Vízépítési alapismeretek

Tartalom

Előszó ..........................................................................................................3
A) HIDROLÓGIA ......................................................................................5
Bevezetés ................................................................................................5
1. A víz földi körforgásának alapelemei ..........................................7
1.1 A Föld vízháztartása ............................................................7
1.1.1 A Föld vízkészlete ....................................................7
1.1.2 A víz megjelenési formái ....................................8
1.1.3 A hidrológiai körfolyamat........................................8
1.1.4 A légkör általános jellemzése................................8
1.1.5 A vízháztartási mérlegek ........................................14
1.2 A víz földi körforgásának fizikai tényezői. Meteorológia 14
1.2.1 A napsugárzás ............................................................14
1.2.2 A hőmérséklet ............................................................15
1.2.3 A légnyomás ...........................................................20
1.2.4 A párolgás ................................................................23
1.2.4.1 A levegő nedvességtartalma ..................23
1.2.4.2 Vízfelületek párolgása ............................26
1.2.4.3 A talaj és a növényzet párolgása..........26
1.2.4.4 A lehetséges párolgás ............................28
1.2.4.5 A párolgás területi és időbeli eloszlása ..............................................................28
1.2.5 A pára és a légtömegek mozgása ........................30
1.2.6 Kondenzációs jelenségek ..........................................32
1.2.7 Légköri csapadékok ..................................................33
1.2.7.1 A csapadékok keletkezése és fajtál... 33
1.2.7.2 A csapadékok mérése.......................34
1.2.7.3 A légköri csapadékok mennyiségi jellemzői ......................................................35
1.2.7.4 A csapadékok területi eloszlása ..........36
2.2.7.5 A hótakaró felhalmozódása és olvadása 37
1.2.8 A csapadékviszonyok vizsgálata ............................38
1.2.8.1 Esőintenzitás, erőkarakterisztika ...........38
1.2.8.2 A csapadékmaximum függvénye ............39
1.2.9 A mérési eredmények feldolgozása és közzététele ................................................41
1.2.9.1 Meteorológiai állomások ........................44
1.2.9.2 Mérési eredmények lokális és szinoptikus feldolgozása .................42
1.2.9.3 A hidrológiai év ...................43
1.2.9.4 Magyarország éghajlata ..........................43
1.3 A lefolyás vizsgálata ............................................................44
1.3.1 A lefolyás általános jellemzése ............................44
1.3.2 A lefolyás számítása az egyidejű lefolyásvonalak módszerével ..................................46
1.3.2.1 A vízgyűjtőterület .....................47
1.3.2.2 Az összegyülekezési idő ........................47
1.3.2.3 A vízgyűjtőkarakterisztika ....................48
1.3.2.4 A mértékadó eső meghatározása ............49
1.3.3 A lefolyás számítása tapasztalati képletek és
lefolyást térképek alkalmazásával .....................................52
szárazföldek felszíni és felszín alatti vizei..............................54
2.1 A természetes vízfolyások vizsgálata. Potamológia ... 54
2.1.1 Vízfolyások osztályozása..........................................54
2.1.2 Vízfolyások alaktani vizsgálata..............................54
2.1.2.1 Folyóvölgyek kialakulása........................54
2.1.2.2 Vízfolyások vízgyűjtőterülete ................55
2.1.2.3 A folyómeder ............................................56
2.1.3 Vízfolyások hidraulikai vizsgálata..........................58
2.1.3.1 Vízmozgás folyómedrekben ....................59
2.1.3.2 Árhullámok levonulása ............................60
2.1.4 Vízfolyások fizikai vizsgálata..........................................61
2.1.4.1 Hordalékmozgás és mederalakulás....................61
