Z e1. H Energielinie. h o. Z e2. Q v o. h u. h 2. h 1. l l o. l 1

Transkript

1 Z e1 h o H Energielinie Z e2 Q v o w h 1 h 2 h u l o l 1 l 2 1 2

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4 Das Programm Hydraulik ist ein Programm zur Berechnung von allgemeinen Problemen im wasserbaulichen Bereich. Als einfaches Hilfsmittel für den Ingenieur umfasst es unter anderem folgende Berechnungsteile: Geschlossene Profile, Vereinigungsbauwerk, offene Gerinne, vollkommene und unvollkommene Überfälle, Tosbecken, Ausflüsse aus Seitenöffnungen, Ausflüsse unter Schütz, Wasserspiegelberechnungen sowie Streichwehre. Hydraulik II enthält zusätzlich noch : Sammelrinne, Regenüberlauf Typ a, Regenüberlauf Typ b und Regenüberlauf Typ c Es berücksichtigt die neusten Normen, Empfehlungen und Erkenntnisse. In den Berechnungen werden unter anderem die Berechnungsformeln und Erkenntnisse von und berücksichtigt. Dank der benutzerfreundlichen Konzeption ist eine Programm-Schulung nicht notwendig! Der Anwender wird in komfortablen Windows-Dialogen und Hilfefunktionen durch das Programm geführt. Auf Grund der einfachen Bedienung lassen sich die oft unterschätzten Folgekosten für Support vermeiden. Da bei der Programmentwicklung die einfache Bedienung eines der obersten Ziele war, lässt sich das Programm ohne Probleme bedienen. Aus diesem Grund lässt sich auf eine Softwarewartung mit jährlichen Folgekosten verzichten. Das Programm wird permanent an die neuesten Bedürfnisse und Anforderungen angepasst. Der Ausdruck erfolgt auf jedem beliebigen Drucker, der von Windows unterstützt wird. Besonderes Augenmerk wurde auf die übersichtliche Darstellung gelegt. Wir gewähren bereits ab dem 2. Programmsatz einen Spezial-Rabatt. Das Programm läuft unter den Betriebssystemen - Windows 9x / NT / 2000 / xp /vista und lässt sich auf jedem IBM-kompatiblen Computer ausführen. Erforderlich ist eine parallele Schnittstelle (LPT1) und/oder ein freier USB-Anschluss Dies sind die einzigen Minimalanforderungen.

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6 Kreis- oder Ei-Profile können nach oder berechnet werden. Zudem ist ein horizontaler Sohleneinbau beim Kreisprofil möglich. Geschlossene Rechteck- und Torbogenprofile werden nach berechnet. Neben der Angabe nach welcher Berechnungsmethode und mit welchem Profil gerechnet werden soll, werden die Angaben Gefälle, Widerstandsbeiwert und Abflussmenge benötigt. Beim Kreisprofil wird die Nennweite, beim Eiprofil die Breite und beim Rechteck-/Torbogen-Kanal die Breite und die Gesamthöhe verlangt. Der Einfluss nach kann berücksichtigt werden. Das Programm warnt, wenn die Bussinesq-Zahl grösser als 6 wird. Zudem wird bei der Resultat-Ausgabe auf dem Drucker zusätzlich neben der Bussinesq-Zahl die totale Gemischmenge Q G, der Luftanteil QL im Gemisch, die Gemischgeschwindigkeit vg, die Luftkonzentration C in %, die Gemischabflusstiefe sowie die Gemischfüllhöhe ausgegeben. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate. Auf Wunsch wird eine Grafik gezeichnet. Gegebenenfalls werden zusätzlich die Angaben für den Lufteintrag ausgegeben. Zusätzlich kann von jedem Profil eine Liste mit Abflusstiefe, Geschwindigkeit und Abflussmenge mit wählbarer Schrittweite der Abflusstiefe (in mm) ausgedruckt werden

