Wir haben ein benutzerfreundliches Online-Tool entwickelt, das von Fachleuten für die Entwässerungswasserwirtschaft verwendet werden kann, um das Entwässerungsvolumen unter verschiedenen Bedingungen und Größen von Wasserkontrollbauwerken genau zu schätzen. Da immer mehr Naturschutzpraktiken für das Wassermanagement am Rande des Feldes und der Entwässerung konzipiert und umgesetzt werden, versuchen wir, diese Daten zu harmonisieren, um Vergleiche anzustellen und die Leistung dieser Praktiken zu verfolgen. Unser Protokoll bietet ein einfach zu bedienendes Online-Tool, das es anderen Forschern ermöglichen soll, das Durchflussregime schnell zu verstehen und die Durchflussrate in ihrem System zu berechnen.
Unsere Ergebnisse werden unsere Fähigkeit verbessern, die Leistung von Systemen zu verstehen, die eine Überwachung des Durchflusses erfordern. Diese Arbeit wird auch die Verfolgung des Verlusts von Nährstoffen und Drainagewasser verbessern. Unsere Ergebnisse liefern eine einheitliche Methode zur Überwachung von Entwässerungsströmen durch Forscher und Behörden.
Zukünftige Bemühungen werden verschiedene Größen und Konfigurationen von Kontrollstrukturen umfassen, um die Genauigkeit des Tools in allen Anwendungen zu gewährleisten. Verbinden Sie zunächst den Einlassabschnitt der Steuerungsstruktur mit der Pumpenbaugruppe, die aus einer Pumpe, einem Durchflussmesser und den erforderlichen Rohren, Armaturen und Ventilen besteht. Verbinden Sie dann den Auslassabschnitt des Kontrollbauwerks mit dem Abflussrohr.
Messen Sie die obere Breite und Tiefe des V-Kerbwehrs mit einem Maßband, gefolgt von dem Abstand zwischen den Gleisen, an denen die Dammbalken und das V-Kerbenwehr in das Entwässerungskontrollbauwerk passen. Fügen Sie nun die Dammbalken nacheinander zwischen den Gleisen ein. Stapeln Sie zusätzliche Dammbalken über die vorhandenen in der Steuerungsstruktur, bis die gewünschte Höhe erreicht ist, und platzieren Sie die Wehrplatte fest über dem oberen Dammbalken.
Messen Sie nun mit einem Maßband die Innenhöhe der Kontrollstruktur und den Abstand zwischen der Oberseite der Steuerungsstruktur und der Oberseite des V-Kerbwehrs. Berechnen Sie die Höhe des V-Kerb-Kamms vom unteren Rand der Steuerungsstruktur aus mithilfe der Gleichung. Verbinden Sie dann das Manometerrohr oder die Ruhighalte gut mit der Steuerstruktur.
Kleben Sie ein Maßband an die Außenwand der Kontrollstruktur neben dem Manometer, wobei der Nullwert der Basis des Innenraums der Kontrollstruktur entspricht. Starten Sie die Pumpe und lassen Sie das Wasser in die Einlaufkammer fließen, um sicherzustellen, dass das Wasser durch das Wehr fließt. Stellen Sie das Ventil und die Pumpenbaugruppe so ein, dass eine Durchflussmenge von ca. 15 bis 25 Gallonen pro Minute ausgewählt wird, und überwachen Sie die Anzeige am Durchflussmesser.
Lassen Sie den Durchfluss mindestens drei Minuten lang stabilisieren und erhöhen Sie die Durchflussrate, wenn die Förderhöhe weniger als zwei Zoll beträgt. Sobald der Durchfluss stabil ist, zeichnen Sie den Durchflussmesser auf. Nehmen Sie innerhalb von zwei Minuten 8 bis 10 aufeinanderfolgende Messungen vor und berechnen Sie die durchschnittliche Durchflussrate.
Messen Sie nun die Höhe des Wassers im Beruhigungsbrunnen oder Manometerrohr. Wenn der Wasserstand schwankt, notieren Sie die hohen und niedrigen Messwerte über 30 Sekunden und ermitteln Sie die durchschnittliche Höhe. Berechnen Sie dann die Förderhöhe mit der Gleichung.
