View
64
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej. Wpływ roślinności na opory przepływu. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej. Schemat oddziaływania roślinności. Roślinność terenu zalewowego. Schemat oddziaływania. Akademia Rolnicza w Krakowie - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Wpływ roślinności na opory przepływu
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Schemat oddziaływania roślinności
Roślinność terenu zalewowego
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Schemat oddziaływania
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Przepływ wody w naturalnych ciekach o charakterze górskim zależy od oporów ruchu wody po szorstkim dnie i dławienia bocznego wywołanego roślinnością lub innymi przeszkodami, w obliczeniach prędkości średniej należy również uwzględnić współczynnik oporów liniowych l. Obliczając przepływ, posłużyć można się przekrojem podzielonym na obszary:
I - roślinność wysoka na terenie zalewowym, brak wpływu koryta głównego na warunki przepływu,
II - roślinność średnia i wysoka na terenie zalewowym, wpływ koryta głównego,
III - brak roślinności lub roślinność niska, wpływ szorstkości dennej i zalewu, obszar koryta głównego
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
W obszarach I, II i III średnią prędkość obliczymy ze wzoru Darcy-Weisbacha:
RIv g
8
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Opory ruchu wody w uregulowanym korycie cieku należy określić jako sumę oporów ruchu wody po podłożu λs oraz bocznych λv, wywołanych przez umocnienia brzegu:
s V
Dno szorstkie koryta
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
s V
Roślinność terenu zalewowego
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
s V
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Opory przepływu powstałe w rezultacie oddziaływaniem dna obliczymy wzorem Colebrooka - White’a:
1 2 5112 22 03 s
kR . log .
Re .
wg Rickerta przy dużej chropowatości względnej koryta cieku równanie można uprościć do postaci :
112 22 03skR . log .
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
po przekształceniu można obliczyć współczynnik oporów ścian i dna:
s Rk
1
2 03
2
12 2. log .
R
kgdzie: - chropowatość względna [-]
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Dla przeszkód wysokich współczynnik strat liniowych oblicza się jako część przekroju zajętą przez rośliny do powierzchni całości przekroju. Posługując się bezwymiarowym współczynnikiem oporów opływania CWR, rozstawą roślin ax i ay, oraz ich średnicą dp i wysokością w trakcie trwania przepływu hp, możliwe jest określenie dławienia bocznego wywołanego przez roślinność wystającą ponad zwierciadło wody:
gdzie: CWR - bezwymiarowy współczynnik oporów opływu roślinności zależy od stosunku prędkości dopływającej vp do średniej prędkości w obszarze zajmowanym przez roślinność vv oraz od zafalowań wywołanych przez roślinność
kWRaa
dh
V Cyx
pp cos4
123.21.1
1
12
yapdv
p
y
p
v
v
a
d
WRC
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Ponieważ według Lindnera współczynnik oporów, wywołany roślinnością, nie jest zależny liniowo od przesłonięcia przekroju roślinnością i jej zagęszczenia w układzie liniowym, lecz zmienia się, fakt ten uwzględnia stosunek prędkości ruchu wody przed poza przeszkodą:
1.148.025.015.1
y
NB
x
NL
v
p
aa
aa
v
v
143.2
2
2187.128iV
NLIgapWNL dCa
a a C dNB NL W p 0 24 0.590.41
.
