2023-03-16教育南水北調倒虹吸原理三維動畫
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虹吸是一種常見的物理現象,是利用液面高度差的作用力現象,將液體充滿一根倒U形的管狀結構內后,將開口高的一端置于裝滿液體的容器中,容器內的液體會持續通過虹吸管向更低的位置流出。所以利用這種現象在南水北調工程中可以減少能量的使用,是一種非常節能的辦法。
“南水北調”即“南水北調工程”,是中華人民共和國的戰略性工程,分東、中、西三條線路,東線工程起點位于江蘇揚州江都水利樞紐;中線工程起點位于漢江中上游丹江口水庫,供水區域為河南,河北,北京,天津四個省(市)。
工程方案構想始于1952年國家主席毛澤東視察黃河時提出。自此,在歷經分析比較50多種方案后,調水方案獲得一大批富有價值的成果。南水北調工程規劃區涉及人口4.38億人,調水規模448億立方米。工程規劃的東、中、西線干線總長度達4350公里。 東、中線一期工程干線總長為2899公里,沿線六省市一級配套支渠約2700公里。
但是我國南北差異那么大,該怎樣把低處水調高處?
現在我國在南水北調上,發明了抽水機和液壓工具。這兩項得相互配合使用,就是為了解決將低處的水往高處引的困難。抽水機比較常見,重點就來說這液壓工具吧。這液壓工具指的就是倒虹吸,倒虹吸是一種輸水管,在南水北調過程中,水流畢竟會流經山谷這樣的地方。當渠道的水經過山谷,難免會遇到阻礙,或者山勢高俊的情況,這時水位會由于上升的壓力而上不去,倒虹吸就派上用場了,可以有效的將水從低處引往高處,絲毫不費勁。
倒吸虹不同之處就是立面呈弓形,其彎弓的的出水口向下,出水口通常低于水面。這其實和我們在家為魚換水的原理是一樣的,一般我們給魚換水,都是采用液壓工具,不是直接倒的,這種液壓工具就與倒吸虹原理一樣,分別有兩個接水口,進水口的管子在下面,出水口的在上面,將進水口伸入水中,輕輕按壓中間的液壓工具會就會毫不費勁的流出。其實在南水北調過程中,把低處水往高處引流是一樣的道理。
倒虹吸原理如下:
倒虹吸現象是利用水柱的壓力差使水上升,然后流向較低的地方。因為噴嘴的水面承受的大氣壓力不同,所以水就會從壓力高的一側流向壓力低的一側,直到兩邊的大氣壓力相等,容器內的水面變成同樣的高度,水就會停止流動。利用紅吸現象,可以將容器內的水快速抽出。
管道兩端的水體為自由水面(實際上兩端的靜水壓力相等),連接兩端的管道內出現低-高-低水的流動現象。當渠道標高接近道路或河溝標高時,需要修建建筑物使水從道路或河溝下通過。這種建筑通常被稱為倒虹吸。倒虹吸主要有豎井式。這種結構形式簡單,易于清除沉積物。倒虹吸有箱式和圓形兩種。物理學上的登高現象,是水利工程的一門技能。
什么叫作倒虹吸:
當渠道與道路或河溝高程接近,處于平面交叉時,需要修一構筑物,使水從路面或河溝下穿過,此構筑物通常叫做倒虹吸。倒虹吸主要有豎井式。這種形式施工簡便而且便于清除泥沙。倒虹吸有箱形和圓形兩種。物理上水往高處走的現象是一種水利工程的技巧。它是在渠道與道路、河流發生交叉或在渠道穿越山谷時經常采用的一種立交水工建筑物。
早在2000多年前,中國已有成功的運用。與虹吸管一樣,它在立面上也呈弓形;不同的是,其弓彎向下。而且,雖然倒虹吸管和虹吸管的輸水原理相同,即都借助于上下游的水位差,但倒虹吸在開始工作時不需人為地制造管中的真空,因而更為普及。
