Weir - Weir

För annan användning, se Weir (disambiguation) .
En stuga på Humber River nära Raymore Park i Toronto, Ontario, Kanada
En fördämning på Yass River , New South Wales , Australien , direkt uppströms från en delad fotgängare-cykel river korsning
Tidsfördröjningsvideo av en ny lutande fördjupning som installeras i Caldicot- och Wentloog -nivåerna

En fördämning / w ɪər / eller låg huvud dammen är en barriär tvärs över bredden av en flod som förändrar flödesegenskaperna hos vatten och vanligtvis resulterar i en förändring i höjden hos floden nivå. De används också för att kontrollera flödet av vatten för utlopp av sjöar, dammar och reservoarer. Det finns många fördjupningsdesigner, men vanligtvis rinner vatten fritt över toppen av fördjupningen innan det kaskaderar ner till en lägre nivå.

Etymologi

Det finns ingen enda definition av vad som utgör en fördärvning och en engelsk ordbok definierar helt enkelt en damm som en liten damm , som troligen härstammar från medelengelska var , gamla engelska wer , derivat av root of werian, som betyder "att försvara, dam".

Fungera

En breddkammare vid Thorp grist mill i Thorp, Washington , USA

Vanligtvis används dammar för att förhindra översvämningar , mäta vattenutsläpp och hjälpa till att göra floder mer seglingsbara med båt. På vissa platser är termerna dam och weir synonyma, men normalt görs en tydlig skillnad mellan strukturerna. Vanligtvis är en damm speciellt utformad för att täppa till vatten bakom en mur, medan en damm är utformad för att ändra flodens flödesegenskaper.

En vanlig skillnad mellan dammar och dammar är att vatten rinner över toppen av en damm eller under den under åtminstone en del av dess längd. I enlighet därmed, krönet av en överströmnings bräddavlopp kan på en stor damm därför att hänvisas till som en fördämning. Vingar kan variera i storlek både horisontellt och vertikalt, med den minsta bara några centimeter i höjd medan den största kan vara många meter lång och hundratals meter lång. Några vanliga strängändamål beskrivs nedan.

Flödesmätning

Weirs tillåter hydrologer och ingenjörer en enkel metod för att mäta det volymetriska flödet i små till medelstora bäckar/floder eller i industriella utsläppslägen. Eftersom geometrin på toppen av stigen är känd och allt vatten strömmar över fördjupningen kan djupet av vattnet bakom grenen omvandlas till en flödeshastighet. Detta kan emellertid endast uppnås på platser där allt vatten rinner över toppen av dammkanten (i motsats till runt sidorna eller genom ledningar eller slussar) och på platser där vattnet som rinner över kammen förs bort från strukturen . Om dessa villkor inte är uppfyllda kan det göra flödesmätning komplicerad, felaktig eller till och med omöjlig.

Beräkningen av urladdning kan sammanfattas som:

Var:

Denna beräkning är emellertid en generisk relation och specifika beräkningar är tillgängliga för de många olika typerna av fördjupning. Flödesmätningsgränser måste underhållas väl för att de ska förbli korrekta.

Flöde över en V-hack

Flödet över en V-hak (i ​​ft 3 /s) ges av Kindsvater-Shen-ekvationen.

Var:

  • Q är vätskans volymflöde i ft 3 /s
  • g är accelerationen på grund av gravitationen i ft/s 2
  • C e är den flödeskorrigeringsfaktor som ges i Shen 1981 , sid. B29, fig 12
  • θ är vinkeln på V-hacket
  • h är vätskans höjd ovanför V-hackets botten
  • k är huvudkorrigeringsfaktorn som anges i Shen 1981 , sid. B20, fig 4

Kontroll av invasiva arter

Eftersom dammar är en fysisk barriär kan de hindra fiskens och andra djurs längsgående rörelse upp och nerför en flod. Detta kan ha en negativ effekt på fiskarter som migrerar som en del av sin häckningscykel (t.ex. laxfisk ), men det kan också vara användbart som en metod för att förhindra att invasiva arter rör sig uppströms. Till exempel har vigar i Great Lakes -regionen bidragit till att förhindra invasiv havsljus från att kolonisera längre uppströms.

Vattenkvarnar

Kvarnar dammar skapas av en fördjupning som tar vatten som sedan rinner över strukturen. Energin som skapas av förändringen i vattnets höjd kan sedan användas för att driva vattenhjul och driva sågverk, slipskivor och annan utrustning.

Översvämningskontroll och förändring av flodförhållanden

En slussportsbaserad fördämning vid Bray Lock vid Themsen , vänd nedströms, i bakgrunden är den mindre sekundära "överspillningen". Två små båtar är också synliga som hålls mot överspillkammaren, efter att ha tvättats mot den under en särskilt hög utsläpp till följd av smältvatten från vinterkylvågen 2018.

Weirs används vanligen för att kontrollera flodernas flödeshastigheter under perioder med högt utsläpp. Slussportar (eller i vissa fall höjden på vandringskanten) kan ändras för att öka eller minska volymen av vatten som rinner nedströms. Weirs för detta ändamål finns vanligtvis uppströms städer och byar och kan antingen automatiseras eller manuellt manövreras. Genom att sänka hastigheten med vilken vattnet rör sig nedströms till och med något kan en oproportionerlig effekt ha sannolikheten för översvämningar. På större floder kan en vall också förändra vattenvägarnas flödesegenskaper till den grad att fartyg kan navigera i områden som tidigare inte var tillgängliga på grund av extrema strömmar eller virvlar . Många större vikar kommer att ha konstruktionsfunktioner som gör det möjligt för båtar och flodanvändare att "skjuta vallen" och navigera genom att passera upp eller ned strömmen utan att behöva lämna floden. Vingar byggda för detta ändamål är särskilt vanliga vid Themsen , och de flesta ligger nära var och en av flodens 45 slussar .

