondGrhcvig dan
de Gvemvich~séicpte.
Ta}c I norrn~io.i bovenstroo1r.s stuw.
Tak II -bij o vo.rlant of waterval.
Tak III ond8r 3chuif doorschietena.
h verticaal uitgezet of ..L x-as mankt geen verschil, geziGn I {klein
n.
·
funt J.. op Z6kore afstand niGt te be;reikün, omdat do voor-wo~rden vnn B~lanGer niet meer opgaan.
De ·nadering van hot punt
n
is afh. van de te b0roiken ener-giehoogte en snelhoid. HoG e;roter sn~lheid, dos to dichter·· bij B. b. Steil6 hcllinG_~ . --·-·-··· ·--. ,., .. _ -···--· . ···--·· he< h8 I
?'°
Ig fig. 2. ··----.l
horizontaalh
-
--=
.. ·
---
--
.
-. g Stromend I ---.. 1 A ----he!
----
---Schietend II ~----~!:.: ... -~----?-he . ; ,..a
>lOplory..: :1:'Je watc.--:spi(55)<'1 met l)orizon tclle. :~sympto,Jt.
(h = ~ , dh
èîx
= -) l_ •Voo:;..., h ::: hP' iEJ
i~
~ e,o • Ho.bij dit ;,unt sfwijl;:ond v:.r·.:..'.)opII Voor he< h <hg-..
~¼i
negatief. De verhanglijn nnd~rt voor h - h0 asymptotisch de evcnwichtsdiGptc.
III Voor h<he. Js {~
<
I, doch posi tie:f. lfobij do bC"dam is~ = Ig. In werkelijkheid wordt dit niot bereikt; immers v kan niet oneindj_g .~oot zijn. Bij steile helling is dus één tnk st.romGnd en zijn two0 taklrnn schi€tGnd.
<?.!. _______ Gre_nshol_l_ing.
·-····-· .. ·· .. -··-····-··· .. ··•···-···
h e = h g I = I g
fig. 3.
Dit vor:!Tlt do ov0rg2ng tucs0n bovenvermelde gevallen.
-Voor h
I
h e is~:...tl:
== I = I • c1G wctcrspic-"·ol loopthorizon-ûX 8' u
taal. De verhangli.jn ontaardt in twee rechte lijn0n: tak I stromend Gn tak Il1 sciüc:. tand water. Er wordt roof geple:egd
87.
op do kinetische entrgie. dh
Voor h = h6 is volgens de è iff. verg.
di
onbe:p:~ald; doch uit h = h8 volg~ }~ =-= 0. Do waterspiegel loopt evc nwi jiig met de bodem; klopt,- wnnt dit is het oonporigc gevnl. Tak ,II is hot grensgev2l tussen stromend en schietend water.
d. Horizontnle ooiem.
h == CO
e I = 0
II fig.
4.
•
r:
y~-~!
-
~?
hg _is~
negatief. De w~t~rspiegel danl t inbeneden-;.;; \.roo:-:1se richting. Voor h =o;,:)is 'ä~ = O, d.w.z. de
vorhang-lj_jn nadert nn~l1Tl3>tottsch de rechte lijn op C-0 voor C\:>
gro-te diepgro-te dus. .
Voor h = h i s ~ = ·
2
oo
BfWijk~nd vorloop van dGwaterspie-gel• g X .9:. III V h h · dh·_ Cl f 1 dh
>
I d d t . 1..
.
·
--
---
-
~-<?_1:
__
__
_
<
g -~S QX ~-3
0 Wedx
g' US 6 W8 crspiege .9.:. -g h loopt op.lr
b .. h - 0 . dh - I - 0 :1-J -· l.S d.X - gDG vcrg1;lijking: worden
gein--
'
- - ---
·
--De. v1Jrhnnçli Jr. is con viGrdegraod skr::>~r.mG
takltcn ( Gén 3trome11d. on één schietend) •
l'.ndG.c:- uit6(,Jrulct: b(;stennde uit 2 àfl _ - a2
/r~ .
~.{ - h,- .
? ' - !l,. u Nmr.cn v:c x =-=o,
dn:tr wnar h = O, 2 hh• g 3 - 1,4-4 n = _q__ • Xc2
of cok;:3i j eenpCTit;ü b\...weg-;_ng was:
dan volgt door integr~ti~:
l 4 2 if
~
=G~.
X g 2 • X =·:7•1½- •
X = C .q = ~ . X = I". Xc-
Cl V = C3/hl
;
y2
-=c
2hi ; I = _y_~ :-~ .9..~7 -C h C 11-' J1·. love ns taancl ge val:e.
Men kan n;iot ZGfü:;en, dat er hi0r ov0nvdch·t is, dus
v
= C 1 1hl
nls I =
!.1!.
w3nt -ofschoon hier de c·untrifu-1/ J ' • dx' ' ·
gaalkr.c:chton worden vanm.:u-loosd on
ao
·
snelh(.,idsvcr,dclingidsntiel: wordt genomen mot die bij e~.riparir,o
bc1-·1~ging-mag mon toch de versnelling ( v0rtrQging) 1?.i~ t
vorwoarlo-zen, want dnt èctokcn-c dnt er 6cen evenwicht i3.