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8 Das Ziel, den ankommenden Zufluss unter minimalem Energieverlust in einen Vereinigungskanal abzuleiten, wird mit diesem Programmteil erreicht. Dazu wird neben den Abflusstiefen, den Geschwindigkeiten sowie anderen Werten auch die Wasserspiegeldifferenz sowie die notwendigen Sohlenabstürze berechnet. Neben den entsprechenden Zuflüssen, Rohrnennweiten, Gefällen und Rauhigkeiten sind folgende Eingaben erforderlich : - Winkel zwischen dem ankommenden und abgehenden Hauptsammelkanal - Winkel zwischen dem abgehenden Hauptsammelkanal und dem Seitenkanal - Trockenwetterabfluss - Länge des Hauptsammelkanals im Schacht Die Berechnung erfolgt gemäss der Norm SIA-190. Es wurde die bekannte Abflussformel von verwendet. Der Einfluss nach wird automatisch berücksichtigt. Die Berechnung der Wasserspiegeldifferenz erfolgt nach Die Berechnung der Sohlenabsturzhöhe erfolgt nach oder nach Wassersprünge im Vereinigungsbauwerk werden nicht unterstützt. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate. Auf Wunsch wird eine Grafik gezeichnet. Zudem werden die Zwischenresultate der Berechnung ausgegeben.

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10 1 : n 1 : m Die Abflussmengen oder die Abflusstiefen lassen sich von Profilen wie Rechteck, Trapez (mit unterschiedlichen Wandneigungen) und U-Profil berechnen. b h N h N b Neben der Angabe mit welchem Profil (Rechteck, Trapez, U-Profil) gerechnet werden soll, werden die Angaben Gefälle, Widerstandsbeiwert und Abflussmenge oder Abflusstiefe benötigt. Die gesuchte Grösse (Abflussmenge oder Abflusstiefe) kann gewählt werden. Beim Rechteck wird die Sohlenbreite, beim Trapez die Sohlenbreite sowie die beiden Wandneigungen und beim U-Profil die Breite verlangt. Die Berechnung erfolgt gemäss der Abflussformel von Neben dem Abflusszustand, der Energiehöhe, der Geschwindigkeit und der Froude-Zahl werden alle kritischen Werte ( h k, H k, v k ) ausgegeben. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate.

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12 Dieser Abflussvorgang liegt vor, wenn Wasser über die Oberkante eines Staubauwerkes überläuft. Beim vollkommenen Überfall wird der Abfluss nicht vom Unterwasser her beeinflusst. Die Abflusshöhe hinter dem Überfall liegt so tief, dass er den Abfluss nicht beeinträchtigt. Nach der Gestaltung der Wehrkrone werden unterschieden : a) ausgerundete (rundkronige) Wehre, wie zum Beispiel Stauwehre und Hochwasserüberfälle b) scharfkantige Wehre, zum Beispiel Messwehre zum Messen des Abflusses Q c) breitkronige Wehre, zum Beispiel als Grundwehre und Sohlenschwellen in Flüssen oder als überströmte Bauwerksteile Es sind folgende Eingaben erforderlich : - Überfallbreite - Beiwert - Anlaufgeschwindigkeit - Abflussmenge Der aufrufbare Hilfetext gibt einen Überblick über die Überfallbeiwerte. Die Berechnung erfolgt nach der Formel von. Auf Grund der notwendigen Angaben wird der Absturz berechnet und die Ergebnisse wie Überfallhöhe h o im ungestörten Bereich, die Energiehöhe H und die Höhe hk über der Wehrkrone (Rechteckprofil) ermittelt. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate. Auf Wunsch wird eine Grafik gezeichnet.