以上內容參考自鏈接:百度百科-倒虹吸。
我國水資源分布不均勻,“南多北少”。為了緩解北方的水資源短缺,將南方豐沛的水資源,通過水利工程,將其輸送到北方。
南水北調工程大部分采用地表飲水,即利用水渠、渡槽及現有河道等形式。
這不是問題吧,就是利用水渠、渡槽及現有河道等形式引水啊。基本是靠高差使水自流。也應用了有壓引水工程,記得老師說,(過黃河還是過長江我忘了,呵呵,學藝不精啊)應用了有壓引水,利用倒虹吸原理,利用有壓引水隧洞。
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當渠水從一端流入向下彎曲的倒虹吸時,必先灌滿倒虹吸(從整個渠道水流來看,這時呈現出“留退”的狀況),爾后才能“后推前”地從另一端流出,水流通過建筑物,必將產生一個能量上的損失,
因此,一定要使倒虹吸的進出口水面高程有一個必要的差值,使出口高程低于進口高程才行,出口低于進口(“地下”),則水流將平順地通過,否則,渠水就會因倒虹吸出口端過高(“地高”),受倒虹吸控制而流不過去。這是渠水通過倒虹吸的水流現象。
擴展資料
早在2000多年前,中國已有成功的運用。與虹吸管一樣,它在立面上也呈弓形;不同的是,其弓彎向下。而且,雖然倒虹吸管和虹吸管的輸水原理相同,即都借助于上下游的水位差,但倒虹吸在開始工作時不需人為地制造管中的真空,因而更為普及。
整個供水設施由輸水管、控制流量的控制坑、沉淀泥沙的澄水池、貯水坑和蓄水甕等組成。供水管路共有八條,沿地形由高向低布設,總長有數千米之多。輸水管內徑約為12.3厘米,在淹沒條件下,輸水流量可達20~30升/秒。
參考資料來源:百度百科-倒虹吸。
積極意義:
社會意義
1、解決北方缺水;
2、增加水資源承載能力,提高資源的配置效率;
3、使中國北方地區逐步成為水資源配置合理、水環境良好的節水、防污型社會;
4、有利于緩解水資源短缺對北方地區城市化發展的制約,促進當地城市化進程;
5、為京杭運河濟寧至徐州段的全年通航保證了水源。使魯西和蘇北兩個商品糧基地得到鞏固和發展。
經濟意義
1、為北方經濟發展提供保障;
2、促進經濟結構的戰略性調整;
3、通過改善水資源條件來促進潛在生產力,形成的經濟增長;
4、擴大內需,促和諧發展,提振國內GDP。
生態意義
1、改善黃淮海地區的生態環境狀況;
2、改善北方當地飲水質量,有效解決北方一些地區地下水因自然原因造成的水質問題,如高氟水、苦咸水和其他含有對人體不利的有害物質的水源問題;
3、利于回補北方地下水,保護當地濕地和生物多樣性;
負面影響
一、南水北調的工程自提出后就引起了社會廣泛的爭論,反對者主要認為南水北調工程耗資巨大,涉及大量的移民問題,調水量太少,發揮不了經濟效益,調水量過多,枯水期可能會使長江的水量不足,影響長江河道的航運,長江口的咸潮加深,更有可能引發長江流域自然環境生態危機。目前在建的“三線”同時引水方案,其對生態環境的影響范圍和持續時間仍可能超出了中國“專家”們的想象。
二、南水北調工程實施后,長江三峽水利樞紐工程原有的蓄洪、發電作用出現了較大爭議。三峽工程和南水北調的同時作用,可能會對長江中下游地區產生難以估量的影響(包括生態和航運),尤其是在旱季和枯水期。