2.1.4.2 A görgetett és a lebegtetett hordalék mozgása ..................................62
2.1.4.3 Vízfolyások jégviszonyai ..............................64
2.2 Az állóvizek vizsgálata. Limnológia ................................66
2.2.1 Az állóvizek keletkezése és fajai .......................66
2.2.2 Az állóvizek alaktani vizsgálata ..........................67
2.2.3 Tavak vizének mozgásjelenségei ..........................67
2.2.4 Hordalékmozgás a tavakban ....................................70
2.3 Föld alatti vizek vizsgálata. Hidrogeológia....................71
2.3.1 Föld alatti vizek származási és megjelenési formái .............................72
2.3.2 Források és kutak ...........................................75
3. Hidrológiai mérések. Hidrometria ........................77
3.1 Vízállásmegfigyelések .............................77
3.2 A vízszélesség mérése.............................79
3.3 A vízmélység mérése .............................80
3.4 Mederfelvétel.....................................81
3.5 A vízsebesség mérése ............................84
3.5.1 Sebességmérési módszerek és műszerek .....84
3.5.2 A sebességmérés végrehajtása forgóműves sebességmérővel ......................87
3.6 Vízhozammérés...................................88
3.6.1 Vízhozammérés beépített berendezésekkel ....89
3.6.2 Vízhozammérés forgóműves sebességmérővel...90
3.6.3 Kémiai vízhozammérés......................91
3.7 A hordalék mérése ...............................92
3.8 Talajvízszint-megfigyelések.........................94
4. Műszaki hidrológiai feldolgozások ........................96
4.1 A folyók vízjárása ...............................96
4.1.1 Jellemző vízállások .........................97
4.1.2 A vízjárás grafikus jellemzése ..............98
4.2 A vízjárási elemek közötti kapcsolatok .............100
4.2.1 A mércekapcsolati vonal ....................103
4.2.2 Vízállás és vízhozam közötti kapcsolat. Vízhozamgörbe .................................104
4.2.3 A vízhozamösszegező vonal..................106
B) HIDRAULIKA ...........................................109
Bevezetés ..................................................109
1. Folyadékok fizikája ......................................111
1.1 A folyadék mint folytonos közeg....................111
1.2 Folyadék fajsúlya és sűrűsége......................111
1.2.1 A fajsúly ...................................111
1.2.2 A sűrűség ..................................112
1.3 A folyadék rugalmassága, térfogatváltozása .........113
1.3.1 Rugalmassági összefüggések .................113
1.3.2 A fajsúly és sűrűség változása ..............113
1.3.3 Hőmérséklet okozta térfogatváltozás ..........114
1.4 A folyadékok belső súrlódása vagy nyúlóssága.......115
1.5 A folyadékok felületi feszültsége és a kapillaritás ...116
1.5.1 Felületi feszültség ..........................116
1.5.2 Kapillaritás.................................116
1.6 A folyadékok egyéb fontosabb fizikai tulajdonságai ...117
2. Hidrosztatika...........................................................118
2.1 A folyadékok belső feszültségi állapota ..........................118
2.2 A hidrosztatika alapegyenlete (Euler tétele) .........121
2.3 A hidrosztatika alapegyenlete nyugalomban lévő folyadéktér esetén ...........................124
2.4 A hidrosztatika törvényeinek néhány alkalmazása..........126
2.4.1 Manométerek................................................................126
2.4.2 Pascal tétele. A hidraulikus emelő......................127
2.4.3 A hidrosztatika alapegyenlete gyorsulásból származó tömegerők esetén ..................129
2.5 Sik felületekre ható folyadéknyomás ................................131
2.5.1 Vízszintes síkfelületekre ható nyomás (fenéknyomás) ................................132
2.5.2 Ferde helyzetű síkidomra ható nyomóerő ..........133
2.5.2.1 A ferde síkidomra ható nyomóerő támadáspontja ..............................................134
2.5.3 Nyomásábra szerkesztése síkfelületre ................135
2.5.3.1 A nyomóerő vízszintes és függőleges összetevőjének meghatározása számítással és szerkesztéssel ......138
