Slajd 1 Slajd 2 Slajd 3 Slajd 4 Slajd 5 Akademia Rolnicza w Krakowie WIŚiG Katedra Inżynierii Wodnej dr inż. Leszek Książek Transport i sedymentacja cząstek stałych wykład 1, wersja 4.4 USM Inżynieria Środowiska 2008/2009 Rumowiska rzeczne Miejsca wykonania zdjęć odległe są od siebie o ok. 5300 km, różnicy wysokości ok.670 m, potok Zimna Woda, Velka Studena Dolina, Sk Rzeka Skawa, Zembrzyce, - wysokość 310 m n.p.m., - km 37+000. Rzeka Wisła, Połaniec, - wysokość ok. 160 m n.p.m., - km 219+000. Ruch rumowiska odgrywa ważną rolę w kształtowaniu koryta i doliny rzeki. Przy projektowaniu regulacji technicznej lub renaturalizacji rzeki nie może być pominięty. Rumowisko - trwałe cząstki rozdrobnionych w czasie procesów erozyjnych skał. Erozja naturalny proces niszczenia powierzchni Ziemi przez wodę, siłę grawitacji przy współudziale wody i przez wiatr. Erozja prowadzi do wyrównania powierzchni Ziemi. Rumowisko powstaje przez spłukiwanie zwietrzałych w całym obszarze zlewni skał oraz przez erozyjne działanie prądu wody
Slajd 6 Ruch rumowiska wleczonego jest zjawiskiem okresowym, występuje tylko w czasie wezbrania [Fot. Archiwum] Slajd 7 Ruch rumowiska wleczonego jest zjawiskiem okresowym, występuje tylko w czasie wezbrania Slajd 8 Rumowiska rzeczne - klasyfikacja w zależności od sposobu poruszania się (PN-86/02480): a) rumowisko wleczone (γr>γw)piaski średnie, grube, żwiry, kamienie unoszone (γr>γw) iły, pyły, piaski, piaski drobne, c) zawieszone (γr<γw), b) Ruch rumowiska wleczonego jest zjawiskiem okresowym. Rumowisko unoszone jest obecne cały czas w wodzie, niektóre cząstki nie osiadają nawet w wodzie stojącej Slajd 9 Rumowisko niejednorodne [Fot. A.Strużyński] Rumowisko jednorodne Slajd 10 metoda sitowa Ilość: minimum 3 próby; co max 1 km, odcinki stabilne, znaczące dopływy, zmiany spadku min. 100 kg rumowiska gruboziarniste (żwiry, pospółki), Min. 10 kg rumowiska drobnoziarniste (piaski, pyły) (wg Ratomskiego)
Slajd 11 Slajd 12 Slajd 13 Slajd 14 Slajd 15 [Fot. E.Słowik-Opoka] metoda zamrażania próby pobór próby o nienaruszonej strukturze Dokładność wysoka normalna niska metoda sitowa metoda zamrażania próby pobór próby o nienaruszonej strukturze metoda Wolmana (modyfikacja) próba z warstwy powierzchniowej Masa pojedynczej próby zależy od dopuszczalnego błędu (różne poziomy dokładności). PN-ISO 4364+AC1:2005 Pomiary przepływu w korytach otwartych. Pobieranie próbek materiału dennego.