RiviorbodGm omhoog. . ···•··•·... ··· . ···.. :-.. ··· ·····-···. ···-··· I
<
O horizontaal fig. 5 • ····- .- -
..··--
.. ··- -···- - -··· · -Stromend II---
-!h -- - : g - -~-I~--;t;;;;-S .. ,.,.~ ; , , . ... ,.,•·.····"·''·"'· ,-~•.··"'·'· ·"· .•·"····:"'·· ,. _ ___-:.,S,.,,ch~ .. 1~· e7·~=·::n/;;'.':?::::l"· _ . . ! . :•.' '"~===·
·
~-. ~~
~
~
-
··
:
··"·
:.
:
::
:
·
.1
~~~
Voor h> h ., _dh.,<
0 .. ·:fotors:pil;gCl daalt. Is h = hr..-, cl 'Hldh c; az. · · dh'-'
-:;-- = ~ ( af'.'-'i jl{OndG wate.,:-3picgcl) • Voor h = ~J is -, - ==· I,
ax uX
as;ymp·~otisch nnder<::n ·cot horizontaal. 'I'ak II.
Voor h
<
:1 · 91':
g,ax
>
0 Onloptnde 'ilatcrspiegel. ~ Iradert h - ()dan is
9.h
=
I • Voor h=
h iss1.h ::
0 dus,1
-l.i. -;n is àcdx g e
ax
'
G '"'asJmptoot. Tak III.
ó•rc . Yol)~'i:,oclcl vao. ~~.:~ckening:
-.1. L~e geve .n: I = 1 , 3 3 -· 10 ' Ponneraens
··· ··77
2· ..... KD1rnc.l -·· - , ..... C - 50 m sec-q
= 230 m3 SGC-l B = 140 m 89 B~
l)~
l:
.s.~ffh·:1.(h,>lt,•?A
J X ... 1 - :y..., ~-.1 h64 o oPru bGe.rmethode. ( Stuwlcr·omme in onregelmatige waterloop)
.Bij 010n unrcr;elmatig rivierprofiel is van, een bepaald bod
emver-han,_i; ;::;eer. sprake. De vergelijking vEln Belant::e.r word;r herleid
tot eep è.if:ferentie-vergelijkin5 na eliminatiG van I = -
ai
(z isnfstand van de bodem boven oen horizontaal vergelijkingsvlak •
. 2 2 2 ~ 1 t k t .
/:,. ( z .._ h) -1- 6 .Y.... = _ .v _ • /5.x +
Ç
6 v;.; y - - s er . e v~~ ra ging2g C-; ~6
Q
---o
geleideli~ke " De l33tste t~rm is aan de vergalijking tocgevoccd om deverlio-zGn in rolrnning tG brenGen als de stroom cvGn~eèl vertraegt. Vf?or
hGt ui tvocron v.3n de borekoninc wordt do rivier in va1'::kcn verdoeld. In clLe doorsnede wora.t het profiel F, de hydrnulischG straal Ren
d0 coofficiêint O borokcnd els functio van het pGil z -+ h. De
bere-kGr.ing 5oschisdt tabellarisch. Voor de wcGrstandsterm WC'.!'dt voor elk vok hJt cemiddolde genomen van de waarden in de einddocrsncden ve:ri hot vak.
yoo~~~!::.?.:? ...
~
Beek m;;t afvoer Q = 50 m3 /soc. Vaklengte :!..00 m,Prr:::icl ! ~ ... t H ... ··-··· .. . ! . 1 0 0 - __ 1 __ . 25,0 :>20ü 2,00 0,22 +0,22 2
o,o
2'2,5 30,10 2,22 0,27 +0,27 ... ' +0,10 : 23:2i
3090 2 ,15 0,25 +0,35-
~o ,::.~
23,3 3100 2 ,14 0,25 +0,36 m 2 m ') il,.,_ l1i m -2 se,c , i i . . ... .. ... ... -:;·r#. ·--.... . . ... ,. .. -... -...f ... -...
...
... -·-··· .... --- .
v2 / C 2n
O, 0012 ·: , 0, 0016 0, 00l5 j 0, 0015 ! A z • v2 / C 2R ; : 0 , 14 . ""-.... 0 14 i O , 14 mÇ
v 2 (_ 2_g__
j
... ---
:
t'·?1:
__
/
_
;/
.
--+---?-
---!- ~'...
---i
H ' +Q , 2 2 · +0, 3 7l
.
+0 , 3 6-l
+O , 3 6i
l~i 1 • • • . . • • -· •H • • • . . . ~ . . . .. ... • · . . . _ . . . .. . . ! . . ···--· ... -... L. . ·--~-... 1 ... ... , ... :... --··· ... ···-·· ···-··i·In profi:::il 2 is eerst als peil. aa!lCT()nomen O~O. De energiehoogte
~s ~e.n + 0,27. Uitgaqndc van H1 = 0,22; (v2 / C~) • 6x
=-
0,14 en9
v'- / 2g == 0,01 mout H2 == 0,37 zijn. Dit klopt niet. Voor het peil1n p:_1ofiel
2 wordt .nu een ~nae.re aanname g8daan (+ 0,10) Gnz.,
tot-dnt door herhaaldelijk pro beren een slui tena geheel :i_s vcrlr..regon.