2.6 Görbe felületekre ható folyadéknyomás ................141
2.7 Vékonyfalu csővezeték hidraulikai méretezése ..............142
2.8 Folyadékba merült testekre ható felhajtóerő ................144
2.9 Úszó testek egyensúlya ........................................................145
3. Folyadékok dinamikája ......................................................................148
3.1 Kinematikai alapfogalmak ....................................................149
3.1.1 Permanens és nempermanens vízmozgás ............149
3.1.2 Áramvonal, áramlási vonal és nyomvonal .... 150
3.1.3 Az elemi folyadéksugár és jellemzői. A folytonosság (kontinuitás) egyenlete ................................151
3.2 Ideális folyadékok mozgásának differenciálegyenlete. 154
Az Euler-féle hidrodinamikai alapegyenlet...........155
3.2.1 Az általános vízmozgást leíró dinamikai differenciálegyenlet megoldása, ha a vízrészecske
az áramvonalon mozog. Bernoulli egyenlete.... 156
3.2.2 Bernoulli egyenlete permanens mozgásra vonatkozóan ...........................157
3.3 A valóságos folyadék mozgásának hidrodinamikus alapegyenlete.................................158
3.4 Bernoulli egyenletének értelmezése az áramlás teljes szelvényére........................161
4. Permanens folyadékmozgás csővezetékben ....................................162
4.1 A folyadékmozgások dinamikai osztályozása ....................163
4.2 Az energiaveszteségek meghatározása ..............................164
4.2.1 A súrlódási energiaveszteségek számítása ..........165
4.2.1.1 A & ellenállási tényező értékének maghatározása ....................................................167
4.2.2 A helyi energiaveszteségek számítása ..................169
4.2.2.1 Irányváltozás okozta helyi veszteség ...........171
4.2.2.2 Keresztmetszet változás okozta helyi veszteségek ................................................176
4.2.2.3 Belépési és kilépési veszteségek ............179
4.2.2.4 Csőszerelvények veszteségtényezője ... 180
5. Kifolyás nyíláson át állandó és változó nyomás mellett...... 183
5.1 Kifolyás kisméretű nyíláson keresztül állandó nyomás mellett ............................................ 184
5.2 Kifolyás kisméretű nyíláson keresztül változó (csökkenő) nyomás mellett ................................ 186
5.3 Kifolyás nagyméretű nyíláson keresztül állandó nyomás mellett ....................... 187
6. Csővezetékek hidraulikai méretezése permanens vízmozgás esetén ............................. 189
6.1 Rövid csővezeték hidraulikai méretezése ............. 189
6.2 Hosszú csővezeték hidraulikai méretezése ............193
6.3 Szifonok hidraulikai méretezése ..................... 195
6.4 Összefüggő vízszállítórendszerek hidraulikai méretezése 197
6.4.1 Szívócső hidraulikai méretezése............... 199
6.4.2 A nyomócső hidraulikai méretezése ........... 200
6.4.3 Az elosztó hálózat hidraulikai méretezése ..... 201
7. Permanens vízmozgások és jellemzőjük nyíltfelszínű medrekben 202
7.1 Nyíltfelszínű csatornák hidraulikai méretezése permanens egyenletes vízmozgás esetén .................. 203
7.1.1 Megengedett sebesség a csatornában........... 206
7.1.2 Nyíltfelszínű csatornák méretezésének alapesetei trapézszelvényű csatornák esetében ........... 207
7.2 Permanens egyenletes vízmozgás gravitációs csatornában ............................................... 209
7.3 Permanens fokozatosan változó vízmozgás felszíngörbéjének számítása ................................... 211
7.4 Áramló és rohanó vízmozgás. A szelvény fajlagos energiájának E-h görbéje ........................... 214
8. Bukógátak ................................................................................................217
8.1 Az átbukó vízhozam meghatározása....................................218
8.1.1 Derékszögű négyszögszelvényt! bukók ....................218
8.1.2 Háromszög nyílású bukógát ........................................222
8.1.3 Trapézszelvényű bukógát ..........................................223
8.1.4 Hidraulikus profilú bukógát ......................................224
9. Műtárgyak utófenék méretezése ......................................................227
