Příčný profil s idealizovanou geometrií pro výpočet metodami LDM a AEM. Převedení kynety na rovnoplochý lichoběžník.

Transkript

1 SLOŽKOR Program Složkor byl vytvořen pro potřeby dplomové práce Modelování proudění vody koryty se složeným profly (Jan Krupčka, ČVUT v Praze, fakulta stavební, Katedra hydraulky a hydrologe, leden 007) v jazyce C# ve vývojovém prostředí Mcrosoft Vsual Studo 005 Express Edton. Publkace programu nebyla prvotním cílem jeho tvorby, ncméně vyzkoušení programu se může, alespoň doufám, pro někoho ukázat užtečné, nebo alespoň zajímavé. Tento text by použtí programu měl usnadnt. Dplomová práce se mmo jné zabývala aplkací metody Lateral Dstrbuton Method (dále jen LDM) na výpočet proudění složeným koryty. Prncpu metody LDM a její mplementace do programu lze dohledat ve zmíněné dplomové prác a nebude zde uváděn. Autor programu měl s programováním mnmální předchozí zkušenost a není v oboru programování vzdělán. Je možné, že se v programu nalézají chyby, které mohou ohrozt běh programu a vést ke ztrátě dat. Autor programu nenese zodpovědnost za správnou funkc programu. V případě zájmu o blžší nformace mě prosím kontaktujte. Budu vděčný za jakoukolv zpětnou vazbu. Jan Krupčka jan.krupcka@fsv.cvut.cz Pozn.: Ke spuštění programu je třeba mít nanstalován.net Framework, který je zdarma ke stažení na stránkách Mcrosoftu (např.: U systému Wndows Vsta by nstalace Frameworku nemělo být třeba.

2 Obsah: SLOŽKOR...1 Obsah:... 1 Struktura dat Příčný profl Výpočetní síť Geometre Okrajové podmínky Řešení Projekt...6 Výpočty Rovnoměrné proudění konzumční křvky...7. Svslcové rychlost proužková metoda Nerovnoměrné proudění Corolsovo číslo Přepočet drsností n k Výpočetní metody Sngle Channel Metod (SCM) Dvded Channel Method (DCM) Metody dělení proflu do více sekcí Ackersova Emprcká Metoda (AEM) Lateral Dstrbuton Method (LDM) Provádění výpočtů Konzumční křvky & rychlostní profly Nerovnoměrné proudění Proužková metoda & AZZU Další funkce Prohlížení výsledků, náhledy Edtace drsností Interpolace proflů Nastavení projektu...1

3 1 Struktura dat Veškerá data jsou ukládána jako textové soubory, aby byla možná jejch snadná úprava mmo program. Program pracuje s následujícím pět typy vstupních dat: 1.1 Příčný profl Příčný profl je zadán dvojcí souřadnc, z nchž první je vodorovná vzdálenost bodu od zvoleného počátku a druhá je výška bodu nad srovnávací rovnou (vše v metrech). Dále musí každý bod (kromě posledního) obsahovat záznam hodnoty drsnost, typu drsnost - program umí pracovat s Mannngovou drsností (uvádět znak n) a s hydraulckou drsností (uvádět znak k). Dále je možno v poznámce specfkovat, o jaký bod se jedná z hledska schematzace geometre. Každý profl musí obsahovat právě jeden bod označený jako levý břeh a jeden bod označený jako pravý břeh. Aby bylo možno počítat s metodam AEM a LDM, musí navíc obsahovat zadání paty levého břehu, pravého břehu a patu svahu uzavírajícího nundac na obou stranách proflu (vz Obr. 1.1). V poznámce se rovněž zadávají svslce včetně určení, do jaké sekce se mají započítat, a jejch náhradní drsnost. Dále se ve struktuře Příčný profl uchovává jeho stančení v podélném proflu. Obr. 1.1: Příčný profl s dealzovanou geometrí pro výpočet metodam LDM a AEM. Převedení kynety na rovnoplochý lchoběžník. Na Obr. 1. je vyplněný formulář záznamu příčného proflu. Pole Informace o proflu je pouze nformatvní a nemusí být vyplněno. Na obrázku je v něm uveden význam sloupců dat v psaném příčném proflu (y je stančení napříč proflem, z je kóta nad s.r.) - pořadí sloupců je závazné a nezaměntelné.

4 Obr. 1.: Formulář záznamu příčného proflu (souřadnce bodů jsou uvedeny v metrech, jedná se o zmenšený model). Tab. 1.1: Význam znaků v záznamu příčného proflu, jak je předdefnován př založení nového projektu. Znaky Pops funkce Jméno parametru v nastavení projektu ^ tento znak následovaný číselným údajem (kóta započítání) způsobí, že se následující úsek započítá do průtočné plochy a omočeného obvodu až poté, co kóta hladny překročí kótu započítání znak pro přehlednější zobrazení dat v příčném proflu - pokud se nemění v daném bodě drsnost (tj. je shodná s drsností předchozího bodu), vypíše se místo její číselné hodnoty znak pro dtto /settngs/kótazapočítání/ /settngs/dtto/ svslce v bodě - pouze rozdělí profl do sekcí /settngs/svslce/ < svslce se započítá do sekce předcházející bodu, za znakem musí následovat číselný údaj s náhradní drsností svslce > svslce se započítá do sekce následující po bodu, za znakem musí následovat číselný údaj s náhradní drsností svslce /settngs/svslcedopředchozího/ /settngs/svslcedonásledujícího/ LB levý břeh kynety (břehová hrana) /settngs/levýbřeh/ LI Levá Inundace - pata svahu levé nundace /settngs/nundacelevá/ LP pata levého břehu /settngs/patalevéhobřehu/ PB pravý břeh kynety (břehová hrana) /settngs/pravýbřeh/ PI Pravá Inundace - pata svahu pravé nundace /settngs/nundacepravá/ PP pata pravého břehu /settngs/patapravéhobřehu/ Tab znak pro oddělení sloupců dat /settngs/oddělovač/