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14 ho h k v o h u Beim unvollkommenen Überfall handelt es sich nicht um einen Bauwerkstyp, sondern um einen hydraulischen Zustand am Überfallbauwerk. Der Abflusszustand eines unvollkommenen Überfalls liegt dann vor, wenn der Abfluss über den Überfall durch einen entsprechend hohen Wasserstand h u des Unterwassers über der Wehrkrone beeinflusst wird. Es sind folgende Eingaben erforderlich : - Wehrkronenform - Überfallbreite - untere Abflusstiefe - Anlaufgeschwindigkeit - Abflussmenge Bei der Berechnung nach (Wasserkraft und Wasserwirtschaft) sind die Angaben des Beiwertes sowie die Wehrhöhe w nicht erforderlich. Demzufolge sind diese Eingaben inaktiv. Bei der Berechnung nach ist zusätzlich der Beiwert und ggf. die Wehrhöhe erforderlich. Die Wehrhöhe ist nur beim Normalprofil, d.h. beim Typ Wehrkrone OW lotrecht, notwendig. Automatischer Vorgabewert bei der Berechnungsmethode nach Poleni gemäss momentan gesetztem Wehrkronen-Typ. Der aufrufbare Hilfetext gibt einen Überblick über die Überfallbeiwerte. Es stehen zwei verschiedene Berechnungsmethoden zur Auswahl. - Berechnung nach - Berechnung nach mit zusätzlichem Abminderungskoeffizienten c Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate (h k, v, c, H, h o).

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16 Tosbecken sind in der Regel betonierte Becken, die unmittelbar an einen Überfall, eine Schussrinne oder ein anderes Bauwerk anschliessen und in denen bei jedem Abfluss, auch beim grössten, der Wechselsprung und damit der Abbau überschüssiger hydraulischer Energie sicher stattfinden soll. Neben der Wehrbreite, der unteren Abflusstiefe, der Absturzhöhe, dem Überfallbeiwert und der Anlaufgeschwindigkeit ist die Abflussmenge notwendig. Neben der Form des Überfallrückens wird die Tosbeckenlänge, die Wassertiefen sowie die Geschwindigkeit berechnet. Auf Grund der Gegebenheiten wird zudem die allenfalls notwendige Gegenschwelle automatisch ermittelt. Für den Überfall wird die Berechnungsformel von verwendet. Die Form des Überfallrückens wird nach der Formel des amerikanischen (USCE) berechnet. Die Tosbeckenlänge ergibt sich aus dem Diagramm des amerikanischen (USCE) Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate. Auf Wunsch wird eine Grafik gezeichnet.

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18 v o 2 2g v o h u a 1 : n b Dieser Programmteil ermöglicht die Berechnung des freien, teilweise bedeckten und vollständig bedeckten Ausflusses aus einer Seitenöffnung. Die Öffnung kann dabei rechteckig, rund oder beliebig sein. Eine Wandneigung wird bei der rechteckigen und beliebigen Öffnung beim freien Ausfluss berücksichtigt. Auf Grund der gewählten Querschnittsöffnung werden alle notwendigen Angaben wie zum Beispiel Wandneigung, Durchmesser (Kreis), Öffnungsbreite / Öffnungshöhe (Rechteck), Ausflussfläche (beliebige Fläche), Beiwert der Öffnung und Anlaufgeschwindigkeit eingegeben. Zudem wird die obere Höhe bis UK-Ausfluss bzw. bis Mitte Ausfluss verlangt. Sofern es sich bei der Ausflussart um einen bedeckten Ausfluss handelt, muss zusätzlich die Höhe ab dem Wasserspiegel bis UK Öffnung nach dem Ausfluss eingegeben werden. Die Berechnung des freien und vollständig bedeckten Ausflusses erfolgt nach den bekannten Formeln. Die theoretische Erfassung des teilweise rückgestauten Ausflusses aus Seitenöffnungen bereitet Schwierigkeiten. Der Gesamtausfluss ergibt sich zusammengesetzt aus zwei Teilausflüssen (freier Ausfluss) und (Abfluss aus einer vollständig rückgestauten Öffnung). Es wird die gesuchte Abflussmenge, die Ausflussgeschwindigkeit sowie die Ausflussfläche ausgegeben. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate. Auf Wunsch wird eine Grafik gezeichnet.