9.1 A vízugrás .........................................................................227
9.1.1 A vízugrás jellemző méreteinek meghatározása . 230
9.2 Sík utófenék méretezése bukógátról lebukó vízsugár esetén ......................................231
9.3 Sík utófenék méretezése zsiliptábla alatti kifolyásnál., 235
9.4. Süllyesztett utófenék hidraulikai méretezése ................237
10. Műtárgyak alatti szivárgásvizsgálat ..............................................239
10.1 A potenciálfüggvény és az áramfüggvény fogalma ..........240
10.2 A szivárgás Darcy-féle törvénye ........................................241
10.3 Az áramkép egy görbevonuló négyzetének elemzése ... 244
10.4 Az áramkép szabatos előállítása műtárgyak alatti szivárgás esetén..............................246
10.4.1 Végtelen kiterjedésű szemcsés talajon fekvő alaplemez alatti szivárgás ......248
10.4.2 Szivárgás véges hosszúságú szádfal körül végtelen féltérben ...........253
10.5 Szádfallal egybeépített alaplemez körüli szivárgás közelítő vizsgálata ......................262
C)VÍZFOLYÁSOK RENDEZÉSE ..............................................................265
Bevezetés ...................................................................................................265
1. A vízgazdálkodás és a vízépítés általában ....................................267
1.1 A vízgazdálkodás felosztása..................................................268
1.2 Vízépítés ..................................................................................269
2. Az elragadó erő és a felületi erózió elleni védekezés módjai 269
2.1 Az elragadó erő ............................................270
2.2 A felületi erózió elleni védekezés módjai ........................272
3. Vízmosáskötés tervezése....................................................................273
3.1 Vízmosáskötés hordalékvisszatartással..............................276
3.1.1 A vízmosás hossz-szelvénye ................................276
3.1.2 Hordalékfogó gátak ......................................................279
3.1.2.1 Hordalékfogó gát kőből, betonból ..........279
3.1.2.2 Hordalékfogó gát földből ..........................296
3.1.2.3 Hordalékfogó gátak előregyártott elemekből ..........................................................303
3.2 Vízmosáskötés hordalékvisszatartás nélkül......................303
3.2.1 A vízmosás fejének megkötése ..............................308
3.2.2 A vízmosás fenekének megkötése ......................308
3.2.3 A vízmosás oldalainak megkötése ..........................313
4. A patakszabályozás előmunkálatai és tervezése .........................315
4.1 Előmunkálatok.........................................................................315
4.1.1 Helyszíni geodéziai felvételi munkák......................315
4.1.1.1 Sokszögvonal fektetése ...............315
4.1.1.2 Kereszt- és völgy szelvények felvétele . 316
4.1.1.3 A műtárgyak főbb méreteinek és állapotának meghatározása ..........................317
4.1.2 A geodéziai felvételi adatok feldolgozása ............318
4.1.2.1 Keresztszelvények felrakása....................318
4.1.2.2 Hossz-szelvény felrakása ........................319
4.1.2.3 Helyszínrajz szerkesztése ......................320
4.2 Tervezés-.................................................320
4.2.1 A szabályozási tengelyvonal ....................................320
4.2.2 Hossz-szelvény ........................................337
4.2.3 Mintakeresztszelvények, burkolatok..................337
4.2.4 A patakszabályozás műtárgyai..................................342
4.2.4.1 Keresztezés! műtárgyak (hidak, átereszek, bujtatók) ..........................................342
4.2.4.2 Eséscsökkentő műtárgyak (fenéklépcsők, surrantók) .............................355
4.2.4.3 Torkolati műtárgyak ......................362
4.2.4.4 Vezetékek ..............................................364
4.2.5 Műszaki leírás ...................................364
Irodalomjegyzék .................................367
Tartalom jegyzék .................................................369

Témakörök