5 Předem nastavené značení bodů schematzace geometre je dáno tabulkou Tab V tabulce jsou v tabulce uvedeny předem nastavené znaky pro uvedení dalších specfkací. Například následující kód v poznámce bodu znamená: LB >0,01 -V bodě je levá břehová čára kynety. Má se zde profl rozdělt do sekcí pomocí svslce, která se s náhradní drsností 0,01 započítá do sekce následující (tedy do kynety). PI<0,0 ˆ155,5 -V bodě je pata svahu pravé bermy. Má se zde profl rozdělt do sekcí pomocí svslce, která se s hodnotou náhradní drsnost 0,0 započítá do předchozí sekce. Následující sekce se započte jen př kótě hladny nad 155,5 m n. S.R. 1. Výpočetní síť Výpočetní síť je jednorozměrná síť pro numercké řešení metody LDM. Pokud není před výpočtem síť pro daný profl specfkována, vytvoří se automatcky s konstantní vzdáleností a požadovaným počtem výpočetních bodů. Jnak se síť pro konkrétní profl zadává pomocí stančení uzlů sítě. Stančení sítě odpovídá stančení v příčném proflu. Př vytváření sítě pro konkrétní profl j lze v případě potřeby lokálně zahušťovat a sledovat tak vlv sítě na výsledek výpočtu. Předem nastavený počet úseků výpočetní sítě je 100. Obr. 1.3: Výpočetní síť s konstantním krokem pro metodu LDM. 1.3 Geometre Geometre je sestavena z odkazů na vybrané příčné profly. Příčné profly uložené v adresář příčných proflů aktuálního projektu jsou odkazovány relatvní cestou. Pokud se do geometre vloží profl z jného adresáře, je odkazován absolutní cestou. Ve struktuře geometre je možné pro každý profl specfkovat součntel zúžení do proflu a rozšíření z proflu. 1.4 Okrajové podmínky Struktura Okrajové podmínky je souborem jednotlvých okrajových podmínek. Jednotlvé okrajové podmínky pro výpočet nerovnoměrného proudění se zadávají stančením, typem a hodnotou. Program umožňuje předepsat kótu hladny a průtok. Dále je možné vložt

6 na lbovolné stančení měrnou křvku typu hladna dolní vody hladna horní vody a průtok hladna horní vody. Poloha hladny horní vody je pak nterpolována z tabulky uložené v odkazovaném textovém souboru. 1.5 Řešení Řešení je struktura, která vznká kombnací odkazů na geometr a okrajové podmínky, které se mají použít př výpočtu nerovnoměrného proudění. V řešení se navíc pro každý profl geometre specfkuje metoda, kterou má být počítán a v případě výběru metody LDM jeho výpočetní síť. Uvedená struktura vstupních dat umožňuje snadné sestavování varantních řešení a jejch údržbu. Na obrázku 1.4 je náhled sestaveného řešení včetně vypočítaného průběhu hladny. Obr. 1.4: Grafcké znázornění vstupních dat a vypočítaného podélného proflu hladny. Pozn.: Všech pět dosud uvedených typů dat lze vytvářet a edtovat prostřednctvím příslušných formulářů v záložce Data hlavního menu. Přtom př prác s daty platí následující pravdlo: Veškeré změny jsou ukládány do dočasných souborů (v adresář temporary, který je vytvořen ve složce projektu př každém otevření formuláře pro edtac dat). Dokud není stsknuto tlačítko Uložt změny v jednotlvých formulářích (nebo uložen celý projekt z nabídky hlavního menu Projekt > Uložt ), úpravy nejsou trvale zaznamenány a zavřením příslušného formuláře jsou úpravy ztraceny (smaže se adresář temporary s obsahem). Naopak po uložení úprav dojde k přepsání původních souborů a úpravy jž nelze vzít zpět. 1.6 Projekt Jedná se o soubor *.proj, který je vytvořen spolu se složkou pro data projektu př založení nového projektu. V souboru jsou uloženy nformace o projektu jako takovém (datum

