Name: Parametrizzazione delle equazioni di Weir V-notch per il monitoraggio del flusso in una struttura di controllo del drenaggio (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-04-25T14:10:00.000+00:00
Duration: 7 min 15 s
Description: Impara la calibrazione di una stramazzo a V-notch per il monitoraggio del flusso in strutture di drenaggio. Questo metodo fornisce coefficienti accurati per calcolare le portate idrauliche e migliorare la gestione delle acque.

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</ol>

Nel valutare le prestazioni delle pratiche di conservazione ai margini del campo che riducono la perdita di nutrienti dalle acque di drenaggio sotterranee (tamponi saturi, bioreattori e gestione delle acque di drenaggio), è importante determinare con precisione la portata di drenaggio e le concentrazioni di nutrienti. Sono prontamente disponibili metodi standard per determinare con precisione le concentrazioni di nutrienti (ad esempio, nitrati), come i metodi di laboratorio da campioni d'acqua1 o i sensori per il monitoraggio continuo dei nutrienti 2,3. La determinazione delle portate di drenaggio nelle pratiche di conservazione ai margini del campo, d'altra parte, non è così semplice come con la concentrazione di nitrati e di solito comporta l'uso di una struttura di controllo del livello dell'acqua di drenaggio 4,5. Una struttura di controllo del livello dell'acqua di drenaggio viene utilizzata in una pratica di conservazione a bordo campo con il duplice scopo di controllare il carico idrico a monte e monitorare le portate di scarico con l'uso di sbarramenti. I componenti importanti da considerare durante la determinazione delle portate di drenaggio includono le dimensioni della struttura di controllo del drenaggio, il tipo di stramazzo utilizzato nella struttura, le condizioni di flusso all'interno della struttura, la misurazione accurata dei carichi e l'uso di equazioni di sbarramento appropriate per convertire i carichi in portate di scarico. Mentre queste strutture sono generalmente limitate ai terreni drenati artificialmente "piastrellati", i terreni agricoli drenati superano i 21 milioni di ettari negli Stati Uniti6 e hanno un impatto sui carichi di nutrienti di torrenti e fiumi7.
La determinazione delle portate mediante sbarramenti è una pratica comune e sono disponibili procedure standard ed equazioni di calibrazione per i flussi in canali aperti8. Tuttavia, solo un numero limitato di studi ha sviluppato equazioni di calibrazione per gli sbarramenti in una struttura di controllo del drenaggio 5,9,10,11,12,13,14,15,16,17. Chun e Cooke10 sono stati i pionieri dello sviluppo di equazioni di calibrazione per sbarramenti rettangolari per strutture di controllo di varie dimensioni. Seguendo Chun e Cooke10, Christianson et al.9 hanno sviluppato una singola equazione di calibrazione per uno sbarramento con intaglio a V di 45° in strutture di controllo da 15 cm (6 pollici) e 25 cm (10 pollici) con sbarramenti posizionati a diverse altezze dal fondo delle strutture. Shokrana e Ghane14 hanno fornito un'equazione di flusso diversa per uno sbarramento con intaglio a V di 45° in una struttura di 25 cm (10 pollici) da Christianson et al.9, quando lo sbarramento è stato posizionato a circa 30 cm sopra il fondo della struttura. Gli autori hanno attribuito la differenza nelle due equazioni di calibrazione all'uso di un dispositivo di pesatura calibrato per misurare le portate, suggerendo che manca una procedura unificata per ottenere le portate, le prevalenze e le equazioni di calibrazione per gli stramazzi per le portate contenute all'interno della tacca a V nelle strutture di controllo.
Nel nostro recente studio11, abbiamo sviluppato equazioni di calibrazione per gli sbarramenti con intaglio a V di 45° nelle strutture di controllo Agri Drain in base alle loro dimensioni (15 cm [6 pollici], 20 cm [8 pollici] e 30 cm [12 pollici]) per i flussi contenuti all'interno dell'intaglio a V e i flussi di sovraccarico (cioè quando il battente supera la sommità di uno sbarramento con intaglio a V). Mentre l'equazione di calibrazione per i flussi contenuti all'interno dell'intaglio a V è una semplice relazione di potenza tra prevalenza (h) e velocità di flusso (Q, equazione 1)5,9,11,13,14, i flussi di sfioramento richiedono l'uso di un'equazione dello sbarramento composto, che è più complicata (cioè ha più termini) perché combina le equazioni per uno sbarramento con intaglio a V e uno sbarramento rettangolare (equazione 2)11.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/67971/67971eq01.jpg" style="margin: auto;">(1)
dove, Q = portata, h = prevalenza e a e b = coefficienti di stramazzo i cui valori dipendono dalla forma dello stramazza, dalle dimensioni della struttura di controllo, dalle condizioni di flusso e dalle unità per Q e h.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/67971/67971eq02.jpg" style="margin: auto;">(2)
dove, Q = portata, h = il salto totale, h1 = prevalenza sopra la sommità dello stramazzo con intaglio a V (cioè nello stramazzo rettangolare sopra l'intaglio a V), W = larghezza della sezione rettangolare dello stramazzo sopra la sommità dello stramazzo con intaglio a V, Wv = larghezza superiore dello stramazzo con intaglio a V, a e b = coefficienti dello stramazzo per lo stramazzo con intaglio a V e a1 eb 1 = coefficienti dello stramazzo per la sezione rettangolare sopra lo stramazzo con intaglio a V.
L'adozione di un sistema di drenaggio intelligente con sensori per monitorare e regolare automaticamente i livelli dell'acqua in una struttura di controllo utilizzando valvole a saracinesca regolabili controllate a distanza è in aumento nelle pratiche di conservazione ai margini del campo negli Stati Uniti. La maggior parte di questi sistemi, che sono stati originariamente progettati per utilizzare solo una semplice funzione di potenza, non possono ospitare l'equazione dello sbarramento composto (equazione 2) per i flussi di sovraccarico e richiedono lo sviluppo di equazioni di flusso uniche della forma mostrata dall'equazione (1) per ogni struttura di controllo del drenaggio per i flussi di tracimazione. Inoltre, gli utenti coinvolti nella misurazione e nel monitoraggio delle portate e delle perdite di nutrienti possono trovare ingombrante l'utilizzo dell'equazione (2) per i flussi di sovraccarico a causa della necessità di più parametri. Per superare queste sfide, abbiamo sviluppato lo strumento "Weir Flow Equation Coefficients Calculator". Questo strumento online (disponibile all'indirizzo: https://www.ars.usda.gov/midwest-area/ames/nlae/docs/tools-available-from-nlae/) fornisce coefficienti di equazione del flusso dello sbarramento per dimensioni standard delle strutture di controllo del drenaggio (Tabella 1) per uno sbarramento con intaglio a V di 45°. Ancora più importante, lo strumento calcola i coefficienti dell'equazione del flusso di sbarramento per il flusso di tracimazione ed è costituito da due soli parametri, come presentato nell'equazione (1), in base alle dimensioni e alle dimensioni della struttura di controllo fornita dall'utente. Quando è disponibile l'attrezzatura appropriata per misurare la portata specifica del sito rispetto all'. rapporti di prevalenza, lo strumento accetta anche un'equazione di calibrazione per i flussi contenuti all'interno dello stramazzo con intaglio a V come input dell'utente e calcola i coefficienti dell'equazione di flusso dello sbarramento per i flussi di sovraccarico. Pertanto, questo protocollo descrive la configurazione per la misurazione del flusso in una struttura di controllo del drenaggio e un metodo universale per lo sviluppo di un'equazione di calibrazione specifica del sito. Successivamente, viene descritto l'uso dello strumento "Weir Flow Equation Coefficients Calculator" per il calcolo dei coefficienti dell'equazione di flusso dello sbarramento per i flussi contenuti all'interno del V-notch e dei flussi di sovraccarico. Infine, viene descritto il monitoraggio e la manutenzione dei flussi in una struttura di controllo del drenaggio, che faciliterà una stima accurata delle portate di drenaggio utilizzando le equazioni di sbarramento ottenute dallo strumento.

