Analiza przepływu przez przepust

(Flow Analysis for Culverts)

Analiza przepływu przez przepust jest dość skomplikowana. Zwykle, dla uproszczenia opisu, korzysta się z pojęć "kontroli wlotem" (ang. inlet control) i "kontroli wylotem" (ang. outlet control). Kontrola wlotem ma miejsce wówczas, gdy przepustowość wlotu przepustu jest mniejsza od przepustowości jego przewodu. Przekrój kontrolny przepustu pracującego w warunkach kontroli górą znajduje się tuż za wlotem, wewnątrz przewodu. Linia zwierciadła wody przechodzi przez głębokość krytyczną w tym przekroju lub w jego pobliżu, a przepływ poniżej ma charakter rwący. W warunkach kontroli wlotem potrzebna wartość energii na górnym stanowisku obliczana jest przy założeniu, że wlot przepustu pracuje jak zasuwa lub przelew. Z tego względu wydatek przepustu w warunkach kontroli wlotem zależy głównie od geometrii wlotu. Przepływ w warunkach kontroli wylotem zachodzi wówczas, gdy wydatek przepustu ograniczany jest przez warunki panujące poniżej przepustu (wysoki poziom wody dolnej) lub przez przepustowość przewodu przepustu. W procedurze obliczeniowej przepustu w HEC-RAS obliczane są poziomy wody górnej, wymagane przy danym przepływie, zarówno w warunkach kontroli wlotem, jak i wylotem (rys. 6.8). Ogólnie rzecz biorąc, wyższy z wyników będzie właściwy dla danej wielkości przepływu i warunków na dolnym stanowisku. Przy kontroli wylotem potrzebny poziom wody górnej obliczany jest przez wykonanie bilansu energii od przekroju dolnego do górnego. W tym przypadku procedury HEC-RAS uwzględniają straty na wlocie, straty na tarcie wewnątrz przewodu przepustu oraz straty na wylocie.

Rys. 6.8. Krzywa wydatku przelewu z uwzględnieniem przelania się wody przez koronę drogi.

Rys. 6.8. Krzywa wydatku przelewu z uwzględnieniem przelania się wody przez koronę drogi.

Jeśli w czasie obliczeń okaże się, że poziom obliczony dla warunków kontroli wlotem jest wyższy od tego dla kontroli wylotem, wówczas program dokona dodatkowego sprawdzenia, czy faktycznie może dojść do pracy kontrolowanej wlotem bez utworzenia się przepływu ciśnieniowego w przewodzie przepustu. Zakłada się, że przy kontroli wlotem zwierciadło wody opada poniżej głębokości krytycznej w pobliżu wlotu i dochodzi do przejścia w ruch rwący. Jeśli na całej długości przewodu przepływ ten jest przepływem niskim, wówczas założenie o kontroli wlotem jest właściwe. Jeśli natomiast wewnątrz przewodu powstaje odskok hydrauliczny i wypełniony zostaje cały przekrój przewodu, wówczas zakłada się, że doprowadzi to do powstania przepływu ciśnieniowego na całej długości przewodu i przepływ ma charakter wypływu z otworu. Jeśli tak się dzieje, zakłada się dochodzi do kontroli wylotem (przy założeniu całkowitego wypełnienia przewodu).