7 založení, autor atd.) a nformace o nastavení projektu (vz. část 6). Soubory *.proj jsou přímo spusttelné v programu Složkor. Výpočty.1 Rovnoměrné proudění konzumční křvky Základní úlohou je stanovení průtoku korytem př známém podélném sklonu a poloze hladny. Kromě metody LDM je všude pro výpočet průtoku sekcem použto známých rovnc Chézho a Mannnga: v = C RI e, C 1 n 1 / 6 = R. S R = (.1), (.), (.3) O Omočený obvod a plocha průtočného průřezu jsou počítány pro každý úseky vymezený body příčného proflu: ( h + h ) n + 1 S = y (.4) = 1 n = 1 n O = O = y + z (.5) = Průměrná Mannngova drsnost sekce je počítána podle vzorce Enstenova n = 3 / / 3 On (.6) O LDM akceptuje jako drsnostní vstup hodnotu hydraulcké drsnost k. Pro třecího součntele f je použto vzorců (.7). Vzorce platí pro kvadratckou oblast ztrát třením, která je v praktckých úlohách téměř vždy dosažena. Pro k/h < 1,66 je použto Colebrook-Whteova logartmckého zákona pro proudění otevřeným koryty nad hydraulcky drsným dnem 1 f k =, 03Log. (.7a) 1, 7H Pro 1,66 < k/h < 10 je použto mocnnné aproxmace 8 k f =. (.7b) 41, 3015 H Pro 10 < k/h je použto maxmální hodnoty f = 194,. (.7c) Protože přímý výpočet kapacty proflu z rovnce kapacta defnována rovností K = C R není pro metodu LDM možný, je

8 Q K = (.8) I e Př výpočtu konzumční křvky typu Q=Q(H), je průtok pro každou polohu hladny počítán přímo. Př výpočtu H=H(Q) je poloha hladny pro každý průtok hledána metodou půlení ntervalu. Ta sce konverguje poměrně pomalu, ale dovoluje snadnou kontrolu krtera konvergence. Potřebný počet kroků k dosažení přesnost e na ntervalu (a;b) je: b a log 1 (.9) e Obr..1: Formulář pro výpočet konzumční křvky a rychlostního proflu. Svslcové rychlost proužková metoda U metody LDM jsou svslcové rychlost přímým výstupem. Pro ostatní metody je pro první nformac za svslcovou rychlost v každé sekc považována rychlost průřezová. Takové rozdělení je však přílš hrubé a nedokáže posthnou rozdíly ve svslcových rychlostech uvntř sekce. Pro získání plynulejšího rychlostního proflu lze použít Proužkovou Metodu (PM). Ta spočívá v rozdělení každé sekce na proužky, pro které je vypočten průtok Q a průřezová rychlost v metodou SCM, tj. bez uvážení tření na svslc se sousedním proužkem (Obr..). Potom, se vypočte opravný součntel x opr. podle rovnce (.10) a výsledné svslcové rychlost U se získají přenásobením původních rychlostí v proužcích opravným součntelem: Qsekce x opr. =, U = v x opr. (.10) Q

9 Pro rozdělení proflu do proužků umožňuje program použít stejnou výpočetní síť jako př řešení LDM. Obr..: Schéma k použtí proužkové metody.3 Nerovnoměrné proudění Výpočetní program umožňuje počítat ustálené nerovnoměrné proudění v 1D schematzac, tedy proudění, př němž jsou všechny lokální změny velčn (rychlost, plocha, průtok) v čase rovny nule, ale mohou se měnt s prostorovou souřadncí. Základní rovnce v dferencálním tvaru popsující nerovnoměrné proudění se získá z blance energe na nfntezmálním úseku délky d l, tj. z Bernoullho rovnce (Obr.3): I ( αv ) dh 1 d = dl g dl 0 + dz. (.11) dl Obr..3: Schéma k odvození rovnce nerovnoměrného proudění

10 tvar Pro použtí v metodě po úsecích se však používá rovnce (.11) převedená v dferenční α1v1 α v I0 l + H1 + = Z + H +. (.1) g g Př výpočtu průběhu hladny metodou po úsecích se vychází ze známé polohy hladny H 1 v proflu 1. Protože v a α jsou v obou proflech funkcí hloubky, zbývají v rovnc (.1) neznámé H, a základě se vypočte rychlostní výška Z. Postupuje se tak, že se odhadne hloubka H, na jejím α v g a energetcké ztráty Z. Poté je nutné provést kontrolu splnění rovnost (.1) a případně opravt odhad H. Výpočet ztrát lze provést více způsoby. Základním předpokladem je, že ztráty třením př rovnoměrném proudění s určtou kótou hladny a velkostí průtoku jsou shodné se ztrátam př nerovnoměrném proudění př jnak stejných podmínkách. Dále záleží na způsobu průměrování ztrát na úseku mez dvěma různým profly lze průměrovat základní charakterstky proflů (C, S a R), výsledné hodnoty sklonu čáry energe, nebo provést průměrování na úrovn modulů průtoku K. V programu je použta třetí varanta.: Q K 1 + K I K e = = (.13a - b) K Ztráta Z se vypočte jako součet ztrát třením a ztrát místních Z Z = I e l + Z m (.14) m kde ztráty místní jsou vypočteny na základě součntele místních ztrát a rozdílu rychlostních výšek Z m α1v1 α v = ξ rozšíření př rozšíření průřezu (.15a) g g Z m α1v1 α v = ξ zúžení př zúžení průřezu (.15b) g g

