Prag ali nizkovodni jez je pregrada po širini vodnega telesa, ki spreminja pretočne lastnosti vode in običajno povzroči spremembo višine gladine vode. Pragovi se uporabljajo za nadzor pretoka vode v rekah, iztokih jezer, ribnikih in zbiralnikih, industrijskih izpustih in nadzornih strukturah za odvodnjavanje. Obstaja veliko zasnov pragov, vendar voda običajno prosto teče čez vrh praga, preden se spusti na nižjo raven. Ni enotne definicije, kaj pomeni prag. Pragovi predstavljajo resno nevarnost za čolne in so bili vpleteni v več smrtnih utopitev.

Funkcija

Pragovi se običajno uporabljajo za preprečevanje poplav, merjenje pretoka vode in za izboljšanje plovnosti rek s čolnom. Na nekaterih lokacijah sta izraza prag in jez sinonima.

Skupna razlika med pragovi in ​​jezovi je, da lahko voda teče skozi oba (v primeru jezu nadzoruje pretok in pogosto vrti turbine), vendar teče le čez prag. Tako imajo mnogi jezovi spremljajoči preliv, ki je nižji od grebena jezu, da sprosti vodo, ki presega njeno zmogljivost zadrževanja ali uravnavanja pretoka.

Pragovi se lahko razlikujejo po velikosti tako vodoravno kot navpično, pri čemer so najmanjši visoki le nekaj centimetrov, največji pa so lahko visoki več metrov in dolgi več sto metrov. Spodaj so opisani nekateri pogosti nameni jezov.

Merjenje pretoka Ko so izpolnjeni ustrezni pogoji, pragovi omogočajo hidrologom in inženirjem preprosto metodo merjenja volumetričnega pretoka v majhnih do srednje velikih potokih/rekah ali na industrijskih mestih izpustov. Ker je geometrija vrha praga znana in vsa voda teče čez prag, se lahko globina vode za pragom pretvori v pretok. Vendar je to mogoče doseči le na mestih, kjer vsa voda teče čez vrh vrha praga in nobena ne uide drugam.

Splošni izračun pretoka lahko povzamemo kot:

kjer je volumetrični pretok tekočine (izpust), je koeficient pretoka za strukturo (v povprečju 3,33), je širina vrha, je višina vodne gladine nad vrhom, se spreminja glede na strukturo (npr. 3⁄2 za horizontalni prag, 5⁄2 za prag z V-zarezo).

Pretok čez prag z V-zarezo Pretok čez prag z V-zarezo (v ft3/s) je podan z Kindsvater-Shenovo enačbo:

kjer je

Q volumetrični pretok tekočine v ft3/s, g je gravitacijski pospešek v ft/s2, Ce je korekcijski faktor pretoka, podan v Shen 1981, str. B29, slika 12, θ je kot preliva V-zareze, h je višina tekočine nad dnom V-zareze, k je korekcijski faktor tlaka, podan v Shen 1981, str. B20, slika 4.

Nadzor invazivnih vrst Ker so pragovi fizična ovira, lahko ovirajo vzdolžno gibanje rib in drugih živali gor in dol po reki. To lahko negativno vpliva na vrste rib, ki se selijo kot del svojega razmnoževalnega cikla (npr. salmonidi), lahko pa je tudi koristno kot metoda za preprečevanje gibanja invazivnih vrst gorvodno. Na primer, pragovi na območju Velikih jezer so pomagali preprečiti kolonizacijo invazivnega morskega piškurja dlje gorvodno.

Vodni mlini Mlinski ribniki nastanejo z pragom, ki zadržuje vodo, ki nato teče čez strukturo. Energija, ki nastane s spremembo višine vode, se lahko nato uporabi za pogon vodnih koles in žag, brusilnih koles in druge opreme.

Nadzor poplav in spreminjanje rečnih razmer

Pragovi se pogosto uporabljajo za nadzor pretoka rek v obdobjih visokega pretoka. Zapornice (ali v nekaterih primerih višino vrha jezu) je mogoče spremeniti, da se poveča ali zmanjša količina vode, ki teče dolvodno. Pragovi za ta namen so običajno gorvodno od mest in vasi in so lahko avtomatizirani ali ročno upravljani. Že z rahlim upočasnjevanjem hitrosti gibanja vode dolvodno se lahko nesorazmerno poveča verjetnost poplav. Na večjih rekah lahko prag spremeni tudi pretočne značilnosti vodne poti do te mere, da lahko plovila plujejo po območjih, ki so bila prej zaradi ekstremnih tokov ali vrtincev nedostopna. Mnogi večji pragovi imajo konstrukcijske značilnosti, ki čolnom in uporabnikom reke omogočajo da plujejo gor ali dolvodno, ne da bi morali izstopiti iz reke. Pragovi, zgrajeni v ta namen, so še posebej pogosti na reki Temzi in večina je v bližini vsake od 45 zapornic na reki.