三、因為2010年初的中國西南大旱,中國水利水電科學研究院水力學所總工及災害與環境研究中心總工劉樹坤對南水北調工程提出了質疑。他認為,西南這次出現百年難遇的干旱,應該對水文資料重新修訂,對干旱出現頻率,可能性都要重新評估。“這些評估的結果都會影響水利調度,重大水利工程何時開始做,做多大,影響程度有多大,都應重新評估”,劉說。
四、南水北調中線工程湖北省、河南省、33萬人搬遷,搬遷給移民生活帶來顛簸動蕩。有些移民因為得到的補償款不足,在買下政府提供的住房之后,所剩款項只能購置一小塊耕地。而安置地工作機會饋乏,有些人不得不計劃背井離鄉到大城市打工。
五、南水北調成本已經高于現有的海水淡化成本,目前最低的海水淡化成本約為3元,南水北調目前成本約為10元,另有報道稱已經達到18元。
六、環境破壞。
1、“三線”同時引水,將導致整個長江流域的沿江生態發生難南水北調以估計的變化,不利于保護沿江現有生態。并有可能導致長江枯水期時航道的承載能力更低。其生態影響范圍和程度已超乎中國“專家”們的理解范圍。
2、中線工程和三峽水利樞紐工程的共同作用,引起漢江及長江中下游環境的變化,將對武漢、湖北產生難以估量的損失。
3、東線工程調水對長江河口地區的影響導致北方灌區土壤次生鹽漬化等。
虹吸原理:就是連通器的原理,加在密閉容器里液體上的壓強,處處都相等。而虹吸管里灌滿水,沒有氣,來水端水位高,出水口用手掌或其他物體封閉住。此時管內壓強處處相等。一切安置好后,打開出水口,雖然兩邊的大氣壓相等,但是來水端的水位高,壓強大,推動來水不斷流出出水口。
虹吸原理的發現和應用
中國人很早就懂得應用虹吸原理。應用虹吸原理制造的虹吸管,在中國古代稱“注子”、“偏提”、“渴烏”或“過山龍”。東漢末年出現了灌溉用的渴烏。西南地區的少數民族用一根去節彎曲的長竹管飲酒,也是應用了虹吸的物理現象。宋朝曾公亮《武經總要》中,有用竹筒制作虹吸管把峻嶺阻隔的泉水引下山的記載。中國古代還應用虹吸原理制作了唧筒。唧筒是戰爭中一種守城必備的滅火器。宋代蘇軾《東坡志林》卷四中,記載了四川鹽井中用唧筒把鹽水吸到地面。其書載:以竹為筒,“無底而竅其上,懸熟皮數寸,出入水中,氣自呼吸而啟閉之,一筒致水數斗。“明代的《種樹書》中也講到用唧筒激水來澆灌樹苗的方法,對于虹吸原理,中國古代也有論述。南北朝時期成書的《關尹子·九藥篇》說:“瓶存二竅,以水實之,倒瀉;閉一則水不下,蓋(氣)不升則(水)不降。井雖千仞,汲之水上;蓋(氣)不降則(水)不升。”有兩個小孔的瓶子能倒出水,如果閉住一個小孔,另一個小孔外面的空氣壓力會比瓶里水的壓力大,水就流不出來。唐代王冰《素問》注中,有關大氣壓力的物理現象記述得較清楚,王冰曰:“虛管溉滿,捻上懸之,水固不匯,為無升氣而不能降也;空瓶小口,頓溉不入,為氣不出而不能入也。”指出一個小口的空瓶灌不進水是因為瓶里氣體出不來。宋代俞琰在《席上腐談》中補充了前人的發現,說;“予幼時有道人見教,則劇燒片紙納空瓶,急覆于銀盆水中,水皆涌入瓶而銀瓶鏗然有聲,蓋火氣使之然也;又依法放于壯夫腹上,挈之不墜。”在空瓶里燒紙,由于火把瓶里的一部分空氣趕出瓶外,火熄滅后瓶里就形成負壓,造成一定的真空,瓶外的空氣壓力就把瓶緊緊地壓在人腹上。如果把瓶放在水里,水就立即涌入瓶里。明代莊元臣在《叔苴子·內篇》中也指出把葫蘆勺倒壓入水中,水并沒有進入葫蘆里,這是因為葫蘆里有空氣。