11 K nalezení hloubky H je použta metoda zpětného dosazování hodnoty vypočtené v předchozím kroku 1 jako vstupu do výpočtu následujícího kroku : 1) první odhad H pre α v ) výpočet g 3) výpočet I e (.13) a Z m (.15) 4) výpočet Z (.14) α v 5) dosazení g, K příslušnou metodou řešení složeného proflu a post Z do rovnce (.1) a výpočet H 6) porovnání (H pre - H post ) < krterum konvergence 7) a) nerovnost je splněna ukončení výpočtu KONEC b) nerovnost není splněna pokračování ve výpočtu 8) přřazení H pre + (H post - H pre ). relaxační faktor H pre 9) opakování cyklu terace od bodu ) Výhodou tohoto postupu je jeho jednoduchost, nevýhodou je, že nemusí vždy vést ke správnému řešení. Pro případ, kdy výpočet na úseku dverguje (H ± ), je v každém teračním cyklu hlídáno dosažení maxmálního zadaného počtu terací a v případě jeho překročení je výpočet ukončen a nahlášena chyba. Potom je možné zlepšt stuac zadáním relaxačního faktoru hodnotou menší než jedna. I když výpočet konverguje, není správnost výsledku zaručena, protože rovnce (.1) může mít více než jedno řešení, zvláště v podmínkách složených proflů. Výpočetní program je schopný provádět výpočet pouze prot proudu, což odpovídá podmínkám říčního proudění. Pro vyloučení nefyzkálních řešení je proto potřeba přnejmenším kontrolovat hodnotu Froudova čísla. Obr..4: Formulář pro výpočet nerovnoměrného proudění.

12 .4 Corolsovo číslo Corolsovo číslo α, nebol součntel knetcké energe, je defnováno následujícím ntegrálem, kde v je průřezová rychlost průtočnou plochou S a u je bodová rychlost: 1 3 α = 3 u ds (.16) Sv S Smyslem zavádění Corolsova čísla je ohodnocení nerovnoměrného rozložení toku knetcké energe plochou S a zavedení příslušné korekce do vztahů pro výpočet nerovnoměrného proudění. Nejjednodušší možností je použtí konstantní hodnoty pro celé řešení, přčemž je j třeba odhadnout na základě zkušenost a studa lteratury. Takové řešení snad může vést k dobrým výsledkům u jednoduchých proflů, kde je proudění homogenní a hodnota součntele blízká jedné. U složených proflů lze však jeho hodnotu odhadnout jen s obtížem a je třeba j vypočítat. U metod, které rozdělují příčný profl do sekcí, je možné výsledné Corolsovo číslo pro celý profl spočítat ze známých hodnot rychlost v. S a v jsou plocha a průřezová rychlost celého proflu. α jednotlvých sekcí o ploše S a průřezové 3 α = 1 3 α v S (.17) Sv V jednotlvých sekcích ho lze odhadnout jako pro jednoduchý profl zadat jej pevnou hodnotou. Vytvořený výpočetní program nabízí dvě možnost, jak jej spočítat. První je použtí vzorce podle Morozova: 1, 8 3, 7 α = 1+ 0, , 5 C (.18) Druhá možnost (přednastavená) spočívá v použtí proužkové metody vz stať.. Sekce se rozdělí na proužky j (dělení ve všech vntřních bodech sekce) o ploše S j, ve kterých se dříve uvedeným způsobem vypočtou svslcové rychlost U j. Corolsův součntel sekce se potom vypočte jako = 1 3 α sj Sv 3 j α U S (.19) j α sj je součntel knetcké energe ve svslc. Exstují způsoby, jak jej vypočíst z předpokládaného rychlostního proflu ve svslc, ve výpočetním programu je však zadán pevnou hodnotou α sj = 1, 05. U metody LDM je vzhledem k typu jejích výstupů použto rovnou postupu (.19).

13 Výpočty ukázaly, že na výslednou celoproflovou hodnotu má největší vlv rozdíl rychlostí v sekcích, hodnoty α celkové α ovlvňují většnou jen málo. Proto se výsledky s použtím (.18) a (.19) téměř nelší..5 Přepočet drsností n k Drsnost úseku příčného proflu je možné zadat jednou z uvedených dvou typů drsnost. Protože metoda LDM pracuje s hydraulckou drsností a ostatní metody s Mannngovou, je potřeba je vzájemně mez sebou převádět. K tomu je použto vzorce: / H 1 6 8gn(, 03 ) k = 1, 7H10 (.0) Vzorec lze pro šroké koryto ( R H ) odvodt z požadavku stejných třecích ztrát př použtí rovnce (.7) a Darcy-Wesbachovy (.1) pro drsnost k a třecích ztrát př použtí rovnc (.1) až (.3) pro drsnost n. Přepočet se tedy provádí znovu pro každou hloubku. I e 1 αv = f (.1) R g Ze stejného požadavku vyplývá vztah mez Mannngovou drsností, drsnostním součntelem v Darcy-Wesbachově rovnc pro otevřená koryta, Chézho rychlostním součntelem C a třecí rychlostí v*: 8 f = C g = H 1 / 6 n g = v v* (.) 3 Výpočetní metody 3.1 Sngle Channel Metod (SCM) Zanedbávají se všechny jevy charakterstcké pro profl složený z částí s výrazně odlšným způsobem proudění profl se počítá klasckým způsobem jako jednoduchý, gnorují se zadané svslce. 3. Dvded Channel Method (DCM) Je klascká metoda dělící složený profl na sekce pomocí zadaných svslc. Průtok každou sekcí se vypočte metodou SCM a výsledný průtok je dán součtem těchto dílčích průtoků. Pokud dělící svslce nejsou zadány, získá se stejný výsledek jako u metody SCM. DCM se používá v různých modfkacích lšících se způsobem započítání zadaných dělících svslc (Obr. 3.1), proto následuje podrobnější dělení:

