4. HIDRAULIKI PRORAUNI 4. HIDRAULIKI PRORAUNI VODOTOKA VODOTOKA

Vrste hidraulikih prorauna vodotoka

prorauni teenja prorauni stabilnosti korita prorauni pronosa nanosa prorauni promjene oblika korita

2

1

4.1 PRORAUNI TEENJA 4.1 PRORAUNI TEENJA

teenje u kanalima teenje u koritu za srednju vodu teenje u koritu za veliku vodu (sloena hrapavost po poprenom profilu)

3

Teenje u prirodnim vodotocima je:neustaljeno (nestacionarno) nejednoliko (ubrzano; usporeno) nekonzervativno turbulentno sa stalnim promjenama reima teenja (mirno u silovito i obratno) trodimenzionalno u neprizmatinim koritima geometrija korita je vremenski promijenjiva hrapavost korita je prostorno i vremenski promijenjiva dvofazno (voda + nanos)4

2

Pojednostavljeni sluajevi prorauna teenja

Teenje u kanalima Teenje u glavnom koritu prirodnog vodotoka Teenje u koritu za veliku vodu

5

4.1.1 Teenje u kanalima 4.1.1 Teenje u kanalimaPretpostavke:

ustaljeno (stacionarno) jednoliko konzervativno turbulentno jednodimenzionalno u prizmatinim koritima hrapavost korita je konstantna jednofazno (voda)6

3

Problem se svodi na odreivanje konsumpcijskih odnosa za:

odabran popreni profil korita (b, 1:m) odabran uzduni pad dna kanala (I) odabranu hrapavost (n / c / k)

7

Ie1: m

I Ik

h

Q=vFIe = I = Ik Chezy

F = h (b + m h )O = b + 2h 1 + m 2

m 1:

b

v =c RIStrickler

R=

F O

v = k R 2 / 3I1 / 2Manning

h

v=

1 2 / 3 1/ 2 R I n

Q

4

4.1.2 Teenje u glavnom koritu 4.1.2 Teenje u glavnom korituPretpostavke: ustaljeno (stacionarno) nejednoliko konzervativno turbulentno jednodimenzionalno u neprizmatinim koritima hrapavost korita je konstantna jednofazno (voda)9

Problem se svodi naodreivanje oblika vodnih lica, pri razliitim protocima, na dionici vodotoka izmeu dva vodomjerna profila za: poznatu geometriju korita (popreni profili i njihov meusoban razmak) poznate konsumpcijske odnose na vodomjernim stanicama

10

5

i+1v i2+1 2g

i

DHg

hi + 1 +

Q hi+1 hi

v i2 2g

v i2+1 v2 = hi + i + Hg 2g 2g

hi +1 = hi +

v i2 v i2+1 + Hg 2g

+/-0,0 DL

Hg = Hlin + Hlok g gHlok = g

v i2 v2 i +1 2g 2g

v=

1 2 / 3 lin 1 / 2 Q R s (Ie ) ; v = n Fs

TIP GEOMETRIJSKE PROMJENE POSTUPAN PRIJELAZ KARAKTERISTIAN MOSTOVSKI PROFIL NAGLI PRIJELAZ

KOEFICIJENT LOKALNOG GUBITKA ENERGIJE x SUENJE vi > vi+1 0,1 0,3 0,6 PROIRENJE vi < vi+1 0,3 0,5 0,8

Hlin = Ilin L = g e

L n Q 2 4 Fs2 R s / 3

Fs =

F Fi + Fi +1 O + Oi +1 ; Os = i ; Rs = s 2 2 Os

VS1 KARAKTERISTIAN PROTOK QK hVS1

h hVS1

i=1

PRETPOSTAVKA np PRETPOSTAVKA hp,i+1hi +1 = hi + v i2 v i2+1 + Hg 2g

VS2

Qk

Q

NE

? hi+1 = hp,i+1 DA

i+1 i i-1

POMAK NA SLIJEDEI PROFIL; i=i+1 NE Zadnji profil? i=N (VS2)

VS1

DA NE Da li je hi = hVS2 ? hVS2=f(Qk) DA SLIJEDEI KARAKTERISTIAN PROTOK QK1

h hVS2Qk

i=N

Q

6

7

4.2 PRORAUNI STABILNOSTI KORITA 4.2 PRORAUNI STABILNOSTI KORITA

Globalna stabilnost korita Lokalna stabilnost korita

15

4.2.1 Pristupi proraunu globalne stabilnosti korita

Doputena posmina napreznja (vuna sila vode) Granina brzina toka

16

8

4.2.1.1 Doputena posmina napreznja (vuna sila vode)

gR I = S

17

ZA IROKA KORITA B h

R=

F Bh Bh =h O B + 2h B

RASPORED POSMINIH NAPREZANJA PO OMOENOM OBODU

Smax = k m g h IS = k g h I max m

d = kd hk m , k , k d = f (m, b / h) m18

9

Doputeno posmino naprezanje tOD

Iz literature Za nevezane materijale iz karakteristika materijala tvorbe dna

19

Tvorba dnaKvarcni pijesak, d = 0,3 - 0,4 mm Kvarcni pijesak, d = 0,4 - 1,0 mm Pjeana glina ( nekoloidna ) Postojani glineni talog ( nekol. ) Aluvijalni mulj ( nekol. ) Kvarcni pijesak, d = 1..2 mm Krupni pijesak vrsto taloeni pijesak i sitan ljunak Zaobljeni kvarcni ljunak d = 5...15 mm Krupni pijesak izmeu povrinskih izbo ljunak izmeu povrinskih izboina Aluvijalni mulj ( koloidan ) Glineno tlo ( vrlo koloidno )

