Regulacja stosunków wodnych w dorzeczu Wykład 2. Modelowanie przepływu w ciekach

Transkrypt

1 Regulacja stosunków wodnych w dorzeczu Wykład Modelowanie przepływu w ciekach

2 Metoda Charnomsky ego H g v g g Z g h g S f h strat S o H d v d g l z d h d θ

3 Równanie ruchu e i i i i i h g v H g v H + + = α α ruch spokojny: g v v h S S H H d g d g d g = l l ruch rwący: g v v h S S H H d g d g d d + + = l l

4 Obliczanie strat energii h e αi + vi + 1 = l Sf + ζ g 1 αi v g i straty lokalne: Charakterystyka strefy tranzytowej strumienia Wartość współczynnika ζ kontrakcja strumienia rozszerzenie strumienia brak strat w strefie tranzytowej 0,0 0,0 wolnozmienny tranzyt strumienia 0,1 0,3 typowe średnie warunki tranzytu 0,3 0,5 znaczna zmiana geometrii strumienia w strefie tranzytowej 0,6 0,8 straty na długości: h f = S f l = S g + S d l

5 Obliczenie długości trasy przepływu l = l lob Q lob Q + lob l ch + Q Q ch ch + + Q l rob rob Q rob

6 Obliczenie spadku hydraulicznego i prędkości średniej 3 = i ij ij i i n R A Q S i i ij ij S n R v 3 = i i ij ij ij i v Q v Q = α α i ij ij i Q v Q v =

7 Opis metody Charnomsky ego 1. wstępne załoŝenie nieznanej wartości stanu H 1 w przekroju górnym. MoŜna ją określić z warunku: z g + h o < H g < z g + h d. Wyznaczenie na podstawie stanów wody głębokości (h g i h d ) i parametrów przekroju czynnego (A, U, R) w obu przekrojach; 3. Obliczenie prędkości średnich w obu przekrojach na podstawie równania ciągłości Q = v i A i = const (pomijane w zbiornikach); 4. Obliczenie spadków hydraulicznych (S g i S d ) w obu przekrojach na podstawie wzoru Chezy ego; 5. Obliczenie wartości stanu H g w górnym przekroju ze wzoru; 6. Jeśli obliczona wartość H g róŝni się od załoŝonej wstępnie o więcej niŝ 1 % h g, powtarza się cykl obliczeń dla nowego przybliŝenia.

8 Człon kinematyczny ostatni człon wzoru, wyraŝający zamianę energii kinetycznej na potencjalną, uwzględnia się tylko w ciekach o skoncentrowanym przekroju (rzeki, kanały); w zbiornikach, w których wykształca się nurt, podczas gdy pozostała masa wody pozostaje niemal nieruchoma, człon kinetyczny pomija się w obliczeniach. Zakłada się, Ŝe energia ruchu zostaje rozproszona na skutek tarcia wewnętrznego

9 Długość cofki definicja zasięgu cofki budowli piętrzącej: (cofka) jest to długość l c odcinka cieku powyŝej budowli, na którym występują głębokości wyŝsze niŝ normalna, h(l c ) = h o ; w praktyce zakłada się koniec cofki w miejscu, gdzie głębokość przekracza ho o mniej niŝ 1 % ekstrapolacja: długość cofki liczoną od dolnego przekroju moŝna ocenić na podstawie ekstrapolacji: Zd, gdzie Z i = h i h o [KK] lc = l Z Z obliczenia dokładne: wykonuje się obliczenia stanów w kolejnych przekrojach aŝ do uzyskania głębokości normalnej i sumuje odległości między przekrojami d g

10 odcinek prosty Przekroje poprzeczne odcinek prosty ubezpieczenia brzegowe istniejące i projektowane wały wały cofkowe

11 łuk Przekroje poprzeczne odcinek na łuku

12 Przekrój poprzeczny z y Rzędne t erenu 193 mnpm Odl egł ości (Wisła km )

13 Geometria w komputerz e

14 Profil podłuŝny

15 (a) Prawa skarpa Lewa skarpa Górny przekrój Przekrój interpolowany Interpolacja przekrojów (b) Prawa skarpa Lewa skarpa Dolny przekrój Górny przekrój przy tej samej liczbie punktów przy róŝnej liczbie punktów Przekrój interpolowany Dolny przekrój Prawa terasa zalewowa Koryto główne Lewa terasa zalewowa

16 Przekroje ograniczające Modelowanie infrastruktury przekrój wodowskazowy 1 stopień wodny most przekrój wodowskazowy podobszar podobszar podobszar odcinek 1 odrębnej analizy odcinek odrębnej analizy

17 Kościuszko lokalizacja

18 Kościuszko światło

19 Chańcza

20 górny odcinek strefa przejściowa dolny odcinek Warunki brzegowe ZG H ZD Q(x) P Z [m npm] rzędna piętrzenia 1 Warunki brzegowe ZP obszar sterowania odpływem ZP - rzędna piętrzenia Max PP ZP Min PP budowli piętrzących 3 Q [m /s] odpływ

21 Warunki brzegowe budowli piętrzących dla odcinka powyŝej budowli krzywa konsumcyjna górnego stanowiska obiektu, zwana w hydrotechnice charakterystyką hydrauliczną urządzeń upustowych, dla odcinka połoŝonego poniŝej budowli krzywa konsumcyjna dolnego stanowiska obiektu Modelowanie niskich progów dla niskich i średnich przepływów, jak budowle piętrzące; dla przepływów wysokich, progi niskie stanowią tak zwaną makroszorstkość i nie zmieniają reŝimu przepływu odcinek obliczeniowy Progi Q(x) 1

22 Wpływ mostów na przepływ mosty nieingerujące w przepływ konstrukcja wsporcza w całości poza międzywalem mosty ingerujące w przepływ przyczółki i filary wkraczają w międzywale zawęŝając światło przepływu mosty niskowodne nie dostosowane do przepuszczenia przepływu miarodajnego powodują spiętrzenie wody ponad konstrukcję mostu: spiętrzające wodę do spodu konstrukcji mostowej spiętrzające wodę ponad spód konstrukcji mostowej spiętrzające wodę ponad nawierzchnię mostu

23 Typy mostów

24 V 1 α 3 v 3 g Y 3 Z BU α v g Mosty niskowodne Y V BU α 3 v 3 g Zatopiony wlot pod most H α v g V 1 α 3 v 3 g α v g H Y 3 Z Y V V 1 Y 3 Z Y V Przelew ponad mostem i ciśnieniowy przepływ pod nim Ciśnieniowy przepływ pod mostem

25 Most niskowodny

26 Soła

27 Most niskowodny

28 Dokumentacja mostu

29 Aksonometria mostu

30 Przekroje obliczeniowe mostu

31 Schematyzacja przepływu zwierciadło wody przekrój poprzeczny przed mostem przekrój poprzeczny pod mostem rozkład prędkości przed mostem

32 Wpływ mostów na przepływ metoda od przekroju do przekroju (Charnomsky ego) nadpiętrzenie współczynniki strat ζ wzór Weissbacha na zmianie przekroju: zwęŝenie 0.3, poszerzenie 0.5 na filarach g v A A A A g v H = α α ζ