14 DCM1 Svslce se započítají do omočeného obvodu příslušné sekce dle zadání v poznámce záznamu bodu příčného proflu, avšak s nulovou náhradní drsností. Informace o náhradní drsnost v poznámce záznamu bodu příčného proflu je tedy gnorována. DCM Svslce se použjí pouze k rozdělení proflu do sekcí. Nezapočítají se do omočeného obvodu žádné z takto vznklých sekcí. Informace o sekc, kam se má svslce započítat nformace o náhradní drsnost je tedy v poznámce záznamu bodu příčného proflu gnorována. DCM3 Svslce se započítají do příslušné sekce s příslušnou náhradní drsností přesně dle zadání v poznámce záznamu bodu příčného proflu. Obr. 3.1: Schéma ke způsobu započítání svslc v metodách DCM1, DCM a DCM3 pro případ, kde se složený profl dělí do tří sekcí (levá a pravá berma, kyneta). Svslce čárkovaně, omočený obvod sekce tučně. Pozn.: Vzhledem ke způsobu výpočtu průměrného Mannngova n v sekc (rovnce.6) Jsou výstupy DCM1 a DCM vždy shodné a uvedení obou metod v programu je tak nadbytečné. Jný způsob průměrování by však vedl k rozdílným výstupům metod DCM1 a DCM. 3.3 Metody dělení proflu do více sekcí Další metody dělí příčný profl na více sekcí než kolk jch vyplývá ze zadání svslc v příčném proflu. Průtok je dán opět součtem průtoků v jednotlvých sekcích, počítaných metodou SCM. Dělení Změnou Drsnost (DZD) Program automatcky rozdělí profl svslcem pouze v těch bodech, kde se mění hodnota drsnost. Tyto svslce se nezapočítávají do omočených obvodů takto vznklých sekcí. Pokud jsou v některém z bodů příčného proflu svslce přímo zadány, je toto zadání gnorováno.

15 Sum of Segments Metod (SSGM) Program automatcky vztyčí svslc v každém zadaném bodě příčného proflu. Tyto svslce se nezapočítávají do omočených obvodů takto vznklých sekcí. Pokud jsou v některém z bodů příčného proflu svslce přímo zadány, je toto zadání gnorováno. 3.4 Ackersova Emprcká Metoda (AEM) Svoj emprckou metodu vytvořl a kalbroval Ackers na základě expermentálních dat ze zařízení FCF ve Wallngfordu. AEM vychází z metody DCM (rozdělení proflu na tř sekce, svslce se nezapočítávají do omočeného obvodu). Vypočte se průtok kynetou a bermam a na základě emprckých vztahů se určí korekční součntel označovaný jako DISADF (DIScharge ADjustment Factor)defnovaný jako Q Q R DISADF =. (3.1) DCM Výsledný průtok Q R se tedy vypočte přímo z rovnce (3.1) Př rozpočítání do sekcí se zvýšení průtoku bermam se zanedbává, snížený průtok kynetou se získá jako Q Kyneta = Q DCM - Q R - Q Bermy. Potřebným vstupy pro výpočet vzorců vedoucích k DISADF jsou údaje o drsnostech a geometr sklonu svahů, šířce a ploše kynety a berm. Nutným předpokladem je možnost převést profl na dealzovaný tvar složeného koryta, kde lze tyto geometrcké parametry odečíst (Obr. 3.). Obr. 3.: Příčný profl s dealzovanou geometrí pro výpočet Ackersovou metodou. Převedení kynety na rovnoplochý lchoběžník. Ackers vychází z rozboru chování konzumční křvky př hloubkách nad kótou vybřežení. Podle lteratury metoda dává dobré výsledky na pravdelných složených lchoběžníkových korytech, které není třeba převádět na dealzovaný tvar. Vhodnost jejího použtí pro přrozené toky je dskutablní.

16 .7 Lateral Dstrbuton Method (LDM) Celkovým přístupem se zásadně lší od předchozích metod uvedených v této kaptole, protože se neomezuje na dění v několka sekcích, do kterých je profl rozdělen, ale blancuje síly působící v každé svslc. Z toho důvodu je někdy označována za tzv. 1,5D metodu. Řídící dferencální rovnc (3.1) této metody je třeba řešt numercky. V programu je použto řešení metodou konečných prvků. Výpočetní jednorozměrnou síť, kterou je třeba pokrýt příčný profl, vytváří program automatcky, nebo j lze vytvořt manuálně s vlastním počtem a různou hustotou výpočetních bodů (vz stať 1.). Stejně jako u AEM je třeba v zadání příčného proflu uvést body pro dealzac geometre (levá a pravá nundace, břehová čáry a pata svahu kynety). Přímým výstupem metody LDM je velkost svslcové rychlost U v každém výpočetním bodě sítě. ghi f 8 y f U 1015, σ σ 1 λ ( ). (3.1) 8 y 0, , y 0 U 1+ Iy0 + H U = Γ+ Cuv HU 4 Provádění výpočtů 4.1 Konzumční křvky & rychlostní profly Provádí se ve formulář Výpočty > Konzumční křvky & rychlostní profly. Pro provádění výpočtů v tomto formulář není třeba mít načtený projekt. Po otevření formuláře je třeba načíst příčný profl, který se bude počítat. Poté je třeba vybrat počet metod, kterým se bude počítat. Počtem metod je ovlvněn výběr výstupů výpočtu (je-l vybrána více než jedna metoda, nelze volt některé typy výstupů). Pokud je vybrána metoda LDM, je možno zadat výpočetní síť pro její numercké řešení, jnak je síť vytvořena automatcky. Možné výstupy výpočtu jsou následující: Konzumční křvka Q=Q(y): Vypočte se konzumční křvka jako Q funkce y v zadaných mezích polohy hladny a se zadaným počtem řádků, nebo zadaným krokem y (vzájemně se dopočítává). Konzumční křvka y=y(q): Vypočte se konzumční křvka jako y funkce Q v zadaných mezích průtoku a se zadaným počtem řádků, nebo zadaným krokem Q (vzájemně se dopočítává). Úplný výstup metody Q=Q(y): Lze provádět jen je-l vybrána jedna výpočetní metoda. Ve výstupním souboru jsou uloženy všechny nformace, který plynou z řešení danou