Težave

Ekologija Ker prag zadržuje vodo za seboj in spreminja režim pretoka reke, lahko vpliva na lokalno ekologijo. Običajno lahko zmanjšana hitrost reke gorvodno povzroči povečano zamuljevanje (odlaganje drobnih delcev mulja in gline na rečnem dnu), kar zmanjša vsebnost kisika v vodi in duši habitat nevretenčarjev ter drstišča rib. Vsebnost kisika se običajno vrne v normalno stanje, ko voda preteče vrh jezu (čeprav je lahko hiperoksigenirana), čeprav lahko povečana hitrost reke preči rečno strugo, kar povzroči erozijo in izgubo habitata.

Migracija rib Pragovi lahko pomembno vplivajo na migracijo rib. Vsak prag, ki bodisi presega največjo višino, ki jo lahko vrsta skoči, bodisi ustvarja pretočne pogoje, ki jih ni mogoče obiti (npr. zaradi prekomerne hitrosti vode), učinkovito omejuje najvišjo točko, kjer se lahko ribe selijo gorvodno. V nekaterih primerih lahko to pomeni izgubo ogromnih območij za razmnoževanje, kar lahko sčasoma znatno vpliva na populacije rib.

V mnogih državah je zdaj zakonsko določeno, da se v zasnovo praga vgradijo ribje steze, ki ribam omogočajo, da obidejo ovire in dostopajo do habitatov gorvodno. Za razliko od jezov pragovi običajno ne preprečujejo migracij rib dolvodno (saj voda teče čez vrh in ribam omogoča, da obidejo strukturo v tej vodi), čeprav lahko ustvarijo pretočne pogoje, ki poškodujejo mlade ribe. Nedavne študije kažejo, da imajo navigacijske zapornice tudi potencial za večji dostop za vrsto živih bitij, vključno s slabimi plavalci.

Varnost Čeprav se voda okoli pragov pogosto zdi relativno mirna, so lahko izjemno nevarna mesta za čolnarjenje, plavanje ali brodenje, saj lahko vzorci kroženja na dolvodni strani – običajno imenovani hidravlični skok – človeka potopijo za nedoločen čas. Kanuisti in kajakaši pogosto pogovorno imenujejo pragove »stroji za utapljanje«, zlasti v opozorilnih znakih.

Pogoste vrste Obstaja veliko različnih vrst pragov, od preproste kamnite strukture, ki je komaj opazna, do dovršenih in zelo velikih struktur, ki zahtevajo obsežno upravljanje in vzdrževanje.

Širokogrebenski prag Širokogrebenski prag je struktura z ravnim grebenom, kjer voda prehaja čez greben, ki pokriva večino ali celotno širino struge. To je ena najpogostejših vrst pragov po vsem svetu.

Sestavljeni jez Sestavljeni prag je kateri koli prag, ki združuje več različnih zasnov v eno strukturo. Običajno jih vidimo na mestih, kjer ima reka več uporabnikov, ki morda morajo obiti strukturo. Pogosta zasnova bi bila tista, kjer je prag širok grebenski po večjem delu svoje dolžine, vendar ima del, kjer se prag ustavi ali je 'odprt', tako da lahko majhni čolni in ribe prečkajo strukturo.

V-zareza Zarezni prag je kateri koli prag, kjer je fizična ovira bistveno višja od gladine vode, razen posebne zareze (pogosto v obliki črke V), vrezane v ploščo. V času normalnega pretoka mora vsa voda preiti skozi zarezo, kar poenostavi izračune količine pretoka, v času poplave pa se lahko gladina vode dvigne in potopi jez brez kakršnih koli sprememb strukture.

Polinom Polinomski prag je prag, katerega geometrija je definirana s polinomsko enačbo poljubnega reda n. V praksi je večina pragov polinomskih prelivov nižjega reda. Standardni pravokotni prag je na primer polinomski prag reda nič. Trikotni (V-zareza) in trapezoidni prag sta reda ena. Polinomski pragv višjega reda zagotavlja širši razpon razmerij med tlakom in pretokom ter s tem boljši nadzor nad pretokom na iztokih jezer, ribnikov in rezervoarjev.

Sklici

Viri

Zunanje povezave

Hydraulics of Minimum Energy Loss (MEL) culverts and bridge waterways (Click "proceed" at the UQ-ITS Advisory webapge)

Kategorija:Hidrotehnika Kategorija:Jezovi