Zmiany Q wynikające z przyrostu zlewni

Transkrypt

1 uch wody w korytach rzeczych Klasyfikacja ruchu. uch ieustaloy zmiey przepływ Q a długości rzeki i w czasie: ruch fal wezbraiowych ruch wody a długim odciku rzeki Q fala wezbraiowa obserwowaa w przekroju Czas t Q Zmiay Q wyikające z przyrostu zlewi odciek rzeki Dopływy rzeki główej długość rzeki. uch ustaloy ierówomiery Q cost, zmiea prędkość a długości odcika: przepływ a krótkim odciku i w krótkim przedziale czasu poza okresem wezbrań. uch ustaloy rówomiery (jedostajy) Q cost, zmiay prędkość a długości odcika są iewielkie Opis matematyczy ruchu wody. uch ieustaloy - opisuje układ rówań Sait-eata: g g t I II III I C q gf 0 () Q F t 0 () I II Parametry zmiee a długości koryta () i w czasie ( t): prędkość atężeie przepływu Q powierzchia przekroju poprzeczego F

2 Poszczególe człoy w rówaiu () ozaczają wielkości strat eergii wywołae przez: I zmieość a długości rzeki II zmieość w czasie III opory ruchu I rozdziałem koryta a ramioa Straty te są bilasowae przez spadek hydrauliczy J Poszczególe człoy w rówaiu () ozaczają: I zmieość Q a długości rzeki II zmieość F w czasie (wywołae zmieym apełieiem koryta zależie od zmia Q) Układ rówań () i () ie ma rozwiązań aalityczych rozwiązuje się metodami umeryczymi. uch ustaloy ierówomiery (Q cost): w rówaiu (): C g g t q gf 0 Jeżeli Q cost to prędkość ie zmieia się w czasie stąd cz. II 0 Jeżeli brak jest podziału rzeki a ramioa cz. I 0 w rówaiu (): Q F t 0 Jeżeli Q cost to powierzchia przekroju przepływu ie zmieia się w czasie stąd cz. I 0 i cz. II 0 ostateczie mamy rówaie () w postaci: g x C 0 ówaie to rozwiązywae jest metodami umeryczymi 4. uch ustaloy rówomiery (Q cost, zmiay prędkość a długości odcika są iewielkie) Jeżeli Q cost to prędkość ie zmieia się w czasie stąd cz. II 0 Jeżeli brak jest podziału rzeki a ramioa cz. I 0 z rówaia () mamy: g C 0 poieważ zmiay prędkości średiej a długości odcika są iewielkie cz. I 0: g ostateczie mamy: 0 C przepływu. J a stąd C J - jest to wzór Chezy a średią prędkość

3 C J Zastępując we wzorze Chezy współczyik prędkości C wyrażeiami: otrzymamy wzory pokrewe: - Maiga gdzie: - Darcy-Weisbacha C J współczyik szorstkości, (m -/ s), współczyik oporu, (-), promień hydrauliczy, (m), J spadek hydrauliczy, (-). lub 8 gj C 8g Wartość współczyika oporu określa tzw. ogóle prawo przepływu Colebrook a White a: gdzie: e liczba eyoldsa, (-), k s zastępcza szorstkość bezwzględa, (m), promień hydrauliczy, (m). Wielkość k s, azywaa rówież wysokością szorstkości, charakteryzuje chropowatość powierzchi obwodu zwilżoego. ówaie Colebrook a White a dla ajczęściej w przypadku rzek występujących koryt hydrauliczie szorstkich (e ) upraszcza się do postaci - dla koryt o kształcie zbliżoym do trapezu: - dla koryt prostokątych gdzie h głębokość wody w przekroju, 5 ks log e 4, 84 Pomiędzy poszczególymi współczyikami, które charakteryzują opory przepływu zachodzą astępujące zależości: - z porówaia stroami wzorów: C i, 7, 0 log k s C 8g, 0h, 0 log k s mamy: 8g 8g Współczyiki C, i wyrażają wielkość oporów przepływu.