17 výpočetní metodou (struktura dat ve výstupním souboru tedy závsí na zvolené výpočetní metodě). Sekce proflu Q=Q(y): Vypočte konzumční křvku jako Q funkce y. Sekcem proflu se zde myslí levá a pravá berma a kyneta. V zadání proflu proto musí být uvedeny příslušné body dělení do těchto tří sekcí (levý břeh, pravý břeh). Přtom musí být zajštěno, aby všechny metody provedly v těchto bodech dělení proflu do sekcí (u LDM a AEM je to splněno automatcky, u ostatních metod je zde např. třeba zadat svslc). Potom je výsledek vrácen jako trojce konzumčních křvek (pro levou a pravou bermu a kynetu a pro profl jako celek). Svslcové rychlost v=v(y): Vypočte se profl svslcových rychlostí. Kromě LDM jde spíše o vynesení průřezových rychlostí pro jednotlvé sekce. Pro získání plynulejšího proflu lze následně použít proužkovou metodu (vz stať 4.3). Dále je třeba vyplnt počet platných cfer výstupu (počet míst, na které se zaokrouhluje př zapsování výsledku do souboru a zároveň krterum přesnost výsledku př teratvních procedurách). Sklon čáry energe se zadává jako absolutní číslo (nezadává se v procentech). Výsledky se vždy zapsují do výstupního textového souboru, jehož jméno a cesta musí být uvedeno. 4. Nerovnoměrné proudění Provádí se ve formulář Výpočty > Nerovnoměrné proudění. Pro provádění výpočtů v tomto formulář je třeba mít načtený projekt a přpravena vstupní data (sestaveno řešení). Po otevření formuláře je třeba načíst řešení, který se bude počítat. Následuje zadání parametrů numerckého řešení metody po úsecích, které mají vést k jeho konvergenc. Význam mnmální a maxmální hloubky je zřejmý, relaxační faktor byl zmíněn ve stat.3. Za cenu zvýšení počtu terací může přspět ke zvýšení stablty výpočtu. Přípustná chyba výpočtu hladny se zadává v jednotkách kóta hladny (tj. metrech) a slouží jako krterum ukončení terací na počítaném úseku. Přípustná chyba výpočtu sklonu čáry energe se zadává relatvní hodnotou (0,01 je přípustná chyba 1%). Maxmální počet terací slouží k přerušení výpočtu v případě jeho dvergence. Počet platných cfer opět slouží k zaokrouhlení výsledků př zápsu do výstupního souboru měl by korespondovat s přípustnou chybou výpočtu hladny.

18 Př řešení metodou po úsecích je třeba vytvořt tyto úseky. Lze kombnovat dvě možnost. Máme zaměřené příčné profly. Pokud jsou mez nm přílš velké vzdálenost, lze je zahustt 1) donterpolováním mezlehlých proflů a jejch zařazením do podélného proflu, ) zadáním dělení úseků ve formulář Nerovnoměrné proudění. V první možnost jde o nterpolac geometre z krajních proflů, v druhé jž jde o nterpolac jstých číselných charakterstk (modul průtoku) spočtených pro krajní profly. Přtom lze zadat počet úseků, na které se má vzdálenost mez profly rozdělt, nebo naopak délka úseků (v jednotkách stančení podélného proflu, tj. v km), na které se má vzdálenost mez profly rozdělt (délka úseků nemusí dělt vzdálenost proflů poslední úsek je pak kratší). Výstupní soubor musí být zadán. 4.3 Proužková metoda & AZZU Provádí se ve formulář Výpočty > Proužková metoda & AZZU. Pro provádění výpočtů v tomto formulář je třeba mít načtený projekt vypočtené průběhy svslcových rychlostí. Po otevření formuláře je třeba načíst soubor s výstupem výpočtu svslcových rychlostí. Poté je třeba označt ty výsledky výpočtu jednotlvým metodam, které se mají upravt proužkovou metodou (např. u výstupu získaného LDM to nemá smysl). Svslcové rychlost se vypočtou v bodech sítě pro proužkovou metodu. Může být vytvořena automatcky (přednastavený je počet bodů 100), nebo adoptována jž vytvořená síť pro řešení LDM. Po spuštění výpočtu jsou označené výsledky přepočítány a spolu s nepřepočítaným uloženy do výstupního souboru. Ve formulář je možné stanovt oblast provádějící požadované procento průtoku (postupuje se od největší svslcové rychlost do stran, stančení krajních bodů takto získané oblast je vypsáno do výstupního souboru). Př označení této možnost je výpočet proveden pro všechny načtené výstupy metod bez ohledu na to, které jsou označeny pro přepočet proužkovou metodou. Stejně je tomu pro možnost Normovat rychlost na průtok, kdy jsou veškeré rychlost přepočteny tak, aby jejch ntegrací přes plochu proflu byla získána zadaná hodnota průtoku.