DG _ .. P2:'0 bo_crmc.th~.aG_ .. is ... vrijw,:31 _.al.tijd ... bruikba.ar .•
fi5. \'latorspronb biJ ovcrg2an vrm schieten na8r strl'lm~u,
ZuGls uit het vGrloop vnn du thcorGtischc vorhanzl:; J:1 \1·1.::..;;kt
r;:;i~n c11ibc takken oan één zi~dc bG2:.rensd. Eori contirue oyGrp:on~:
t ~t CCD arauru tak is ni~t mogelijk on deze m0et dus ~iscon~imlc
0csch:ï.e:don., :!:lG bs.rokc1üng loopt st0Gds vast áls de grcnsdient:.;
(·.,:aar uij- da nfvoGr p.laats vindt m;;;t eon minimum aan enerc;ic, v1ordt
hsre-ikt <J f oversc.hrcdcn. Proeven bGves eigen .;1et optroden vnn G'.ezc
ói:::r:c.ntj_nu 1teit: het vox·schi;in'3Gl hoet wntcrsprong en ècct zich
al-t i jr. voor els schiGtond ... -.·o.t<::r over6ant op stror.wnd •· Het water
on-derr:;Rnt è.us ~en vc.r-::rnginc; on de:: hiGrmoc: gGpno..rd go.nndE \rrc.rv...,ling
-:;c1-oc-rz e ri"kt e.1isr t:;::._o vet'.Lie 2-e n.
-:ï s e.r· bcr:.a<Jsnstrcom::;; gëen storin6 , dnn zo.l hot schi1:.tenç wnter bij :10-t berG~\lron vatrao grens-:'lieptc ineens (d1sr.:01:tirtü) over~aan tot
de cvcnwiclit:3"iicptc"
-n • ' i: i r t ' 1·
a
1-·egcn:::iv2..r 11<:L, grrL,e ver rag1ngsvcr 1cs, at over korte ::ifstand
jv101s-'
..
)' '
Bij hot 01;)8J,,1Gn vän Gin kraari schiGt het -wnter in de b8k op
Gr
on~staat een water-.sprong. Ook bij hoge stuwmuren kQn men iri
bepnnldo gevallen dit verschijnsel
wanrne-men.
Er zijn 3 belangrijke P'.,roothedcn~ h
1 (diept8 schietend water), h2 (diepte
stromend water) Gn q (afvoer_ pGr m').
65a.Spro:r.ighoogto bij
ao
wntersprong.1 ri:-) 1 2 h 3 r:; 2 Voor }11.., t vorboncJ dus: tussen· wot.:3r(icptc v•óór Gn nn de .. . ···" ... ···•" · '···•"'"""'"''''''"'""'"""'"'"'"'"''""'""'"' .. V!O
r
h -- 1 b ~ l 2--~_1. 1 --~1
8. h 3 1 + 1+-+
. h.,, . . 1 h1 en h2 z::..jn tG vertris_s_clGn., A1:mg0zit..,n bi,i .::Jchictcr!d weter ~tecds h1 < h,.,. (dus
. t::,
1
l
1 ) 91 • sprong vinden.,
>
8 i)wora-~ met deze -rorlflU}.e.. s~ccds h2>hr; gcvonàe.n. Bij een wnternprong
e;::i.at dus L.:derèaaa :1et watur steeds ..,van schic·~on ovor tot stromen.
65b. Enc;~rg:L,:;verlie.s -'..;.g.y., c~..: v1ctcrsp.rçn5. tiH als :~ (v_ v
2)
- - - 1. - .
H..:t r.:ne:.rcj_-JvcrlicE:
-r.15.v.
de. wnte.rG;)ronL; is Gelijk ~an h0t92.
Zijn de stroomlijnen recht dnn is de Gncrgiehoogtc,
dc...r word nfgclt:id, GGl1.jk nan dG som vnn dG wotorèiGpte
zoals ecr-un de snelheidshoogte, zodnt: v 2 v 2 ~H =
Is_ -
H2 = (h.i
+ 2~ ) - ( h2 + 2~ ) ( a) 1) zodat: .óH = --2t:; 4 vl v 2 ( v 2 -rv;_-+
V 2} vl) + 2g-·· vl 2 wan.ruit: ~H = (vl - v2)3 = vi - v22
6rv
1--:r-9
v
1-+
v2 2 v2 - ~g de snngvcrgblijking (vl - v2)f-·2g
____ _
v, - 7?Het energi~v~rlios
---..;;;;,.-=---~:...-___ .:;__.:::,_ _ _:.. ______
bij de wat~rsprong blijkt defactor--=-+--=-\vl v2
C VGrWi 'din :· ( ofr.
65c. VoG.rbcold: Schietend water nchtcr CGn g.:.::.1cvcn \ Gcr;c vcns: B = 100 m Hieruit volgt: 2 _ 1 q = 3, 5 m sec
,-Watcrstf!nd voor de schuif:
1 -1 \" 6 - 1 v1 = ,~~sec :~-;; v 2 = 1,84 m sec-l - 1,90 - 0,17 = 0,63 m. 65<3. w~t V8.n (,..., st .... unkrDchi;. H=-=2,7r. ,... v 2c. / 2G;:; 0,17 m
Door Koch is da wet v~n ho0veclhcid bcwugini,• zoals die hi0r-voor is ~fgclcid, gcschrcv<=:n in d~ vorm:
1 2 2 1 2 2
~- f-
f
hl + ~Cl._ =-z
f g h 2 +%,Cl:.
= K = const:~nt.1 2
· De som van de g~oothcdcn in elk dor lcd0n ven bovenstaande
vcr-g'1:1..ijkin~; (uirr~nsie [ mt-2] = krncht per e;cnhc;.;id van hrceè.tc) i.s áoor
Xoch st~mnkrncht gGnoemd (wGt van àe stcunkror•ht).