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Zmienność współczynnika oporu pojedynczego elementu przy dwuwymiarowym przepływie CW podał Lindner :
CW = 1.2 dla 5108000 pRe
CW = 1.0 dla 8000800 pRe
CW = 3.07Re p 0.168 dla 800
pvdv
pRe
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Współczynnik porośnięcia oblicza się ze wzoru:
0 073 29 0.95
..a
aaa
NL
x
NB
y
Szerokość strefy oddziaływania obszaru II (zarośniętego) na obszar nie zarośnięty III:
056.0068.0 56.0
Tv
T
ce
hmb
gdzie współczynnik oporu w płaszczyźnie rozdziału:
85.2lg27.3 ΩcT
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Zgodnie z koncepcją Einstein, o równości prędkości średniej w każdym podobszarze koryta, uśrednienia wymagają zróżnicowane współczynniki oporu w korycie głównym oraz należy wprowadzić podział promienia hydraulicznego przekroju Ri:
Szorstkość bezwzględną (zastępczą wysokość występów szorstkości) w płaszczyźnie rozdziału oblicza się ze wzoru:
IIIi RR i
07.14.3854.0k
m
bb
TT Rk
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Średni współczynnik oporów w głównym korycie oblicza się uwzględniając współczynniki oporów w części przekroju wolnej od roślinności oraz w płaszczyźnie rozdziału:
Prędkość średnia w obszarze III :
2 22T T s s
T s
h lh l
JgR
FIIIv 8
Prędkość w płaszczyźnie rozdziału obszarów II i III :FTT vCv v
8
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
System współczynników umożliwiający obliczenie aktualnego, dla danego przekroju, współczynnika szorstkości opracował Cowan, przedstawiając następujące zestawienie:
nmnnnnnn 43210
Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Charakterystyka współczynników do obliczania szorstkości metodą Cowana
Opis koryta cieku Wartości współczynników
Rodzaj materiału
piasekdrobny żwirgruby żwirobrabiane skały
n0
0,0200,0240,0280,025
Stopień nieregularności brzegów i dna
koryto regularnemała nieregularneśrednia nieregularnośćduża nieregularność
n1
0,0000,0050,0100,020
Zmiany przekroju poprzecznego
przekrój stałyzmiany sporadycznezmiany częste
n2
0,0000,0050,010 - 0,015
Wpływ przeszkód lokalnych
brak przeszkódprzeszkody nieliczneprzeszkody znaczneliczne przeszkody
n3
0,0000,010 - 0,0150,020 - 0,0300,040 - 0,060
Wpływ zarastania
brak zarastaniaporost niskiporost średniporost wysokiporost b. wysoki
n4
0,0000,005 - 0,0100,010 - 0,0250,025 - 0,0500,050 - 0,100
Stopień zakrzywienia trasy
małyśredniduży
m1,0001,1501,300
Przepływ na terenie zalewowym
Wpływ roślinności
na przepustowość
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
0.24
0 0.02 0.04 0.06
Q [m3s-1]
h [m
]
180
120
60
0
[m-2]
Maks. zagęszcz.
Brak roślin
Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Energia koryta:
gdzie: mgI - siła naporu jednostkowego fragmentu wody w korycie
[N],vt - droga pokonana w jednostce czasu [m]
vtmgIE
Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Energia zużyta na pokonanie oporów opływu dna szorstkiego i roślinności:
PvtE
Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Podstawiając całkowite opory opływu
oraz:- opór opływu dna szorstkiego:
vs PPP
2
2
1vFCP ds
oraz:- opór opływu roślin: 2
2
1vCAP rrv
Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
otrzymamy:
gdzie: Ar - powierzchnia opływu roślinności z jednostkowego wycinka powierzchni dna przy napełnieniu wywołującym ruch m masy wody [m2]
rrd CAFCtvE 3
2
1
Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Zakładając, że F Cd dla stałego zakresu liczby Reynoldsa, przy dnie sztywnym, jest wartością stałą i zastępując możemy napisać:
Przyjmując założenie, że opory wywołane szorstkością denną są znikomo małe w stosunku do oporów opływu roślinności na terenie zalewowym można napisać:
2v
IgmCAD rr
2vA
IgmC
rr
Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Dla znanego rozkładu prędkości w profilu o liczbie warstw n wartość Arv2 obliczymy:
n
iśririr vAvA
1
22
Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Przyjęto następujące założenia:
- wytworzona przez siłę ciężkości energia ruchu wody jest równa energii zużytej na opory opływu,
- współczynnik oporów opływu Cr roślinności, dla pozostającej w jednym zakresie liczby Reynoldsa, ma stałą wartość,
- roślinność nie ulega zniszczeniom podczas przepływu,
- stosunek oporów opływu dna i roślinności na terenie zalewowym przyjmuje wartość zaniedbywalnie małą.
Charakterystyka roślinności
Rozkład powierzchni opływu
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Powierzchnia opływu roślin [m2]
Nap
ełni
enie
[cm
] Powierzchniacałkowita
Powierzchniajednostkowa
Charakterystyka roślinności
Teren zalewowy
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Charakterystyka roślinności
Teren zalewowy
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Przepływ na terenie zalewowym
Koniec
Akademia Rolnicza w KrakowieAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii WodnejKatedra Inżynierii Wodnej
Recommended