19 5 Další funkce 5.1 Prohlížení výsledků, náhledy Program umožňuje grafcké znázornění výpočtu konzumčních křvek, svslcových rychlostí a nerovnoměrného proudění. Náhledy lze otevřít zatržením možnost zobrazt grafcký výstup na příslušných formulářích výpočtu, nebo z menu Výsledky. Formulář pro zobrazení výsledků umožňuje načtení souboru s výsledky a jejch poslání do náhledu. S použtím pravého tlačítka myš lze u označených výsledků měnt barvu v náhledu, styl čáry a jméno zobrazené v legendě náhledu. Šířku pruhu náhledu vyhrazeného pro legendu lze měnt spolu s šířkou sloupce jméno výstupu ve formulář s výsledky. Formulář s výsledky je s náhledem propojen jen v případě, kdy je zatržena příslušná položka v levém dolním rohu formuláře. V opačném případě změny provedené ve formulář s výsledky do náhledu neodešlou. Obr. 5.1: Náhled příčného proflu a svslcových rychlostí.

20 Překreslení náhledů je téměř vždy možné stsknutím klávesy F5. V náhledech lze zoomovat a odečítat vzdálenost (nabídka po stsknutí pravého tlačítka myš nad plochou náhledu) a posouvat obrázek po ploše náhledu (se stsknutým prostředním tlačítkem myš). Poklepáním prostředního tlačítka myš na ploše náhledu se obnoví výchozí nastavení (zobrazí se celý obrázek deálně rozvržený do plochy náhledu). Meze vykreslení lze zadat manuálně vypsáním do kolonek x a y mn a max. 5. Edtace drsností Většnou se v několka příčných proflech objevuje jeden typ drsnost (např. odpovídající betonu). Pokud dodatečně vznkne potřeba změnt hodnotu drsnost, byla by její ruční edtace profl po proflu pracná. Lze proto označt dotčené profly ve formulář Příčné profly a po stsknutí pravého tlačítka myš zvolt možnost Edtace drsnost. Formulář, který se objeví, umožní nalézt ve vybraných proflech požadované záznamy drsnost a jejch nahrazení novým údaj. Zadání * v řádku pro novou drsnost značí ponechat beze změny. Obr. 5.: Formulář pro nterpolac mezlehlých proflů. 5.3 Interpolace proflů Označením dvou proflů ve formulář Příčné profly a vybráním položky Interpolovat mezlehlé po stsknutí pravého tlačítka myš se zobrazí formulář pro nterpolac proflů. Je možno volt ze dvou způsobů nterpolace z půdorysné souřadnce bodů

21 (stančení) a z délky obvodu. Zaškrtnutím lze defnovat body, které s mají odpovídat (sestrojí se řídící úsečky) vz obrázek 5.. Body jako levý břeh a pravý břeh, jsou-l v příčnách proflech označeny, jsou ztotožněny automatcky. Ke jménu nterpolovaných proflů je přdána _x, kde x = 1,...N a N je počet nterpolovaných proflů na vymezeném úseku. Znterpolované profly jsou uloženy do dočasných souborů po stsknutí tlačítka Uložt nterpolované profly. Trvale uloženy jsou až po stsknutí tlačítka uložt ve formulář Příčné profly (po zavření formuláře pro nterpolac). 6 Nastavení projektu Nastavení projektu je uloženo v souboru *.proj. Z část se jedná o nastavení některých parametrů, které se zadávají v jednotlvých formulářích programu. Všechny parametry nastavení projektu lze edtovat otevřením souboru *.proj v textovém edtoru, nebo bezpečněj v programu Složkor po výběru položky Projekt > Projekt nastavení. Je zde třeba vždy přesně vědět, čeho chceme dosáhnout. Řada parametrů má význam př numerckém řešení metody LDM, některé parametry představují emprcky zjštěné parametry řídící rovnce LDM (rce 3.1). Význam parametrů, které jsou předdefnovány př vytvoření nového projektu, je uveden v tabulce 6.1. Její část jž byla dříve uvedena jako tabulka 1.1.