De
v(rg-o:fiJl:~. ng wordt 1.n-aczè-vorm-
àil:wTjrsg0bru:Llrt bijexpE;ri-me n&e~l ond0rzook, w::,arbij door 11...;t invoeren vnn de coëf:ficiënten CX:'
-rckcn1.n~ kan c~h<YU('lt:n word-.;11 mGt de s:nelh..::iasvord.::lin3:
-' ? 2
½
p
g hl 2 + CX: '1~
=½
p
iJ h2 2 + CX: t 2%q__· •
1 2
vergelijkir.~ (a) par. 65b., en volgens
_2 h 3
. }!~ = _.:.g_,..,.. Verg~lijking {a) wordt dus
2Jtil 2hc.
93.
' ~ 2 'De ver-GelijkinGcn:½P
g1½_
2 + ~ =½P
gh22 + ~ =- K = const. 1 2 en: h 3 h 3 / . t\H = H 1 - H2 = ( h1 + ~ ) - ( h2 + ~ ) ( b) 21½_ 2h2kunnen tegelijk in een crc.fick wc1rden wecrgGgavon. Zet men de
croot-hcden lo 0nri thmisch uit, d[ln worden dG beide krommen clkm-'.rs spie-gel beeld t.o.v. de vcrtio[\lc ns. Bij elk~.:::r behorende vmtGrstrmden hebben dGzclfdG Ken verschillcnèa H. Het onergievGrlies (H2 -
1,_)
kr\n rochtstreoks uit de figuur worden n:='c.;elczen.i · 1 . --··-·-· l ' ....
-
l
..
.
...
0,1 ., ... l ... --·-"' 1, " .• '1"' -• .. ,. . -- .... _ ...-
.. . - " .... ' 1 ••• ! ... .. ___ J_, ·-·· .. ,. ;n
---P_ghg 50. h..
.
' 20 ... - ' t ' ···--··- ...
10 r ... . ..-
~ !----
-
---·-·-
·-1 -·
l 2 1..
,
J
.. ,
,
.
'
l ' .'
... "
-
... t
''
.'.
! ...
ll
t '.
t 1•
0, 3 0,4 O, 5 1 1,5 2 1 " ! . ... ,,! ... , .... , ... .. l.
5 10,h g65e .Plaats 'Van de wate;rspronc. h ,:::alii•
-vormt alti
a
ae
ovorG8nc tussen schietend enstr vind C OVGT[?'\D['; p ... aa s
e waterdie t0n van hGt schi0tend water kunnen
de den borekend de nn een waters
laat-• Do mc6tkundi lnats van dez s de
dsli ·n of to ot:"'GC waters aar
Voorbeeld: Maas stuw. We berekenen h" <.. -..lit h 1 m b.v. de formule:
3o kan er bij iedere d~epte h1 van het schietende weter de
bijbehoren-de d1.epte h2 van hAt strómcncJë water berekend worden. Bij een -.
-1.ater-sprong r;.ecT.t àe
a
ie:;_::>te ovor een korte afstand ( 5 à 6 ( h2 - h1)) toevan hJ
<
hg tot h l > hg. 3Hierbij is hJ. eel': functie van x, terV',ijl hg =; h1h2 ~ (.111 - h2) : 2 (volgt
uit de· verceli jkine; ( a) par. 6 5a.;
groo%8.:;_{~'?
.
ä
·
!t
···
~e
~
-
~ïj%:
·
h6i"d~d:ph}njut::~t:iitjr?·i~
···
~·:·n?.J!~!:i~}s~·~nd
~_ï:(p .... ct
ë.
·:.·.·
:-:,~
.
~à:w.~g;~
)1
mè
:
·:
..
~ ie::~tr.oe t.,
·
:ö'r
J
en ·:
..
?e-
<
~J}.i:.
.
t; ....
.
Cz
fèï ö'iid.ÈiriitaáÏi'ä-ë ...fîg"~
·
T
'
, , tcf>..gcvoegde=; waterspiegel,
, ~\::·"
······ .. ... .waterstandslij~
. .. ····-···~· .... ,_ -... .. ...---·
-/h-as
stur:rkrommen
,. ... ···•· .. ,, ... . t~k I ---·
t
i
r..:::.:,.
•
.. •
··
..
.
..
..
,;-\·
..
,
.,,
· - -... ···• ... ;.. 1 - - -v.~
/
; __,__ .... ..., ....__.. . ·• h .. _2. ' ... , -···----h2·f1:!7°:
1
..
.
::::::
.
.
.
.
.
..
~
..
_
-
7
t
·:
·
.
.
..
i:;; ..... ___ _ -. . . . ~ . " ' ",
.
. :ii.,,,'·•
<
... . . ~ . , . . - - - -?::,.,:'
•
---~=-e-==:::.--~
:',.=-h1 ... -··
.. ·
...
l.
.. .
•••••• ••••• ' , .• ,,j .,!-... ., l ,i •• '••'"• : hu, ., .. ,.... " . ~ ,... ... ... ... .... ~c:;O .. ,., ... " ... , .. ,,... ... . _. ••••••h11,, •h,. ~~ 0 " '"r-7..!"'>"'1',. ~ · . ~ - -. ·r,, l \ , J . ~ -[1- éi:::De l:1jnen {ï_) -on ..
\D
verlnpe-:_1 zeer flauw. B:i.j een kleû~ b::::.--cjever9nöerins in
dé
w:::. te.f'.'3piegel ( hl o~:: h.2) .. 1lic1f;t de v;atersprong heenen vïear. O::-; zich zelf 1n dj t wc0.r '?en r:iàdel om C to bepalen.