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20 v o h o In diesem Teil wird der stationäre Ausfluss aus Schützöffnungen als ebener Fall behandelt. Über die horizontal angenommene Sohle wird Wasser durch einen scharfkantigen Planschütz mit der Höhe a und der Schützbreite b bis auf die Höhe h o angestaut. h u a h v Es wird zwischen zwei Formen unterschieden. - Freier Ausfluss - Bedeckter Ausfluss Nach dem gewählten Abfluss-Typ (unten schiessend, unten strömend mit freiem Ausflussstrahl oder unten strömend mit bedecktem Ausflussstrahl) sind alle notwendigen Werte einzugeben. Die untere Abflusstiefe ist nur bei strömendem und bedecktem Abfluss notwendig. Auf Grund der bekannten Wasserspiegellage im Unterwasser (schiessend, strömend mit freiem Ausflussstrahl oder strömend mit bedecktem Ausflussstrahl) lässt sich die Abflussmenge bei einem teilweise gezogenen Schütz berechnen. Zusätzlich wir die kleinste Wassertiefe nach dem Schütz bzw. die Wassertiefe beim Wassersprung ermittelt. Als weiteres werden die entsprechende(n) Geschwindigkeit(en) berechnet. Bei einem strömenden Zustand und der Wahl "Ausflussstrahl bedeckt", erkennt das Programm automatisch, ob es sich wirklich um einen bedeckten Ausfluss handelt und gibt andernfalls eine entsprechende Warnmeldung aus. Neben der errechneten Abflussmenge wird die kleinste Wassertiefe die Geschwindigkeit(en) sowie ggf. Distanz bis zum Wassersprung, die Wassersprunglänge und die Tiefe nach dem Wassersprung ausgegeben Der Ausdruck beinhaltet neben allen Eingaben auch die entsprechenden Resultate. Auf Wunsch wird eine Grafik gezeichnet.

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22 Der Normalabflusszustand ändert sich mit einer Veränderung des Gefälles, der Rauhigkeit und der Querschnittsgeometrie. Verschiedene Gerinnezustände wie Gefällsknick, Rauhigkeitswechsel, seitliche Erweiterung, seitliche Verengung sowie Senk- und Staukurven werden in verschiedenen Profilen berücksichtigt. 1 : n 1 : m b h N h N b Auf Grund der gewählten Gegebenheiten und des gewählten Profils sind die entsprechenden Eingaben wie Breiten oder Durchmesser, Wandneigungen, Gefälle, Rauhigkeiten und Abflussmenge notwendig. Um die Übersicht und das einfache Handhaben zu gewährleisten, passt sich die Eingabemaske automatisch der definierten Gegebenheiten bzw. der Profilwahl an. Bei den geschlossenen Profilen wie Kreis- und Ei-Profil lässt sich wie üblich der Einfluss von Thormann berücksichtigen. Mittels der Taste "Einstellungen" lassen sich die Werte für Ausgangs-Sohlenkote, Schrittweite der Stationierung, Berechnung bis Stationierung und Abbruchkriterium definieren. Das Programm ermittelt u.a. die Abflusstiefe bei jeder Stationierung und berücksichtigt automatisch einen allf. Wassersprung. Das Programm gibt bei ungenügender Dimensionierung beim Ei- bzw. Kreis-Profil eine entsprechende Warnmeldung aus. Alle Resultate innerhalb einer seitlichen Erweiterung oder Verengung erhalten in der Bemerkungsspalte einen entsprechenden Eintrag. Dies gilt analog für den Beginn und das Ende eines Wassersprunges. Zusätzlich werden die oberen und unteren Normalabflusshöhen sowie die kritischen Höhen ausgedruckt. Bei einem Wassersprung wird neben der Wassertiefe vor und nach dem Sprung die Wassersprunglänge ausgegeben.