22 Tab. 6.1: Význam parametrů v nastavení projektu a jejch předdefnované hodnoty př založení nového projektu Jméno parametru v nastavení projektu Pops funkce Typ Defaultní hodnota /settngs/kótazapočítání/ tento znak následovaný číselným údajem (kóta započítání) způsobí, že se následující úsek započítá do průtočné plochy a omočeného obvodu až poté, co kóta hladny překročí kótu započítání /settngs/dtto/ znak pro přehlednější zobrazení dat v příčném proflu - pokud se nemění v daném bodě drsnost (tj. je shodná s drsností předchozího bodu), vypíše se místo její číselné hodnoty znak pro dtto znak (char) ^ znak (char) /settngs/svslce/ svslce v bodě - pouze rozdělí profl do sekcí znak (char) /settngs/svslcedopředchozího/ svslce se započítá do sekce předcházející bodu, za znakem musí znak (char) < následovat číselný údaj s náhradní drsností svslce /settngs/svslcedonásledujícího/ svslce se započítá do sekce následující po bodu, za znakem musí následovat číselný údaj s náhradní drsností svslce znak (char) > /settngs/levýbřeh/ levý břeh kynety (břehová hrana) řetězec (strng) LB /settngs/nundacelevá/ Levá Inundace - pata svahu levé nundace řetězec (strng) LI /settngs/patalevéhobřehu/ pata levého břehu řetězec (strng) LP /settngs/pravýbřeh/ pravý břeh kynety (břehová hrana) řetězec (strng) PB /settngs/nundacepravá/ Pravá Inundace - pata svahu pravé nundace řetězec (strng) PI /settngs/patapravéhobřehu/ pata pravého břehu řetězec (strng) PP /settngs/oddělovač/ znak pro oddělení sloupců dat znak (char) Tab /settngs/kvynechání/ znak pro uvedení hlavčky znak (char) / /settngs/h/ označení typu okrajové podmínky - kóta hladny řetězec (strng) H /settngs/h(h)/ označení typu okrajové podmínky - funkce f: horní voda = f(dolní voda) řetězec (strng) H(H) /settngs/h(q)/ označení typu okrajové podmínky - funkce f: horní voda = f(průtok) řetězec (strng) H(Q) /settngs/q/ označení typu okrajové podmínky - průtok řetězec (strng) Q /settngs/q(h)/ označení typu okrajové podmínky - funkce f: průtok = f(dolní voda); řetězec (strng) Q(H) současná verze programu tuto podmínku neumžňuje /settngs/vypocet/pocetusekuautomatckeste/ počet úseků automatcky vytvářené sítě pro výpočet metodou LDM číslo (float) 100 /settngs/vypocetpm/pocetusekuautomatckeste/ počet úseků automatcky vytvářené sítě pro výpočet proužkovou metodou číslo (float) 100 /settngs/vypocetnerpr/relax/ relaxační faktor př výpočtu nerovnoměrného proudění metodou po úsecích číslo (float) 1 /settngs/vypocetnerpr/hmn/ mnmální hloubka proflu př výpočtu nerovnoměrného proudění číslo (float) 0,05 /settngs/vypocetkk/dhkrter/ maxmlní přípustná chyba (krterum konvergence) př teratvním určení číslo (float) 0,0005 polohy hladny metodou po úsecích

23 Tab. 6.1 (pokračování) Jméno parametru v nastavení projektu Pops funkce Typ Defaultní hodnota /settngs/vypocetnerpr/iekrter/ maxmální přípustná relatvní chyba ve sklonu čáry energe př výpočtu nerovnoměrného proudění metodou po úsecích /settngs/vypocetnerpr/itermax/ maxmální počet terací na jednom úseku př výpočtu nerovnoměrného prouění /settngs/náhledsvr/srkapruhusvr/ šířka pruhu v bodech pro vykreslení svslcových rychlostí v náhledu příčného proflu číslo (float) 0,0001 celé č. (nt) 100 celé č. (nt) 30 /settngs/ldm_parametry/a_zap/ uvažování jednotlvých členů řídící rovnce LDM (True = člen uvažován, logcká (bool) True /settngs/ldm_parametry/b_zap/ False = člen neuvažován) True /settngs/ldm_parametry/c_zap/ True /settngs/ldm_parametry/d_zap/ True /settngs/ldm_parametry/e_zap/ False /settngs/ldm_parametry/kgama_fp_o/ parametr sekundárních proudů v bermách pro metodu LDM číslo (float) -0,5 číslo (float) 0,05 /settngs/ldm_parametry/kgama_mc_/ parametr sekundárních proudů v kynetě po kótu vybřežení pro metodu LDM /settngs/ldm_parametry/kgama_mc_o/ parametr sekundárních proudů v kynetě nad kótou vybřežení pro metodu LDM číslo (float) 0,15 /settngs/ldm_parametry/lambda_mc/ bezrozměrná vskozta v kynetě pro metodu LDM číslo (float) 0,4 celé č. (nt) 4 /settngs/ldm_parametry/n_smpson/ počet bodů numercké ntegrace Smpsonovým pravdlem v numerckém řešení metody LDM /settngs/ldm_parametry/fcekgama_ze_souboru/ parametry pro kalbrac parametru Gama řídící rovnce LDM - pro používání logcká (bool) False programu nepotřebné /settngs/ldm_parametry/fcekgama_soubor/ řetězec (strng) bez zadání /settngs/ldm_parametry/kalbrovat_kgama/ logcká (bool) False /settngs/ldm_parametry/výstupkgama_soubor/ řetězec (strng) bez zadání /settngs/ldm_parametry/kgama_relax/ číslo (float) /settngs/ldm_parametry/kalbracnrychlostsoubor/ řetězec (strng) bez zadání /settngs/ldm_parametry/pocetiterackalbrace/ /settngs/alfa_vypocet/ způsob výpočtu součntele knetcké energe (-1 = dle Morozova, 0 = proužkovou metodou, jné číslo = zadání pevnou hodnotou) celé č. (nt) 10 číslo (float) 0