,.,.__, 1-.l tiJn ~or gen da·:; de watersprong tegen
·
-
-
1~·
·
---1
de stuw :::.ar.s ta;:it want de watersprong•---~~---' iJ 2 3 er la biel ·, c. ['. w. een kleine
ver-~ , - 1 7,;:.,,
·-.L~ "''
~~~~~~~~c;.~e~a~~~~t~~~ ~~c~~
;;~~~·:ge- ,1 ~ n g s q s ~ ~ .. ,,. volgen voor èe aantus-c;il1G van èe
bo-r1 v.1.e.!' . · ··· · · . dem.
Grc ot pe;i.l verschil G•jef'"t eeJ.. wa ters,rong ver weg
Klei.a t! ;, 11 11 di~hterbij
Zeer klc .l..n II
ff '' 11 d ire ei; tegen de stu~,, ( zie 2e ·
65f. Energieverlies bij eon watersprong: óH als f(~h
2 )_:_ /
. In ons voorbeeld van de Maasstu.w uit par. 65e. kµnnen we voor het
vinden van het energieverli~s als volgt te werk gaan:
V
snelheidshoogte s1 =
~~
• =~
=
3120 m v2=
%
=3~
4
== + 3 n/secdus s 2
='to=
Ot45 m en H2 =!
3,40 _+ 0,45 =!
3,85 mHet enGrgievorlies 'is dus H2 -
fi_
= tiE=::.
0,60 rn:4.,,,--~,J,,.We willen echter een algemene formule voor ~H~1
lo fü~_~hq_è ~:
gx.:_?.f.!_~9._p
__
~__
Uit de impulsvergelijking· Kat= d (mv),
en uit de continuïteitsvergelijking: q = v 1h1 toegepast in par. 658, = v2h2 volet: 2 2 hl h2 n q -,.;-- - - - = .. (Fi9- - ,r:-) C 2 g 2 Ill ( +)
Deze vergelijking kunnen we
waarde vr-:i.n q. Zie
ae
I-lijJ'lgrafisch voorstellen voor een bepöalde
in de grafie,k · _______ _ H I 0 I-lijn H-:i..ijn
_.,,,, .. }"4~
--"D 'l/".---' -lüIJ:~:;_
...
/- -·--
·-
··
•
,./_ ... -/ i .' : -✓•• ; , , - ,,..t
_/ .. --·/ [/
;
/ //
-/(
- / ' /~ 1 -~ ~ --- C( ! .,·. h-as : I~
t~
t
i
(I-lijÎl)I no€men voor het gemak de"impuls"
die we samengesteld denken uit de
"dru.kimpuls" en do "sn0lheidsimpuls".
Voor h = hg is hl= h2 en de
sprong-hoogte =
o.
,
.
Voor h = hg is
a
e, irnpul 9 minimaal.Ue grootte van hg kan verkregen
wor-den door integra~ie van I naar hen
de afgeleide= 0 te stellen.
v?
"I 2 . 3 2
0
=
n -
.9..:=_ ~o
geeft~ h = SLëITi ~ g g
Hieruit volgt dat bij h = hg zowel
ae
in~puJ.s I als de en8rgiehoogte Hnini!':'.:ial zijn. . ... .. - - 2 j !i =_h + ~ -;_ _________ ,, ____ , __________ _ 2_gh ____ _ 1 (H-lijn)
Bij een bepaalde waarde van hl (dsn.
A, voor de sprong) kan via de I-lijn
direct langs erafische weg de waarde
tg
oc
= 1 ; tg ~ = 3/2 - van h2 (dsn. B, na de sprong)gevon-den worgevon-den: AB// h-as. De energiehoogte H is dan àe afstand· B'h2 en
hot en~rgieverlios i}ff ào afstand B' B• ( AW; / / h-as) • BI ts het
snij-punt van Bh2 met de cnergielijn.
_
?o
__
Methode _: _____ anal_ytisc_1.1,_·.
., h l 2 a 2 h2 2 ~~ Uit de vergelijkingen:-r ·'-
ghl = ~ + ~ en 2 - (h + q ~) 2 I 2 gh2kan door eliminatie van q dnt:
-~·-···. ..
:::,o.
Opmerk:Lr.16e n.~
- -·-·•· ---·· ·-·-··- .. •u-·· ... . . . . • .. - • •
lo,. Bij t:on wa.Lers.r.cr·nng :;tur .. :ncn wi.j Jus via ÖG Hv-lijn 11:Li~ ,s.a
waar-de va11 h1 . d.i.(3 vEtn h? .bop.a::.erJ deer nj_ot 6,e lijn .:\; B" // nhag te
trckk'3n; n...:-Dr oen lijn //h-as op een af 2tsn.d AH ~ tlh.t.h2))
la-g_eru ..
2o.· Onè.e:r i.n·,lued V'fUl
ae
zweartckracht: k:>m€rj_ de waterueeltj8S aangrote S'.no} '1.eiè. nP.ar b~!K,den •. ,e ----~ -~ '"="=:;.:
96.
à3 bovc-nk~n~ ven -:.:c àckricor met c ~
· ,.... . . .. dekn~eer ___ .
~-§?·-.---waterdeel tjos Den 0e onaorkunt v · , --- .
gaan door d,.: wri,ivL10 rn~ei nêar \ :
X, ~~,. ·-~
':--boven. Onderaan dt.; dckneer vwrd t /4-· · ··>g--.,.;:. ·· -:_ ·
•
!.er
luch·~ !::.JGgc.nomcn in Ö..l: vorw. . . . / . - . / .. ,··· ·· · .: -1-. !van luQh~bo}len, do-~;rdat de v(a- .l.u?l'.l·l;.L/:u-.,...4 .•·.:·:.·.. .. __ ... .