2 t OD ( N/m ) Tvorba dna

2 t OD ( N/m )

1,8 - 2,0 2,5 - 3,0 2,0 2,5 2,5 3,5 - 4,0 6,0 - 10,0 8,0 - 10,0 12,5 10,0 15,0 10,0 - 12,5 10,0 - 12,5

Glineni ljunak ( nekoloidni ) ljunak, d = 15 mm Travnati pokrov ( kratko dje. ) Travnati pokrov ( dulje vrijeme ) vrsto srateni busen Oblue d < 50 mm Oblue d = 50....100 mm Zagraivanje pleterom ( usporedne ili kose na smjer teenja ) Pokrov od plijeve ( kod pokrova dna ) Tarac - prema debljini Svenjevi - otaracani Kameni nabaaj iz velikih komada

15,0 - 20,0 15,0 - 20,0 20,0 - 30,0 15,0 - 18,0 25,0 - 30,0 30,0 - 40,0 30,0 - 40,0 50,0 60,0 70,0 - 200,0 170,0 240,0

20

10

Doputeno posmino naprezanje nevezanih estica (Meyer-Peter Mller)

o = 0,047 (n v ) g ds N / m 2

[

]

21

STABILNO DNO

o > S

o = k sS

k s = 1,2 1,5

0,047 (n v ) g ds = k s k m v g h Ids = k s k m v hI 0,047 (n v )22

11

Doputeno posmino naprezanje na pokosu = n 0 0si na

S G

G

S` R G

n=

S 0 = 0 S

G cos tg = R = G2 sin 2 + S2

G tg = S

n = cos 1

tg2 tg2

23

4.2.1.2 Granina brzina tokaGARBRECHT

v g = 0,57d1 / 3h1 / 2 sSCHAMOV

v g = 0,46d1 / 3h1 / 6 sDEBSKY

v g = 0,693d0,267h0,2 sds , h [m]24

12

PILARCZYK vg dn50 = B k` g m h h cr 1 2,5

B1 JAKA TURBULENCIJA NORMALNA TURBULENCIJA MALA TURBULENCIJA 56 78 8 10

crNEPOKRETNO DNO POETAK NESTABILNOSTI POMICANJE 0,03 0,04 0,0625

m =

n v v

4.2.2 Problemi lokalne stabilnosti korita

Stupovi mostova Nasipi upornjaka mostova Regulacijske graevine Otri zavoji Vjetrovni valovi Valovi generirani prolaskom brodova Poriv vijka brodova26

13

Dubina podlokavanja oko stupa

hse b = C1 Fr 0,43 s h h

0,65

h hse

bs

C1=2,0 kruni popreni presjek C1=2,2 kvadratni i izdueni popreni presjekv gh

Fr =

27

Podlokavanje u zoni poprenih graevina

28

14

Utjecaj otrih zavoja na promjenu veliine posminih naprezanjaGlatko korito

Hrapavo korito

29

Optereenje pokosa vjetrovnim valovima Osnovni valni parametri:valna visina H valni period T valna duljina L

Utjecajni faktori vjetrovnih valova:brzina vjetra (jaina) duljina i oblik privjetrita trajanje vjetra dubina vode

30

15

Veliina zrna obloge za vjetrovne valove

dn50

Hproj 2,25 m

=

tan Hproj L o 1/ 2

m =

s v v31

Optereenje pokosa strujama uzrokovanim plovilima

Pramani val Popreni krmeni val Sekundarni tok vode Struja inducirana brodskim vijkom (poriv)

32

16

33

ub vs

Vs [m/s] Ub [m/s]

0 2,5

1 2,0

2 1,534

17

4.3 PRORAUNI PRONOSA NANOSA 4.3 PRORAUNI PRONOSA NANOSA

pronos vuenog nanosa proraun suspendiranog nanosa

35

4.3.1 Proraun pronosa vuenog nanosa (Meyer-Peter Mler)qv = = v gR I

8 g v

n 3/2 [kg / m / s] ( o ) n v 3/2

Q n nr Q n

o = 0,047 (n v ) g ds N / m 2

[

]

Qn protok dijelom korita kojim se pronosi nanos Q ukupan protok vode n Manningov koeficijent hrapavosti nr Manningov koeficijent hrapavosti povrine dna (bez utjecaja hrapavosti forme dna)

S v = qv b v

bv irina pojasa korita kojim se pronosi nanos36

18

4.3.2 Proraun pronosa suspendiranog nanosaS l = Cl QCl masena koncentracija nanosa [kg/m3] v3 Cl = R w

h parametar koji ovisi o turbulentnim znaajkama toka (cca 0,024 kg s2/m4) v brzina toka vode [m/s] R hidrauliki radijus [m]

w srednja hidraulika krupnoa [m/s]37

19