Erhöhen Sie die Durchflussrate um ca. 15 bis 20 Gallonen pro Minute und warten Sie, bis sie sich stabilisiert hat, um die Durchflussrate und die entsprechende Förderhöhe zu erhalten. Erhöhen Sie die Durchflussmenge noch mindestens fünf Mal, bis der Wasserstand nahe der oberen Rand der V-Kerbe liegt. Geben Sie die Werte der Förderhöhe und die entsprechenden Durchflussmengen in eine Excel-Tabelle ein.
Um die gemessenen Durchflussraten im Kopf darzustellen, wählen Sie den Datenbereich aus und klicken Sie dann auf "Einfügen", gefolgt von "Diagramme und Streuung". Um die Potenzfunktion anzupassen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Datenpunkte im Diagramm und wählen Sie Trendlinie hinzufügen, gefolgt von Potenz, Gleichung im Diagramm anzeigen und R-Quadrat-Wert im Diagramm anzeigen. Klicken Sie auf der Webseite auf den Rechner für Wehrdurchflussgleichungen.
Wählen Sie mit den Optionsfeldern die Einheit zwischen metrischen SI- und US-amerikanischen Einheiten aus. Behalten Sie im Abschnitt Größe der Steuerelementstruktur die Standardauswahl von sechs Zoll oder 15 Zentimeter bei, da der Benutzer seine eigenen Wehrgleichungskoeffizienten bereitstellt. Klicken Sie auf Ja als Antwort auf die Eingabeaufforderung:Haben Sie eine eigene Kalibrierungsgleichung?
Geben Sie die Werte der Parameter A und B ein, die der Gleichung für die Strömungen entsprechen, die in der V-Kerbe enthalten sind. Geben Sie die Werte der Wehrspezifikationen im Abschnitt Eingabe des Werkzeugs ein. Rufen Sie die Werte der Koeffizienten für Überlaufdurchflüsse aus der Gleichungstabelle Koeffizienten für das Wehr mit V-Kerbe und das Diagramm der Durchflussmenge gegen die Fallhöhe aus dem Abschnitt Ergebnisse des Werkzeugs ab.
Öffnen Sie das Tool wie zuvor beschrieben, und wählen Sie mit den Optionsfeldern die Einheit und Größe der Steuerelementstruktur aus. Klicken Sie auf Nein als Antwort auf Haben Sie eine eigene Kalibrierungsgleichung? Geben Sie die Werte der Wehrspezifikationen ein.
Rufen Sie die Werte der Koeffizienten für Abflüsse mit dem V-Kerbwehr und den Überlaufströmen aus der Tabelle und das Diagramm der Durchflussrate im Verhältnis zur Fließtiefe relativ zur V-Kerbe im Abschnitt Ergebnisse des Werkzeugs ab. Die Verwendung von Wehrkoeffizienten, die das Werkzeug für ein flussabwärts gelegenes Wehr in einer Mehrkammer-Steuerungsstruktur bereitstellt, kann aufgrund erhöhter Strömungsgeschwindigkeiten zu falschen Durchflussmengen bei hohen Fallhöhen führen. Die Kalibrierung eines 45-Grad-Wehrs aus Edelstahl mit einer V-Kerbe in 15-, 20- und 30-Zentimeter-Agri Drain-Kontrollstrukturen zeigte, dass die Durchflussraten innerhalb der V-Kerbe mit hoher Genauigkeit geschätzt werden konnten, indem eine spezielle Wehrgleichung mit einem quadratischen Fehler von weniger als 0,20 Litern pro Sekunde und einer prozentualen Verzerrung von weniger als eins verwendet wurde.
Die geschätzten Durchflussmengen für Überlaufströmungen unter Verwendung von Wehrgleichungskoeffizienten aus dem Tool zur Berechnung des Wehrdurchflussgleichungskoeffizienten waren ähnlich wie die gemessenen Werte.
