enýrství Hydraulika koryt s pohyblivým dnem I 141RIN 1

Transkript

1 Říční inženýrstv enýrství Hydraulika koryt s pohyblivým dnem I 141RIN 1

2 Co očeko ekáváte, že e se dovíte?.... a co se chcete dozvědět t? 141RIN 2

3 Proč má smysl se pohyblivým dnem zabývat? Erozní činnost (degradation( degradation) ) a zanáš ášení (aggradation)) v korytě Pohyb splavenin (spotřeba energie na pohyb částic) Tvorba splaveninových útvarů (makrodrsnost dna) 141RIN 3

4 Eroze a zanáš ášení koryta Obecná výmolná činnost (general scour) důsledek rovnovážné bilance transportních procesů Výmol v zúženz ení (constriction scour) výsledkem zúženz ení proudu nebo jeho koncentrací do hlavního ho koryta Lokáln lní výmol (local( scour) je vyvolán účinkem konstrukce na proud 141RIN 4

5 Všeobecný výmol Vývoj dna Úroveň dna v [m] roků 2 roky 4 roky 6 roků 8 roků 10 roků konečný s Vzdálenost v [m] 141RIN 5

6 Výmol v zúženz ení 141RIN 6

7 Lokáln lní výmol 141RIN 7

8 Spotřeba energie proudu Transport splavenin zmenšuje rychlost vody což lze dokázat úvahou o hybnosti ( ( V V ) ρ + V ρ ) 1 s v s Vρv = 1, kde hmotnost M objemu V směsi si vody a splavenin je V 1 je objem splavenin M = ( V V1)ρ + V1ρ s tedy rychlost směsi v s v s = v ρ + V V ρ, v v 1 ( ρ ρ) s < s 141RIN 8

9 Spotřeba energie proudu v s < v Důsledkem nerovnosti je reakce proudu na zbavení splavenin, kdy se zvětší rychlost proudu hladová voda. Pokud uvažujeme ujeme průřezovou rychlost směsi vody a splavenin v s, lze nárůst odporů spočítat např. z Manningovy rovnice 141RIN 9

10 Tvorba útvarů ve dně Část částic je v kontaktu se dnem a část ve vznosu 141RIN 10

11 Tvorba útvarů ve dně Částice u dna ztrácej cejí dočasn asně pohyb, vytvářej ejí dnové útvary proud postup vrásy Důsledek drsnější dno zvýšen ení odporů 141RIN 11

12 Tvorba útvarů ve dně drsnější dno zvýšen ení odporů 141RIN 12

13 Vyjádřen ení zvýšen ení odporů dnovými útvary Metoda Meyer- Petera vyjádřen ení v podobě zvýšen eného hydraulického ho sklonu čáry energie i = i + i E E E Metoda Einsteina vyjádřen ení v podobě zvýšen eného hydraulického ho poloměru R = R + R 141RIN 13

14 Přehled oblastí proudění s pohybem splavenin Shieldsův diagram splaveniny ve vznosu ploché dno dnové splaveniny vrás y duny pohyb splavenin žádný pohyb písek štěrk 141RIN 14

15 Vlastnosti splavenin 141RIN 15

16 Charakteristiky splavenin K důled ležitým vlastnostem splavenin patří Velikost d,, tvar zrna, zrnitostní složen ení splaveninové směsi si (křivka zrnitosti) Usazovací rychlost w Úhel vnitřního třent ení φ pod vodou Měrná hmotnost částic ρ s 141RIN 16

17 Úhel vnitřního třent ení částicového materiálu Je možné jej zjistit vsypáním částic sedimentu do stojící vody a měřm ěřením m kritického úhlu u paty ponořen eného kuželu uložen eného sedimentu. Úhel třent ení ponořen eného materiálu závisz visí na velikosti, tvaru a měrnm rné hmotnosti (reprezentativní) částice splaveninové směsi si pod vodou 141RIN 17

18 Úhel vnitřního třent ení částicového materiálu pod vodou 141RIN 18

19 Křivka zrnitosti 141RIN 19

20 Konečná usazovací rychlost w kulovité částice Rovnováha tíhovt hové vztlakové a odporové síly d 6 C 8 π 3 2 s = w D 2 ( ρ ρ ) g πd w ρ = 3 4 ( ρ ρ) s ρ gd C Tato usazovací rychlost je konečnou nou (termináln lní), pokud je splněna na rovnováha sil. D V počáte teční fázi velké rychlosti usazování w odporová síla převažuje a dochází ke zpomalování rychlosti usazování až do okamžiku dosažen ení rovnovážného stavu. 141RIN 20

21 Konečná usazovací rychlost w kulovité částice Součinitel odporu C D závisí na tvaru a mění se s hodnotou Reynoldsova čísla Re 141RIN 21

22 Konečná usazovací rychlost w kulovité částice Pro oblast nízkých Re=wD/ν< 0,1, (tj. průměr částic d < 0,05 mm při ρ s =2600 kg/m 3 ) je platný Stokesův zákon C D =24/Re w Stokes = 1 ρs ρ gd 18 ρ ν 2 Pro oblast Re>500, (tj. průměr částic d > 2 mm při ρ s =2600 kg/m3) je C D =0,445 w = ( ρs ρ) gd ρ 141RIN 22

23 Konečná usazovací rychlost w nekulovité částice Nekulový tvar částice redukuje její usazovací rychlost. Redukce je pomocí tvarového faktoru, který je definován n jako poměr r rychlostí nekulovité a rychlosti kulovité částice w ξ = Tvarový faktor je funkcí: w Objemového tvarového faktoru k (k=0.26 pro písek p, štěrk) bezrozměrn rného průměru ru částice d* nekul kul Velikost konečné usazovací rychlosti pískové částice je cca 50-60% hodnoty rychlosti kulovité částice ekvivalentního průměru 141RIN 23

24 Konečná usazovací rychlost pískovp skové částice 141RIN 24

25 Konečná usazovací rychlost pískovp skové částice Konečná usazovací rychlost pískových a štěrkových částic užitím m rovnic Stokesovy, Budryckovy a Rittingerovy 141RIN 25

26 Rušen ená sedimentace usazovací rychlost 141RIN 26

27 Rušen ená sedimentace usazovací rychlost 141RIN 27

28 Hustota splaveninových částic V přirozených p podmínk nkách se ze všech v parametrů mění nejmémn mně,, pro přirozenp irozené splaveniny se můžm ůže e uvažovat hodnota 2650 kg/m 3 (obvykle pro štěrkopískové částice v rozmezí ). 2800). Závisí na mineralogickém m složen ení. Měrná hmotnost splaveninové směsi si je třeba t uvažovat s pórovitostí přirozeného nebo uložen eného materiálu. 141RIN 28