Discharge Coefficient of Broad-crested Weirs as a Function of the Relative Weir Height for Different Weir Lengths

Abstract

Водозливи з широким порогом (ВШП) часто використовують у гідротехнічному будівництві та у водному господарстві. Найскладнішим для визначення фактором, що впливає на пропускну здатність ВШП, є його коефіцієнт витрати. В українській інженерній практиці коефіцієнт витрати ВШП визначають як функцію відносної висоти водозливної стінки, тоді як найпоширеніші європейські методики – як функцію відносної ширини порогу. У роботі отримано експериментальні залежності коефіцієнта витрати ВШП прямокутного профілю з вертикальними вхідною та вихідною гранями без заокруглення ребер для відношення ширини порогу та висоти стінки d/Р = 2; 4. Порівняння отриманих результатів зі значеннями коефіцієнта витрати аналогічних ВШП за методами Куміна та Хагера вказує на те, що цей коефіцієнт залежить і від висоти стінки, і від ширини порогу. Отримано відповідні емпіричні степеневі залежності. За однакових значень відносної висоти порогу коефіцієнт витрати для ВШП зі співвідношенням d/Р = 4 є значимо менший, ніж для водозливу з d/Р = 2, що може бути пояснено суттєвішим впливом опору тертя для водозливу з більшою шириною порогу.

Broad-crested weirs (BCW) are often used in hydraulic engineering and water management. The most complex factor that affects the discharge capacity of BCW is the discharge coefficient. In Ukrainian engineering practice, the flow rate of BCW is defined as a function of the relative height of the spillway wall, while in the most common European methods – as a function of the relative length of the weir. The experimental dependences of the discharge coefficient of rectangular sharp-edged BCW with vertical inlet and outlet walls with the ratio of the weir length and height d/P = 2; 4 are obtained. A comparison of the obtained results with the values of the discharge coefficient of the same BCW using the methods of Kumin and Hager indicates that this coefficient depends on both the height of the wall and the length of the weir. The corresponding empirical power law dependences are obtained. At the same values of the relative height of the wall, the discharge coefficient for the weir with the ratio d/P = 4 is significantly lower comparing the weir with d/P = 2, that can be explained by the more significant effect of friction resistance for the weir with longer threshold.