slajd 1 - uniwersytet rolniczy w krakowiematrix.ur.krakow.pl/~lksiazek/programy/t_s_2w.pdfwykład 2...
Post on 01-Mar-2019
224 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Wykład 2
Slajd 1
Transport rumowiska wleczonego i unoszonego:
wzór Meyera-Petera i Müllera,
wzór USLE
Akademia Rolnicza w Krakowie
WIŚiG Katedra Inżynierii Wodnej
Dr inż. Leszek Książek
SMU Inżynieria Środowiska 2009/2010
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 2 Rodzaje transportu materiału dennego
a) toczenie,
b) przesuwanie,
c) saltacja,
d) podrywanie przez prąd wody,
e) unoszenie.
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 3
Na intensywność transportu materiału
dennego ma wpływ
charakterystyka dna - struktura,obrukowanie,
formy denne, szata roślinna
warunki hydrauliczne - przepływ, prędkość wody,
czas trwania wezbrania, spadek
charakterystyka pojedynczych ziaren - ich
wielkość, kształt, szorstkość
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 4 okrywa roślinna
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 5 zmiana okrywy roślinnej
lipiec 2004
wrzesień 2003
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Wykład 2
Slajd 6 Określenie stabilności dna
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
Prędkość dopuszczalna
Spadek graniczny
Napełnienie graniczne
Siła wleczenia (omówienie przy POMIARY)
Przez określenie „dopuszczalna” lub „graniczny”
należy rozumieć taką wartość prędkości, spadku
dna, napełnienia lub naprężeń której
przekroczenie powoduje ruch rumowiska o
podanej charakterystyce
Naprężenia dopuszczalne
Wzory ilościowe na transport czy warunki graniczne
były wyprowadzane dla warunków ruchu
jednostajnego. Dla rzeczywistych warunków
przepływu zmiennego ustalonego i nieustalonego
dokonuje się ekstrapolacji, co powoduje
obarczenie wyników niepewnością (błędem)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 7 Prędkość dopuszczalna [m/s]
2,0267,0693,0 hdv mgr ⋅⋅=
Wzór Dębskiego� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
Wzór Meyera-Petera
d [mm], h [m]
d [mm], t [m]
6/13/157,0 tdvgr ⋅⋅=
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 8 Naprężenia styczne ττττ0 [N/m2]
IRhγτ =0γ – ciężar właściwy wody γ =9810 N/m3
I – spadek zwierciadła wody
Rh – promień hydrauliczny
Ihγτ =0W rzekach h≈ Rh
h – napełnienie
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 9 Naprężenia krytyczne ττττc [N/m2=Pa]
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 10 Naprężenia krytyczne
kryterium początku ruchu - naprężenia krytyczne w formie
bezwymiarowej; parametr Shieldsa fi
0.001
0.01
0.1
1
1 10 100 1000 10000 100000
Re*
fk [ - ]
Shields Seria 1 Seria 2 Seria 3; bk
Seria 4; klin Seria 5; bk Seria 6; klin
Ruch
Spoczynek
isic df ⋅⋅= ∆γτ� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
is
ci df
⋅=∆γτ
(oznaczenia na następnych slajdach)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Wykład 2
Slajd 11 Transport rumowiska wleczonego
wzór Meyera-Petera i Müllera; Zurych 1934
� A′ - stała ustalona doświadczalnie A′=0.047
� B′ - stała ustalona doświadczalnie B′=0.25� d - przeciętna średnica ziaren rumowiska [m],
� q′′′′s – transport jednostkowy [N·s-1m-1],
� h - głębokość wody (dla dużych rzek Rh≈h),� I - spadek hydrauliczny [-],
� k - współczynnik prędkości we wzorze Manninga, Stricklera
k=u R-2/3I-1/2,
� km - współczynnik prędkości we wzorze Manninga, Stricklera
dla materiału koryta według wzoru km= 21.1d-1/6,
� Q - całkowity przepływ wody [m3·s-1],
� Qm - przepływ wody przy którym rozpoczyna się ruch
rumowiska [m3·s-1],
� ∆γs – ciężar właściwy rumowiska w wodzie [N·m-3].