Slajd 16 Krzywa przesiewu wybór skali Slajd 17 Slajd 18 Slajd 19 Slajd 20 Krzywa przesiewu wpływ wyboru oznaczania przedziałów na jej przebieg Najczęściej stosowane przedziały: frakcja 1 - ziarna < 2 cm, 2 - ziarna 2-4 cm, 3 - ziarna 4-6 cm, 4 - ziarna 6-8 cm, 5 - ziarna > 8 cm, Krzywa przesiewu wpływ ilości przedziałów (frakcji) na jej przebieg Linia wykreślona dla przedziałów 0.1 cm odzwierciedla najdokładniejszy przebieg zjawiska fizycznego skład granulometryczny rumowiska. Średnice charakteryzujące rumowisko d m średnica miarodajna (wartość obliczana) d m = Σ d i p i / Σp i d i średnia wartość średnicy z rozpatrywanego przedziału p i procentowa zawartość ziaren przyjętego przedziału w całej próbie d % - średnice ziaren, które wraz z mniejszymi stanowią p [%] całości próby (odczyt z krzywej przesiewu) d 50 - średnica ziarna; 50% zawartości próby ma średnicę większą/mniejszą niż podana Wskaźniki nierównomierności uziarnienia Odchylenie standardowe krzywej przesiewu σ = (d 86 / d 14 ) 0.5 Współczynnik wysortowania wg Hazena U = d 60 / d 10 Współczynnik różnoziarnistości ε = d 95 / d 5 Współczynnik jednostajności / Cecha dominacji C d = d 90 d 10 / d 2 50 U<5 rumowisko dobrze wysortowane, mało różnoziarniste, ε <5, C d =1
Slajd 21 Slajd 22 Slajd 23 Slajd 24 Slajd 25 Pomiary radioznacznikowe Gęstość rumowiska (układ SI) ρ r = 2650 kg/m 3 (dla kwarcu) ρ r = 2640-2690 kg/m 3 (piaskowce, teren całej Polski) γ r = 2650 x 9.81 N/m 3 > 0,08 0,06-0,08 0,04-0,06 0,02-0,04 Współczynniki: - sferyczności Ψ p - płaskości k p - kształtu S p Kształt ziaren ma wpływ na warunki początku ruchu rumowiska Parametry ziaren - przykład Lp. 1 2 3 4 5 Frakcja 1-2 cm Numer ziarna 1 6 8 10 13 b c Ψ = p 2 a Masa ziarna suchego [kg] m 0.0011 0.0019 0.0154 0.0048 0.0081 k p Pomiary laboratoryjme a 0.041 0.025 0.023 0.019 0.026 a+ b = 2 c Średnica [m] b 0.018 0.018 0.020 0.016 0.019 S p c 0.013 0.018 0.016 0.013 0.012 Kategorie kształtu ziaren b/a c/b Ψp kp Sp I Kule 0.64 0.63 0.75-0.96 < 1.8 >0.70 II Elipsoidy > 0.33 > 0.4 >0.50<0.86 <2.5>1.33 0.43<0.70 III Dyski i pręty < 0.64 < 0.52 < 0.70 > 1.93 <0.43 Zależność siły wleczenia F D od średnicy ziarna D b = c a b Zależność siły wleczenia od ciężaru i kształtu ziarna Wniosek 1. Ziarna o takiej samej masie ale różnych kształtach w innych warunkach ulegają wymyciu z dna. Wniosek 2. Taka sama siła wleczenie F D najpierw uruchamia ziarna płaskie kategoria III, a na końcu ziarna kuliste Intensywność transportu rumowiska wleczonego konieczne pomiary terenowe Skład granulometryczny rumowiska Pomiary geodezyjne Przekroje poprzeczne Profil podłużny spadek zwierciadła wody, Szorstkość dna koryta rzecznego i terenów zalewowych
Slajd 26 Slajd 27 Wysokość [m.n.p.m] metoda sitowa metoda zamrażania próby próba warstwowa Krzywa przesiewu - przykłady p [%] Krzywa przesiewu - Potoku Targaniczanka - p.xi-xi - prb. 2 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28 di[m] 100 Warstwy [cm]: p [%] 80 0-10 60 10-20 40 20-30 20 30-40 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 średnica [cm] Przekroje poprzeczne - przykłady 371.6 371.4 371.2 371 370.8 370.6 370.4 370.2 370 369.8 0 5 10 15 20 Odległość [m] [Fot. Strużyński] Slajd 28 przykłady Slajd 29 Profil podłużny przykład Slajd 30 Współczynnik szorstkości dna przykład obliczeń MPM, d 90 =0,136 m 6 d n= 90 26 n =0,027 Strickler, d 50 =0,055 m 1 21 = 1/6 n =0,029 n d m Gładki, d m =0,055 m 1 4,53d = 54,58 d m m n n =0,037 Van Te Chow, Table n =0,035
Slajd 31 Slajd 32 Slajd 33 Poziom teoretyczny dna Pomiar rozkładów prędkości wody - przykład h [m] 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.93 1.26 1.42 1.61 1.65 0.75 1.25 1.75 V [m/s] Wykres rozkładu prędkości w profilu pomiarowym prędkość maksymalna występuje pod powierzchnia wody Ratomski J., 2000, Podstawy projektowania zabudowy potoków górskich, Wołoszyn i in., 1974, Regulacja rzek i potoków,