-. j te.rd€J'.1. t JG::l dfla~ door_ de hoo!d-· _'::i-~~-- . __ .... ··. -· .
Gav11ia::_ 1 ::1trocm wcrdrrn or.:eetro,.:kon.,. Meest-·- ~.-: ... .-... - ....
tieva::.."'-.i al ko:r.en do luchtbel:-:...en> dio in h.J'!i w::~-r:sr d..ring..::n, ()1Hler ben schijn··) hogere d.ru.k aa·n è.e e.tmosp:'lerische dr.:i.k. Du bij êez.G
S11r.enpe1·-sel. : sinr; ::m·twi'.{keJ.4.a w.:rrmte wordt o.a".l t4t water a±'0egcven. E~.r
ko-;mcn oolc luc~~ .. :l:bel 1.e.n in è1e hoafdst.ro~)m, wa::J.!"U..;_ t ~~ als èe
bo-'.weging st-..('ö,:,me...î\"i3.~":rts 1rn.lm8r .is gev:orè~n~ cpsti .jg,H~; :,aerbij
!
ze n,:: :i_a bi -èji:3oh u itze ~ter:-.~ Z(Jd ocnd .J wordt ~~r h:r:1.r~tä ic:.::hcen3r.•-. en3r.•-.ot e -~;-w ... ·t0·-- o"'+ ··~-~1-1r ,...., •"-0,:...,,el .... ·"·1
·' - ; ; , or:•1.··v··1nJ:""t h0t wo:,-.-"r d ... t
;o ~ y \.. .. ..,L. AAVl,.1.\.J\....-.t.J,1,,-c • . .J.,\,C,0 \l•.J.J.-e,;J.\. . , '-•4t> .., · c...,: ... •, .. ..
· .. nl s ,vr.u::-mte; ~,:,. rt~ l:'.. ., ..
Een awkro vorm ve:n er...orc;:::.nomzettiug is :r,,ogel:i.jl: ~ :1.!1 .~01.1....:.::.d"
Oolc biJ èe.,,·ctcr~rJronf; eaat de ve.f1d.etig~ .. ng van è~ hj·
drau.-lische onc:rg.ie l:ic,; é:•~t:uis ge:pau.r.<iu .
De beláng.rijks te h.ron. van enc:r.gicn,(.t·ni-::'ttg u1g ;..ti cc.:..::- ge~1 · :;.n
èe w.:~vel v·çyzn.ü1,!, in üe ëelcnocr,De wri~iVi.ngsverl.iezon t.û
hoofci--3t.1:oon~ en :.elcno:r rijn te vcr!:·wac.:r.lozen~.
~.g.v" c:0 -w:::-tr·aeings\'0.rlie:;en daalt düs ·oij Pen water.:ïp.!'cng
an
energ::i..el1.jn,, ·)Oa
-:
a,.
èe b2sohou.1:L i:m; van de-oar..,
.65a _;~,'J., '1..S er S~Geds vanu.i tr"e ·
:l
b~ tj_sch J.6 •' \ f3t~ê"l} ~.''300QGTI
Gt.rçym-1 iJne11,
o)~--w•~-~~·~v~1 .• n~~~·-l_:_3_n_g_·s~c.1E_~~o.0_d~f~:~ •.• ~t.8_v_e_r_'_R_~_o_2_·,1.o~z.o_n~J~s,
d) e ~ hoc te van aa0rs ·2~
rr,e · oc" wnrKe~ .. ~JKl-:(:1.d ovG:cPe11 •
h
è. t d h :-:. f d t: /
v
2 tJ h-0
z
«'
f dlv
2 hmn=tt.·b:.j r-,oci:; ,:10 coë:::·f j c:..ënt ó. 1 ingevoo:ca ·.:ordo.n. i.r:i ,iocr:;r1ce
~ 1's --1.· ""C'~ ... ., ... 1· _,...,· 1 ::= ., 1..•·y;: iUr ··n,n11e.,..., d·--OT'°"'l""(:: n "lfAr•-"'r.,~ '"·"''"
... . tl ... •.::.,.iJ. __ . _ t ... , --, ✓- 11-1 ·-'"" .& 1' V - .. ,., .;:J ..; ~...,,J... ,..,...,b
k • .1ez0n o,r. (t' te ve~J.c".,:"0:3rT. l)j_'t ka::1 niet 1:1? ,_,o.r v·.•craen doo.rg:s-'/,'H"<"."'·', ., ... ,-1- ,·:·r· •·;-:.,-y, ,;; •. ~-.,..:ie,~-.\ C'',....O'0D'u·1c: ,, .. ~.:..:,.;-1·-· ....,.:,,.l,- m"'''.t'
... _\.4 \ . ~ J . _ ... ~ , .1 • • ,-1 _ _; \..:v '1,,,,~.&U J.. V/ t~,t..,~l \,:; J . . ; • • - - . u ' - _ . Ó •-4..:..\J .. ,..,-~
wcrècn ve1;w:1a.ci.00.::d. Wij l~-::Gn
o:'
ruiter, riescl10'..w.-~:_r:,a.65g. Diepte van <'ie woel.bak acï-:i.tc.:c een ,tnW.
·
-,.
~
uàl g h 2 JL 2h 2 1 8h 3 ~ h 3 2 )97
r
hieruit h 1 elimineren. 1 ,; Nu is h2/hg uitge-drukt in de bekendeVrije watersprong (labiel) uitdrukking z/h~.