4 Opory ruchu kształtowae są przez astępujące czyiki: tarcie zewętrze wyikające z szorstkości materiału korytowego, ieregularość da i brzegów koryta, zmieość wymiarów i kształtów przekrojów poprzeczych, występowaie lokalych przeszkód, rośliość korytowa, ieregularość i krzywizy układu poziomego. Całkowity opór koryta jest: sumą oporów cząstkowych wywołaych wyżej wymieioymi czyikami udział poszczególych czyików w oporach całkowitych jest róży w zależości od stau wody i pory roku (p. sezoowe zmiay szaty rośliej) zmieia się a długości rzeki Określaie oporów przepływu Opory przepływu możemy określać: a całym rozpatrywaym odciku w poszczególych przekrojach Przy wyzaczaiu oporów przepływu możemy: rozpatrywać koryto całościowo jede współczyik uwzględiający wszystkie czyiki (bez określaia wpływu poszczególych czyików) określać opory cząstkowe a astępie całkowity opór będący sumą oporów cząstkowych Przy wyzaczaiu oporów przepływu stosujemy astępujące metody: oparte a bezpośredich pomiarach przepływu, przekrojów poprzeczych i spadku hydrauliczego przy braku pomiarów oraz dla waruków projektowaych: - dobór wartości współczyików z różego rodzaju tabel i katalogów a podstawie opisu stau koryta lub rodzaju powierzchi zwilżoej - ze wzorów empiryczych Wzór Cowaa całkowita wartość współczyika szorstkości (m -/ s): ( o 4 ) m 5 gdzie współczyiki cząstkowe wyrażają: o szorstkość regularego i prostego koryta (podstawowa wartość zależa od materiału korytowego) ieregularość brzegów i da, zmiay kształtu i wielkości przekrojów poprzeczych, lokale przeszkody w korycie, 4 stopień zarośięcia koryta, m 5 wpływ układu poziomego (krzywizy) trasy. Schemat koryta o zróżicowaej szorstkości obwodu zwilżoego F 4 4 ( ) F 4 ( 4 ) F U 4 U F ( ) ( ) F i i Fi Ui U F U U U i śr i Ozaczeia: U i długości obwodów cząstkowych o jedorodej chropowatości, charakteryzowaej przez i lub i, (m), U całkowity obwód zwilżoy koryta, (m), i wartości promiei hydrauliczych odoszących się do poszczególych odcików obwodu zwilżoego, (m), promień hydrauliczy dla całego przekroju, (m), i, i współczyiki szorstkości i oporu dla obwodów cząstkowych.

5 wartość zastępczą współczyika szorstkości z (jest to wartość średia ważoa) moża obliczyć ze wzorów: Hortoa: N U i i i z U lub Lottera: 5 U z 5 N U i i i i zastępczą wartość z obliczamy według wzoru: N Opory ruchu a die koryt aluwialych. do płaskie wsp. oporu da ( k s ) k s d 50 4,5 d 50 lub k s d 90 d 50 U i i i z U k s. do z formami deymi formy dee powstają przy średicach materiału korytowego 0, 0 mm wsp. oporu da (wartość zależy od k s ; od k s ) k s k s Wielkości k s : zmarszczki - k s 5 cm fałdy k s (0, 0,5) h h głębokość wody

6 Przepustowość koryta dwudzielego koryto wód wielkich koryto główe terey zalewowe Q Q k Q z Q z tere zalewowy koryto główe płaszczyza rozdziału WW h T h T SW Q z z F z Q k k F k Q z z F z Koryto główe porośięte rośliością wysoką płaszczyza rozdziału WW h T SW Koryto dwudziele porośięte rośliością wysoką Prędkości średie określamy oddzielie dla części wolej od rośliości i zarośiętej rośliością wysoką. Dla przekroju (części przekroju) porośiętego rośliością wysoką wsp. oporu jest rówy: o r o - wsp. oporu powierzchi (grut, rośliość iska) r - wsp. oporu rośliości wysokiej (krzewy, drzewa) a 4 d p a z h C x W a x, a z odległości między drzewami (krzewami) d p średica pia (krzewu) h głębokość wody C W wsp. opływu pi przez strugi (C W,7)