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24 Streichwehre sind parallel oder nahezu parallel zur Fliessrichtung in Gerinnen angeordnete seitliche Überfälle. Sie werden zum Beispiel als Entnahme- oder Entlastungsbauwerke bei Bewässerungs-, Kraftwerkskanälen, zur Regenwasserableitung bei der Mischkanalisation und zur seitlichen Hochwasserableitung bei eingedeichten Flüssen verwendet. Es werden folgende Eingaben erwartet : Breite oben, Breite unten, Wehrhöhe, Beiwert, Zufluss oben, Abfluss unten sowie die untere Abflusstiefe. Wir wenden hier das bisher gebräuchlichste Berechnungsverfahren nach an. Danach wird das Streichwehr wie ein normaler Überfall mit der mittleren Überfallhöhe h m berechnet. Es wird jedoch nur der strömende Normalabfluss ohne Fliesswechsel bis Fr o < 0.75 bzw. der schiessende Normalabfluss ab Fr o > 1.5 berücksichtigt. Der schiessende Normalabfluss kommt wegen seiner geringen Abflussleistung selten zur Anwendung. Der Überfall-Beiwert der - Formel wird in diesem Fall nach (1979) bzw. (1972) für Fr o > 1.5 entsprechend berechnet. Neben der seitlichen Ausflussmenge wird die gesuchte Wehrlänge ausgegeben. Zudem wird die Überfallhöhe h 1 am Wehranfang bzw. h 2 am Wehrende sowie die Geschwindigkeiten und Froud-Werte ausgegeben. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate.

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26 Sammelrinnen oder Sammelkanäle sammeln das seitlich zufliessende Wasser und leiten es in Längsrichtung weiter. Berücksichtigt wird hier das übliche Rechteckprofil.. Es werden lediglich folgende Definitionen benötigt: Rinnegefälle, Rauhigkeit, Rinnenbreite, Rinnenlänge, Zufluss und untere Abflusstiefe. Die Reibungsverluste sind vernachlässigbar klein und werden nicht berücksichtigt. Nach dem Impulssatz ergibt sich die höchste Aufstau-Wassertiefe h o Alle relevanten Resultate werde ausgegeben, wie : Normalabflusstiefe, kritische Abflusstiefe, Geschwindigkeiten und Froude-Zahl. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate. Auf Wunsch wird eine Grafik gezeichnet.

27 Streichwehr mit niedriger Wehrschwelle

28 Hier handelt es sich um ein Streichwehr mit niedriger Wehrschwelle (einoder zweiseitig) Diverse Eingaben gemäss Definitionen aus der Fachliteratur sind erforderlich. Die Berechnung erfolgt u.a. nach Hoerler (siehe Fachliteratur). Alle relevanten Resultate werde ausgegeben. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate.

29 Streichwehr mit hochgezogener Wehrschwelle

30 Hier handelt es sich um ein Streichwehr mit hochgezogener Wehrschwelle (ein- oder zweiseitig) Diverse Eingaben gemäss Definitionen aus der Fachliteratur sind erforderlich. Die Berechnung erfolgt u.a. nach Hoerler, Bernoulli, Kallwass, Patterson... (siehe Fachliteratur). Alle relevanten Resultate werde ausgegeben. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate.

31 Regenüberlauf mit Bodenöffnung

32 Beim Leapingwehr handelt es sich um einen Regenüberlauf mit Bodenöffnung. Diverse Eingaben gemäss Definitionen aus der Fachliteratur sind erforderlich. Die Berechnung erfolgt nach Taubmann. (siehe Fachliteratur). Alle relevanten Resultate werde ausgegeben. Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate. Auf Wunsch wird eine Grafik gezeichnet.