Click here to load reader

Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowości koryt rzecznych

  • View
    66

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej. Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowości koryt rzecznych. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej. Schemat do wyprowadzenia równania jednostajnego ruchu cieczy w korycie. Akademia Rolnicza w Krakowie - PowerPoint PPT Presentation

Text of Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowości koryt rzecznych

  • Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowoci koryt rzecznych

    Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodnej

  • Schemat do wyprowadzenia rwnania jednostajnego ruchu cieczy w korycie Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodnej

  • Skadowa ciaru wody w kierunku przepywuAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodnej - gsto wody,A - pole caego przekroju strumienia,g - przypieszenie ziemskie,J - spadek hydrauliczny (spadek linii energii)w ruchu jednostajnym dla maych wartoci : sin tg = J

  • Warto napre stycznych uredniona wzdu obwodu zwilonego Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii WodnejR jest promieniem hydraulicznym przekroju poprzecznego koryta wyraonym zalenoci:

  • Chezy powiza naprenia styczne na obwodzie zwilonym przekroju koryta ze redni prdkoci przepywu wody w przekroju Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodnej - ciar objtociowy wody ( = g),v - rednia prdko przepywu wody w przekroju,C - wspczynnik prdkoci wprowadzony przez Chezy'ego dla scharakteryzowania oporw przepywu w korycie.

  • rednia prdko przepywu wody w korycie Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii WodnejWpyw chropowatoci cian i dna koryta na redni prdko przepywu scharakteryzowa Chezy wspczynnikiem prdkoci C. Ksztat przekroju poprzecznego koryta we wzorze uwzgldnia promie hydrauliczny przekroju.

  • Gauckler, Manning i Strickler podali empiryczne zalenoci do obliczania redniej prdkoci przepywu Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodnejkst - wspczynnik szorstkoci powierzchni dna i cian koryta wprowadzony przez Stricklera dla scharakteryzowania oporw przepywu w korycie,n - wspczynnik szorstkoci powierzchni dna i cian koryta wprowadzony przez Manninga dla scharakteryzowania oporw przepywu w korycie.

  • Porwnanie wzoru Chezy na redni prdko przepywu w korycie ze wzorami podanymi przez Gaucklera, Manninga i Stricklera pozwala poda zalenoci pomidzy wspczynnikami Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii WodnejWzory te s powszechnie stosowane w hydraulice rzecznej. Wartoci wspczynnikw szorstkoci wyznaczane na podstawie tych wzorw s zalene od wartoci promienia hydraulicznego przekroju

  • Wspczynniki szorstkoci koryt n do wzoru Manninga wg Ven Te ChowAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii WodnejW praktyce dobr wspczynnika szorstkoci w zgodzie z tzw. dobr praktyk inyniersk.

    Wspczynnik szorstkoci

    n

    min

    redni

    max

    A. Koryto umocnione

    Betonowe dno wygadzone kielni i ciany wykonane z:

    - ciosanego kamienia na zaprawie

    - nieciosanego kamienia na zaprawie

    - wyprawionego muru z kamienia amanego na zaprawie

    - kamienia amanego bez zaprawy lub kamiennego narzutu

    wirowe dno i ciany wykonane z:

    - betonu

    - nieciosanego kamienia na zaprawie

    0.015

    0.017

    0.016

    0.020

    0.017

    0.020

    0.017

    0.020

    0.016

    0.030

    0.020

    0.023

    0.020

    0.024

    0.024

    0.035

    0.025

    0.026

    B. Koryto ziemne nie umocnione

    Koryto ziemne o staym przekroju

    - czyste bezporednio po wykonaniu

    - czyste zwietrzae

    - czyste, oysko kanau wirowe

    - w korycie nieliczna rolinno

    Koryto ziemne o zmiennym przekroju

    - bez rolinnoci

    - porose traw

    - z gst traw i wodorostami

    - o dnie ziemnym i cianami z kamienia amanego

    - o dnie ziemnym, skarpy poronite wodorostami

    - o brukowanym dnie i czystych skarpach

    Koryto wykonane za pomoc koparki zbierakowej lub pogbiarki

    - bez rolinnoci

    - z niewielk rolinnoci przy brzegach

    Koryto wykute w skale

    - o gadkich cianach i staym przekroju

    - o nierwnych cianach

    Koryta zaniedbane (nie oczyszczone z trawy i krzakw)

    - gsta rolinno wysokoci rwnej gbokoci cieku

    - czyste dno, zarola przy brzegach

    - czyste dno, zarola przy brzegach w przypadku wysokiego

    poziomu wody

    - gsta wiklina przy brzegach, wysoki poziom wody

    0.016

    0.018

    0.022

    0.022

    0.023

    0.025

    0.030

    0.028

    0.025

    0.030

    0.025

    0.035

    0.025

    0.035

    0.050

    0.040

    0.045

    0.080

    0.018

    0.022

    0.025

    0.027

    0.025

    0.030

    0.035

    0.030

    0.035

    0.040

    0.028

    0.050

    0.035

    0.040

    0.080

    0.050

    0.070

    0.100

    0.020

    0.025

    0.030

    0.033

    0.030

    0.030

    0.040

    0.035

    0.040

    0.050

    0.033

    0.060

    0.040

    0.050

    0.120

    0.080

    0.110

    0.140

    C. Naturalne cieki wodne

    Mae cieki (w czasie wielkiej wody szeroko mniejsza od 30 m)