___ . __ In het hj_ernavoi!'gende
r,
T"
diagram is het verbandl:ili. gegeven tussen àe2e
~ : t~eo verhoudingen.
· _ _ ~-- -l--h2/h8 kan dus .worden · ' . !Jfgolc zon ff Door
verrae-.,...-~<:-:-,
f-:"7-,:--:· nigvuldiging oet h/
··_·. / wordt de
gevr~.ugdegdiep-. 1 . te h ~vo,;iden.
, ,,.,,./_.· , . / In2het logrJrithmisch
- -/-'
;,
·
7
· .,,·
,
- ,:-/
/ --· di1gr:)m is het vorb1nclh·. H bijn~ line1ir. Do for~
r·
/,
,
.
·,,
·
2 2 mulo, waarin ~_etver-, '-..._ / · ;_. lb k , b'ilnd wordt ~angogevcn
ia
-"'7"-->---··- woe a ~- ~ . ..; do~r eon rechte ... ijnrt=/J&
~ j
__ ---~'
luidt:...Lu...u ,
,J
aua.u • • • EA u a ·"' -- - · · -· · · Y h .t-
~l,g(Ê"-) 0,21
-g g
atj helè kleine vcrv9llon vinden we twcE; wa:Jrdon voor h2/h .- De
~ootste ooet worden ~~ngehouden (zie de getrokken lijn7. g
10 - r . 8 - - 1 - . . . . -• -• -- - - - L• -< 1 1 - .i - .. 1 1
1----+---~
1 1 ': : :
-~
_-J
.:.
·k:
~ ~
:.-i.:::::J::.
~--
---
_J_
-
____
J ___
1J_
__ ---~
.-~-
-
-- _._
L ---· -
: ' i : : i ' 0 , 4 ,,:
··--f··--· --~- ---'-····---~---:
-- ·--i-... :~...
: :·o,
3~---i' _____ _j ______i
---1
1 22,5
3 Vo_orbccld · I. ~~~-<?~~n: q = 6ui
3
/sec o' z = 3 !Il ~eY.~a~~d_: h2::;: ? Oplossing:... -··: 3/ ~·- \
3/ 3-§_·_ l-~,54 ~g -V
g - V 9,8 - m zIÇ
=1,54
3
= 1,95 volgenshet di-;igrnm is dan h2
h
= 2,2 gdus h
2 = 2,2 ~ 1,54 = 3,4 m.
De bodem van de1 woelb1k raoot
dus 3, 40 ra onder do
·b~nodcn-watorstand liggen. J •
1
Voorbeold II. Mansstuw.
Qc_g_evon_: q = 8 r:13 /s-:J c o
z
= _:;m
~~-V::I]tag c1_: h 2= ? Oplossing:h
= 1,85 □ ---·-·---···-··· g ' h z 6 2h
=
1,5,
h
=
2,1 g g98.
Benedenpeil: 4,50 m + N • .A~P.
~.Q
Verdr4nk:en watersprong. ( stabiel) Stuwvloer:
hGt~vraagstuk wordt niet bepaald door q (de afvoGr per m1 )
of de diepte h maar door
de
totale doorstromende hoevcGlheid weter.beschouwen stukken rivier tussen het wrijvingsverlies. . 2 6H = v lle
?"i
de figuur~ I'.) 6H=
l:ih - /l2g v ... óh=
h2bi
2 v2li
.
~.t.h.
= ~ + .::.g ~ / l u als~=A
C R -! i 0-~ -•·••·· ... 1 ... - ·- .. ... •-•-·-·-··· ... ,.,_ ... "". ·-· 0 /lh 2 2 = ó Q + Q lis 2gA2c
2A2RVan. prO:fi<ü 1 zijn A en R bekend. :i:>ezG vergelijking is allen
pro-oerend0rwi~s op to los.sen. In elke doorsnE;dG moeten A en R bekend
1zijn; A en R kunnen uit pGilingen worden afgeleid. Wij maken d~n gra~
A.. \_peil peil :l_ A fieken, waarin A en R voor diverse
R ,_ \
t
1!/R profielen zijn uitgezet als functie von, 1 \ i, 2 he. t peil •
~
·. meetk.pl.;f /
Wij kennen h1 en nemen h2 aa.•1. D.::1n',<~ ,'
.
•
:
·
v.a.
a
iep- ,//: / zijn A2 en R,., bekend. Vervolgenslos-·><:<,
1 s-ce ptn.. ; /,
,1/
sen wij met de formule óh op. Deze'-
--
._~\
-
1 _
_y,9
.awa.J::'3'- ,(,~;,/ moet g3lijk zijn aan h1 - h2. Als dit'~;,,. p.rorieler.i' ..
f/"'
niet klopt dan nemen W'I.j e<:;n nieuwa--~-.-... ----,, 1 2 -....___ h2 aan en rekGnen ó._h opnieuw uit.
Zo-c<
....
·
.. ...
.
...
...
. ..
...
.
..
..
---
~--~
·
-
~~;~~~ ~~~g~;~k~~~i(~i:a~o~
0~~
r~k per.
. 64b. gcgGvcn probeermcthode).
In sorr:migo .:;evall-.;n 1,ulct hot ni<:.t; meestal is dat een r-ianwijzing voor
hGt optreden van GGn wetGrBprong. 3.v. bij snGl stromGndc riviertjes.
In ons l~nd zijn de vcrandGringen in snelheidshoogte dikwijls zo kloin, dat zij te verwaarlozen zijn; de snelh~idshoogtü is zelf ook klein. In zulko gov3llGn pesscn wij de volgunde formul6 toe~
: .;_ .