3/2
3/12/3
ssm
m qg
BdAhIk
k
Q
Q′
′+′′=
γγγ
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 12 Zmodyfikowany wzór MPM
3/125,0
32
ργγ isi
si
dfIhg
⋅⋅−⋅⋅=′ ∆
g′si – transport jednostkowy poszczególnych frakcji
[N·s-1m-1],
di – średnica danej frakcji rumowiska,
fi – bezwymiarowe naprężenie styczne dla danej
frakcji di
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
Przy założeniu k/km = 1 - brak form dennych (redukcja
spadku linii energii), Qm/Q = 1 (redukcja promienia
hydraulicznego) uzyskuje się zawyżone wartości
transportu
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 13 Zmodyfikowany wzór MPM
3/125,0
)( 23
32
ρ
γγ isikk
si
dfIhg m
m ⋅⋅−⋅⋅=′
∆� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
k/km = 0.7 – 1.0 dla d50>0.01 m,
Qm/Q < 1.0
Na przykład
dla środkowego odcinka Renu
k/km = 0.805, Qm/Q = 0.77-0.96),
dla rzek z dnem piaszczystym k/km może spaść
nawet do wartości 0.3,
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 14 Zmodyfikowany wzór MPM
∆pi – procentowy udział i–tej frakcji
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
iisik
kQQ
si pdfIh
g m
m
∆⋅
⋅⋅−⋅⋅=′
∆23
23
3/125,0
)(
ρ
γγ
Transport frakcji rumowiska następuje gdy ττττ0 > ττττc
Ih ⋅⋅= γτ 0Naprężenia styczne
isic df ⋅⋅= ∆γτNaprężenia krytyczne
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 15 Zmodyfikowany wzór MPM (KIW AR)
90,0
50
−
=
d
dff imi
fi – bezwymiarowe naprężenie styczne dla danej
frakcji di
fm – bezwymiarowe naprężenie styczne dla średnicy
miarodajnej dm
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
26,0039,0 δ⋅=mf
26,0028,0 δ⋅=mf
dla di/dm <0.6
dla di/dm ≥ 0.6
Odchylenie standardowe krzywej przesiewu
σ = (d86 / d14)0.5
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Wykład 2
Slajd 16 Obliczenie transportu całkowitego
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
γγ
I
dfh smmgr
∆=
hgr
bw
bw - szerokość pasa wleczenia;
tbgG wsi ⋅⋅′Σ=
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 17
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
Wodowskaz Mszana Dolna, 1-9 VII 1997
0,00
0,40
0,80
1,20
1,60
2,00
2,40
2,80
3,20
1 2 3 4 5 6 7 8 9
T [dni]
h [m]
-10
40
90
140
190
240
290
340
Q [m3s-1]
NAPEŁNIENIE
PRZEPŁYW
hgr=1.7
t - czas trwania wezbrania (przykład)
Czas trwania fali
powodziowej dla h >hgr
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 18 Na intensywność transportu rumowiska ma wpływ
działalność człowieka poprzez niekontrolowany
pobór rumowiska:
- eksplotacja żwiru,� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 19 - wybieranie kamieni z dna koryta →→→→ zerwanie obrukowania dna
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 20
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Wykład 2
Slajd 21
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 22
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 23
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 24
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
Podsumowanie
Zakres informacji konieczny do wykonania obliczeń
transportu materiału wleczonego
Przekrój poprzeczny koryta (pomiary
terenowe - wykład 1),
Skład granulometryczny rumowiska
(wykład 1),
Wielkość fali powodziowej
(np. dane IMGW),
Spadek zwierciadła wody
w czasie fali powodziowej
(wykład 1)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 25
iisik
kQQ
si pdfIh
g m
m
∆⋅
⋅⋅−⋅⋅=′
∆23
23
3/125,0
)(
ρ
γγ
Wielkościami mającymi wpływ na intensywność
transportu w zmodyfikowanym równaniu MPM jest:
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
I - spadek hydrauliczny,
h - napełnienie,
fi - parametr Shieldsa – bezwymiarowe naprężenia
di, ∆pi - średnica i-tej frakcji i jej procentowy udział,
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Wykład 2
Slajd 26 Rumowisko unoszone
równanie USLE (Universal Soil Loss Equation)
PCLSKVQY p ⋅⋅⋅= βα )(
Wartości współczynników α i β dla małych zlewni
karpackich wynoszą: α=0.00278, β=0.80 (Banasik, Madeyskiego (1989)
� Y – transport rumowiska unoszonego [t],
� Qp – maksymalne natężenie przepływu fali,
� V – całkowita objętość wezbrania,
� α i β - współczynniki,
� współczynniki charakteryzujące zlewnię:
� K – podatność gleb na erozję, LS – współczynnik
długości i spadku zbocza, C – współczynnik rodzaju
upraw i sposobu użytkowania,
� P – współczynnik działalności przeciwerozyjnej
� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 27 � Stosunek ilości rumowiska unoszonego Gs do
wleczonego Gb w zależności od przepływu
jednostkowego dla wybranych rzek karpackich
(Bartnik et al. 1992)� Wprowadzenie
� Transport
rumowiska
wleczonego
� Transport
rumowiska
unoszonego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 28
Literatura:
Parzonka W., 2004, Flow resistance and transport rates in alluvial rivers, 12th Inter.
Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles, Zesz. Nauk AR we
Wrocławiu, Nr 481, 35-58
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
top related