<table><tbody><tr><td>Misuratore di portata</td><td>Banjo Corp</td><td>MFM300</td><td>Misuratore di portata elettromagnetico, precisione entro &plusmn; 2-3% per portate comprese tra 0,88 e 42,3 L.s-1 (da 14 a 670 gpm) e intervallo di temperatura di funzionamento da -12 a 54 gradi; C</td></tr><tr><td>Tubo e raccordi</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>La lunghezza del tubo e i raccordi devono essere necessari ma soddisfare i requisiti minimi del tubo dritto per il monte e il downstream del flussometro secondo le raccomandazioni del produttore.</td></tr><tr><td>Pompa</td><td>US Motors</td><td>15706017-100</td><td>Modello 15411 60 HP 3 Phase VFD driven&nbsp;</td></tr><tr><td>Stoplogs</td><td>Agri Drain</td><td>700320 (stoplog da 5 pollici), 700321 (stoplog da 7 pollici), 700333 (stoplog inferiore da 7 pollici con guarnizione inferiore)</td><td>Tre tipi di stoplog in PVC di altezze 5 pollici, 7 pollici e 7 pollici con guarnizione inferiore</td></tr><tr><td>Metro a nastro</td><td>Stanley PowerLock</td><td>33-158</td> Sbarramento con intaglio a V da 5 <td>m/16'</td></tr><tr><td></td><td>Agri Drain</td><td>701132</td><td>Acciaio inossidabile 45 gradi (spessore 3 mm, profondità con intaglio a V di 17,145 cm) stramazzo dentellato con supporto in PVC (spessore 13 mm)</td></tr><tr><td>Struttura di controllo del drenaggio del livello dell'acqua</td><td>Agri Drain</td><td>3CINLINE06X08PVC</td><td>Una struttura di controllo del livello dell'acqua in linea a 3 camere con dimensioni nominali di 20,32 cm (8 pollici) e stramazzo con intaglio a V presente nel primo cancello (Stoplog inclusi nell'acquisto)</td></tr></tbody></table>

parametrizzazione delle equazioni di weir v-notch per il monitoraggio del flusso in una struttura di controllo del drenaggio

Parameterizing V-notch Weir Equations for Flow Monitoring in a Drainage Control Structure

La calibrazione di uno stramazzo con intaglio a V di 45° in acciaio inossidabile è stata eseguita in strutture di controllo Agri Drain da 15 cm (6 pollici), 20 cm (8 pollici) e 30 cm (12 pollici) per i flussi contenuti all'interno dell'intaglio a V11. I valori misurati delle portate e dei salti e le equazioni dello sbarramento ottenute adattando una funzione di potenza (equazione 1) ai dati misurati per le portate contenute all'interno della tacca a V, come descritto nel protocoll...

Parametrizzazione delle equazioni di Weir V-notch per il monitoraggio del flusso in una struttura di controllo del drenaggio

Accurate estimation of drainage discharge (flow rate or water volume per unit time) is essential for calculating nutrient loads delivered to surface water ...

parameterizing-v-notch-weir-equations-for-flow-monitoring-drainage

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Impara la calibrazione di una stramazzo a V-notch per il monitoraggio del flusso in strutture di drenaggio. Questo metodo fornisce coefficienti accurati per calcolare le portate idrauliche e migliorare la gestione delle acque.

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