Frågor

Under perioder med högt flodflöde skulle denna artonhundratalets porr av porfyrsten på en bäck i Alperna få betydligt mer vatten att rinna över den.

Ekologi

Eftersom en kammare tar upp vatten bakom den och ändrar flodens flödesregim, kan den påverka den lokala ekologin . Normalt kan den minskade flodhastigheten uppströms leda till ökad siltation (avsättning av fina partiklar av silt och lera på flodbotten) som minskar syrehalten i vattnet och släpper invertebratens livsmiljöer och fiskens lekplatser . Syrehalten återgår vanligtvis till det normala när vatten har passerat över fördjupningen (även om det kan vara hyperoxygenerat), även om ökad flodhastighet kan skura flodbädden och orsaka erosion och förlust av livsmiljöer.

Fiskvandring

Weirs kan ha en betydande effekt på fiskvandring . Varje damm som överskrider antingen den maximala höjden en art kan hoppa eller skapar flödesförhållanden som inte kan kringgås (t.ex. på grund av överdriven vattenhastighet) begränsar effektivt den maximala punkt uppströms som fisk kan migrera. I vissa fall kan detta innebära att enorma längder av häckningsbiotoper går förlorade, och med tiden kan detta ha en betydande inverkan på fiskbestånden.

I många länder är det nu ett lagkrav att bygga fiskstegar i utformningen av en fördjupning som säkerställer att fisken kan kringgå hindren och få tillgång till livsmiljöer uppströms. Till skillnad från dammar förhindrar vanligtvis inte vandringar nedströms fiskmigration (eftersom vatten rinner över toppen och tillåter fisk att kringgå strukturen i det vattnet), även om de kan skapa flödesförhållanden som skadar ungfisk. Nyligen genomförda studier tyder på att navigationslås också har potential att ge ökad åtkomst för en rad biota , inklusive dåliga simmare.

Säkerhet

Trots att vattnet runt stugor ofta kan verka relativt lugnt, kan det vara extremt farliga platser att segla, bada eller vada, eftersom cirkulationsmönstren på nedströms sidan - vanligtvis kallad ett hydrauliskt hopp - kan dränka en person på obestämd tid. Detta fenomen är så välkänt för kanotister, kajakpaddlare och andra som spenderar tid på floder att de till och med har ett förfärligt namn på fästningar: "drunkningsmaskiner". Ohio DNR rekommenderar att ett offer ska "stoppa ner hakan, dra knäna upp mot bröstet med armarna lindade runt dem. Förhoppningsvis kommer förhållandena att vara så att strömmen kommer att trycka offret längs flodens bädd tills det sveper bortom koka ledningen och släppas av hydrauliken. " Pennsylvania State Police rekommenderar också offren att "krypa upp, dyka till botten och simma eller krypa nedströms". När det hydrauliska hoppet tar med sig luft, kommer vattnets flytförmåga mellan dammen och kokledningen att minskas med uppåt 30%, och om ett offer inte kan flyta kan rymning vid dammen vara det enda alternativet för överlevnad .

Vanliga typer

Bron och weir -mekanismen vid Sturminster Newton på River Stour , Dorset , Storbritannien
Två kammare vid River Wear i Durham , Storbritannien: den nedre vallen är en sammansatt kammare som också har fiskstegar för att tillåta fisk som lax att navigera i vallen
En manuellt manövrerad nål dammen -typ dammen nära Revin på floden Meuse , Frankrike
En breddkammare i Warkworth , Nya Zeeland
En komplicerad serie med breda vapen och V-hack på Dobbs Weir i Hertfordshire , Storbritannien

Det finns många olika typer av grindar och de kan variera från en enkel stenstruktur som knappt märks, till genomarbetade och mycket stora strukturer som kräver omfattande hantering och underhåll.

Bredkammad

En bröstkammare är en plattkroppsstruktur där vattnet passerar över en krön som täcker mycket eller hela kanalbredden. Detta är en av de vanligaste typerna av vindar som finns över hela världen.

Förening

En sammansatt kammare är vilken damm som består av flera olika konstruktioner till en struktur. De ses vanligtvis på platser där en flod har flera användare som kan behöva kringgå strukturen. En vanlig design skulle vara en där en kammare är bredkryssad under stora delar av sin längd, men har en sektion där kammaren stannar eller är "öppen" så att små båtar och fisk kan passera strukturen.

V-hack

En hackskärm är varje fördjupning där den fysiska barriären är betydligt högre än vattennivån med undantag för en specifik skåra (ofta V-formad) skuren i panelen. Vid normala flöden måste allt vatten passera genom skåran, förenkla beräkningar av flödesvolymen, och vid översvämning kan vattennivån stiga och sänka ner fördjupningen utan några ändringar i strukturen.

Polynom

En polynomväxel är en fördjupning som har en geometri definierad av en polynomekvation av valfri ordning n . I praktiken är de flesta dammar låga ordningar polynom. Den standard rektangulära fördjupningen är till exempel en polynomisk gränd av ordning noll. De trekantiga (V-hak) och trapetsformiga dammarna är av ordning ett. Polynomgränser av hög ordning ger ett bredare utbud av huvud-utsläppsrelationer och därmed bättre kontroll av flödet vid utlopp av sjöar, dammar och reservoarer.

Se även

Referenser

Anteckningar

Citerade verk

Vidare läsning

externa länkar