Zulks op dezelfde wijze als hierboven is bes.cl1reven.
. .
Uitgaande van. deze laatste fDrmule .heeft e·en. .Am~rikàan een
lis-tige ~ethode bedacht. Zij geldt ·aus alleen als·ae.ve~ander1ng .in
snelheidshoogte te verwaarlozen is. ·
~h · =·· 6s ; ]/02A 2R is een f'u.nct:ià ·v~n p. e~ kan 'in. èen 1/c2A2R l/-Q2 grafiek word.en uitgezet:-
~n;·
.
.
óe ~.n .~ zijnva;ite grootheden.
i/c2A2'.R
:i,e variabel.We moeten riviervakken met-.-een zo-danige lengte kiozen d~t he.'t"'
·aannemen van een . gEUDiddeldt is gemotiveerd:
. ~- . 2 2o 2 2 '"' J./C). ~ ~ +
J./c
2 A2 _R 2 1 -··-·b fig. l fig. 2In profiel 1 is h1 bekend. Doc_i.~ het punt h1 .JP de ·h-as trekkèn we
een hori~ontale li~n. Door het punt waar deze l snijdt trekken we
a1 evenwijdig ean a. in fig. 2; en vinden een snijpunt met 2 ··•
Door wederom een horizontale lijn te trekken vinde~ we h2 op de h-as
zie fig. 1. etc.
. .· . 66b.Samengestelde profielen ...
~
!,_
c
1 = 50 2·· R _ 1750- ~;oom - , "'
m _ 0 8 ~Vo01.· f.Ia:.:'~ek
tAcVÎ
n~:na?\.Vervolgens kwadra~ren · en
·-omdraaien. · ' ~
100. 67. "lcorbeolden van verhanglijnen. ·
2
V •
De verhanglijnen zijn verschillend van vorm voor wnterlopen met b0derr.vurhang I
·
<
Ig = g : aC2 ( zin par. 64a. fig. 1) efl die :r,..; t I .> Ig. Men bodGnk~, dat de waterspülgcl normaal op du evçn-wichtsdiGptc he ligt. De wrijving komt d~n ovcrGon mot bathoè0m-v.::rh.:1:1g I on do beweging is s.Jnparig.
:s, door een of anaare oorzaak, da diepte urgons groter d~r. h9, d~n is de snelheid minder d~n die bij G~nparigen ~fvoor, Ook .,do wrijving is dus kloiner; d~ onorgi~lijn steflt ondûr eon vurhnng
klein.:3r d~n I, d.w.z. H = h + G(,V2 : 2g naerr.t ~ nedenw~nrts toe. Bij stromend water gocft aöngroeien van H o~k vergroting vPn
àv diepte h (trucken I in de fig. 1 en 2 in par. 64a. ); bij schie-tend wnter (h
<
hg) daarent~gen nclGmt haf, als U tnene~mt (tok II in fig. 2 par. 6ita). (zi(: form: 63.Strome;n en schtettJn).Vina r.1crn ergens h
<
he, dPn geldt de orr.eeaeerC:,e rcd0nGrint.:'. Stroomt }1Gt wctGr !'log, dnn is er oen dalende tar . ( tak II in f1.1.1, rar. 64r.), schiG"'v h-.;t, dnn komGn weer stiJr:entl~ ~aJrk.::n (tal<.K.t11 IIJ.in fig. 1 ~n 2, p~r. 640.)
~nii;c gcv~:.len worden nu quoli tAtief nago8'an.
A. Alleen stromend wntor.
··- ·~-:, vcrandt:;rt ... _...
rt1g.l
> • ·-· -•··•···· ... _____ ··••·--
--· ·-·--· .... -··· -··_____
.,, ..eenp,
---
.·--Jlg he·
Als I toonoomt wordt h klüiner. Da~rGnta en bli ·tt .. ~eli k. ·r0kc:,n dus c0rst do lijnGn op do hoogten ho en hg, zowel bovnn nls bGnca~n do knik (b~ncdon do knik he')
Büschouw eon punt~ geheel bonedenstrooma eng~ ne, hoe de wa-teratElnd dAar kan z;i.jn. Zou he
>
he I dan zntbn we cp tak~ vanfig. 1, pnr. 64B, d.w.z. de diaptc. zou naar benodon toe yoter
wor-den en nnar bovGn too kleiner. H~t eerste k~n niut, wBnn.eer ~en-minste benedenwearts niets bijzonders met de rivier ~er,-e1.U~t, het
tï"le1de trcne;t or:3 ~~~o'5s dichterbij he' e:-- dus ni('t waa!· we uit-eindelijk moeten te.recht komen, nl. bij he. Evenmin voldoet
~.a .::: he'. lfaa!' beneden tee daalt dan h t•teeds v'!rder Vtàt alleera rr.:1r..glijk is als daar·iets bijzonders ria~ Ge hari,~ is. D.1ac hd toch
:::--- • noch
<ne'
kan zi~r. is ha= he', rr. • .:i.w. beneden de knL< js ëe 1,l!'"'reging eenparig.ier nlaatse van
ae
knik is de die"1+P dus kleiner den ov. n·een-}:omt. met de wr-srde van he die daar bij oe kleine I geld.t. tn-aar nog·groter· dan .hg. Wij zijn dus op tak II van de thaoretische verl\ang--lijn van fig. 1., pnr. 64a. (diepte kleiner dan he, dus vt·rhang
H "'> I dus ook waterspiegelverhang > I, omdat het water