    cieki nizinne

    - czyste, proste, bez mielizn i dow

    - j.w., lecz z duymi, kamieniami i rolinnoci

    - czyste, krte z achami i doami

    - j.w., lecz z kamieniami i rolinnoci

    - j.w., przy niskich stanach wody, nieznacznych spadkach

    i maych przekrojach poprzecznych

    - czyste, krte, z achami i doami, z du iloci kamieni

    - z odcinkami o maej prdkoci przepywu z zarolami i

    gbokimi doami

    - odcinki cakowicie zaronite z gbokimi doami lub z wiklin i

    pniami zwalonych drzew

    potoki grskie bez rolinnoci w korycie, brzegi krte, drzewa i

    krzaki na brzegach zatapiane podczas wielkiej wody

    - dno potoku wirowe, wystpuj otoczaki i nieliczne gazy

    - dno potoku kamienne, wystpuj due gazy

    Koryta w terenie zalewowym

    pastwiska bez krzakw

    - niska trawa

    - wysoka trawa

    pola uprawne

    - nie obsiane

    - zasiewy rzdowe

    - zasiewy cige

    powierzchnie pokryte wiklin

    - pojedyncze krzaki, obfita trawa i zielsko

    - wiklina o maej gstoci i drzewa w warunkach zimowych

    - j.w., lecz latem

    - wiklina o gstoci od redniej do duej w warun. zimowych

    - jw., lecz latem

    powierzchnia pokryta drzewami

    - gsty gaj wierzbowy w warunkach letnich

    - oczyszczona powierzchnia ziemi z piekami i drzewami be

    pdw

    - jw., lecz drzewa z gstymi pdami

    - dua liczba pni, nieliczne zwalone drzewa, niewielkie poszycie

    lasw, poziom wielkiej wody poniej gazi drzew

    - jw., lecz poziom wielkiej wody zatapia gazie drzew

    Due cieki - przy wielkiej wodzie, szeroko koryta wiksza od 30 m (w takich samych warunkach warto n dla duych ciekw jest mniejsza ni dla maych, szorstko brzegowa w przypadku duych ciekw stanowi bowiem dla ruchu wody mniejsz przeszkod)

    - regularne przekroje poprzeczne koryta bez wikliny i gazw

    - nieregularne przekroje poprzeczne i nierwna powierzchnia

    koryta

    0.025

    0.030

    0.033

    0.035

    0.040

    0.045

    0.050

    0.075

    0.030

    0.040

    0.025

    0.030

    0.020

    0.025

    0.030

    0.035

    0.035

    0.040

    0.045

    0.070

    0.110

    0.040

    0.050

    0.080

    0.100

    0.025

    0.035

    0.030

    0.035

    0.040

    0.045

    0.048

    0.050

    0.070

    0.100

    0.040

    0.050

    0.030

    0.035

    0.030

    0.035

    0.040

    0.050

    0.050

    0.060

    0.070

    0.100

    0.150

    0.050

    0.060

    0.100

    0.120

    -

    -

    0.033

    0.040

    0.045

    0.050

    0.055

    0.060

    0.080

    0.150

    0.050

    0.070

    0.035

    0.050

    0.040

    0.045

    0.050

    0.070

    0.069

    0.080

    0.110

    0.160

    0.200

    0.050

    0.080

    0.120

    0.160

    0.060

    0.100

  • Prdko dynamiczna Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii WodnejZalenoci stosowane do obliczania wspczynnika prdkoci C dzieli si na dwie grupy:- empiryczne, z ktrych korzysta si rzadko,- oparte na teorii warstwy przyciennej.Zastosowanie teorii warstwy przyciennej do okrelenia wspczynnika oporw sprowadza si do wykorzystania powizania wspczynnika oporw przepywu l z prdkoci redni i prdkoci dynamiczn v

  • Prandtl poda zwizek pomidzy prdkoci dynamiczn i napreniami stycznymi na obwodzie zwilonym przekroju koryta Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii WodnejWyznaczajc z zalenoci iloraz:

  • Prandtl poda zwizek pomidzy prdkoci dynamiczn i napreniami stycznymi na obwodzie zwilonym przekroju koryta Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodneji wyraajc redni prdko jako: otrzymano: vi - prdko w strudze o polu powierzchni dA,v - rednia prdko w przekroju obliczana z zalenoci v = Q/A.

  • Natenie przepywu wody w korycie Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodnej

  • Naprenia w przepywach turbulentnych wedug Boussinesqa Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii WodnejK(z) - wspczynnik lepkoci/dyfuzji turbulentnej,v(z) - prdko w punkcie na gbokoci z.

  • Wspczynnik lepkoci turbulentnej - wedug koncepcji Prandtla o tzw. drodze mieszania Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodnejl - dugo drogi mieszania obliczana z zalenoci: l = kz k - staa Karmana. Wspczynnik lepkoci turbulentnej K(z) nie jest wartoci sta i zmienia si wraz z odlegoci od dna koryta, poszukiwano w teorii turbulencji zwizku, ktry wystarczajco dokadnie opisywaby jego zmienno wraz z gbokoci.

  • Naprenia w przepywach turbulentnychAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodneja po przeksztaceniach:Poniewa K(z) v, gdzie v jest kinematycznym wspczynnikiem lepkoci, zatem pomijajc opory przepywu spowodowane lepkoci otrzymuje si nastpujce wyraenie na naprenia w ruchu turbulentnym:

  • Logarytmiczny rozkad prdkociAkademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inynierii Wodnej

  • Zaleno opisujca zmiany prdkoci na gbokoci A

Search related