HRVATSKE VODE NA INVESTICIJSKOM VALU7 . H R V A T S K A K O N F E R E N C I J A O V O D A M A

OPATIJA 30. SVIBNJA - 1. LIPNJA 2019.

R 2.30.

UTJECAJ OBLIKA USMJERIVAČA TOKA NA POLJEBRZINE U DOVODNOM KANALU

Antonija Cikojević, Gordon Gilja, Eva Ocvirk, Neven Kuspilić

SAŽETAK: Oblikovanje ulaza u hidrotehničke dovodne kanale je izazov s aspekta osigu-ranja hidrauličke učinkovitosti samog kanala jer je njegov smještaj u prostoru najčešće uvjetovan vanjskim čimbenicima i raspoloživim prostorom. Postizanje ravnomjerne ra-spodjele brzine toka u dovodnom kanalu moguće je ostvariti izvedbom masivnog zida koji usmjerava tok na njegovom ulazu. U ovom radu analiziran je utjecaj oblika usmjerivača toka na polje brzine u hidrotehničkom dovodnom kanalu za tri različite geometrije. Cilj ovog rada je odrediti utjecaj usmjerivača toka na raspored polja brzine toka i gubitke u dovodnom kanalu pri karakterističnim hidrološkim događajima. Učinkovitost pojedi-nog rješenja ocijenjena je usporedbom s geometrijom ulaza bez izvedbe usmjerivača na temelju rezultata 2D numeričkog modela tečenja: brzine toka, dubine toka i hidrauličkih gubitaka. Na temelju analize je zaključeno da izvedba usmjerivača toka potencijalno može doprinijeti povećanju protočnosti kanala, kao i uspostavi jednolikog polja brzine.KLJUČNE RIJEČI: Usmjerivač toka, dovodni kanal, raspored polja brzine, hidraulički gubici

INFLUENCE OF THE DEFLECTION WALL ON VELOCITYDISTRIBUTION IN THE INTAKE CHANNEL

ABSTRACT: Designing the entrance into a hydrotechnical intake channel presents a chal-lenge with regard to the manner in which a desired hydraulic efficiency of the channel can be achieve when its spatial placement is generally limited by external factors and avail-able space. A uniform velocity field distribution in the intake channel can be achieved by the execution of a massive deflection wall to streamline the flow at the channel entrance. This paper analyses the impact of the shape of a deflection wall on the velocity distribu-tion in the intake channel for three different geometries. The aim of the paper is to deter-mine the impact of the deflection wall on the velocity distribution and hydraulic losses in the intake channel under characteristic hydrological boundary conditions. Hydraulic efficiency of each alternative was evaluated using a 2D numerical model of flow: flow velocity, flow depth and hydraulic losses. Based on the analysis, it was concluded that execution of a deflection wall has the potential to improve the hydraulic efficiency of a channel and establish a uniform velocity distribution.

892 Antonija Cikojević, Gordon Gilja, Eva Ocvirk, Neven Kuspilić

KEYWORDS: deflection wall, intake channel, velocity distribution, hydraulic losses

1. UVODDimenzioniranje hidrotehničkih građevina uz osiguranje projektom zahtijevane protočnosti unutar raspoloživog prostora često predstavlja izazov u inženjerskoj praksi. Oblikovanje ulaza u hidrotehničke dovodne kanale je izazov s aspekta osiguranja hidrauličke učinkovitosti samog kanala jer na njegov smještaj u prostoru, kao i na duljinu, mogu uvelike utjecati vanjski čimbenici i namjena zemljišta. Stoga je potrebno na relativno kratkim dionicama osigurati uspostavu ravnomjernog rasporeda polja brzine toka prema zahvatu uz postizanje maksimalne protočnosti, tj. minimizaciju gubitaka. Jedno od mogućih rješenja je izvedba usmjerivača toka na ulazu u dovodni kanal. Uloga usmjerivača toka je smanjiti vrtloženje (Gogus i drugi, 2016) i ujednačiti polje brzine. Jedno od prvih istraživanja usmjerivača toka provedeno je na hidrauličkom institutu Sveučilišta u Iowi gdje analizirana učinkovitost regulacije toka rijeke u zavoju izvedbom potopljenih lopatica (engl. submerged vanes) (Odgaard i drugi, 1983). Neka istraživanja koristila su sličnu građevinu koju su nazvali usmjeravajuće pero (engl. deviation groyne) čija je uloga promijeniti strujnu sliku preusmjeravanjem toka prema ribljem odmorištu (Ribi i drugi, 2014). Povećanje hidrauličke učinkovitosti dovodnog kanala posljedica je smanjenja ukupnih gubitaka u kanalu koje se povijesno ostvarivalo izvedbom prepreke (engl. obstacle) ispred ulazne građevine koja je navodila tok pod odgovarajućim kutom na turbinu (Gabl i drugi, 2018).U ovom radu analiziran je utjecaj oblika usmjerivača toka na polje brzine u hidrotehničkom dovodnom kanalu. Motivacija istraživanja je analiza smanjenja gubitaka u dovodnom kanalu male hidroelektrane kod kojeg nepotreban hidraulički gubitak zbog lošeg oblikovanja rezultira značajnim smanjenjem proizvodnje električne energije. Ovi gubici naročito dolaze do izražaja kod složene hidrološko - hidrauličke situacije kao što je zahvat na ušću dva vodotoka. Na ušću vodotoka se, osim utjecaja samog zahvata, mora uzeti u obzir i složeno polje tečenja kao rezultat interakcije tokova obiju pritoka. Iz tog razloga fokus ovog istraživanja je generički slučaj zahvata vode u dovodni kanal male hidroelektrane na samom ušću dvaju vodotoka. Cilj ovog rada je odrediti utjecaj usmjerivača toka na raspored polja brzine toka i gubitke u dovodnom kanalu korištenjem 2D numeričkih simulacija. Za analizu su korištene tri varijante geometrije usmjerivača toka, pri čemu je učinkovitost svake pojedine varijante procijenjena usporedbom s geometrijom ulaza bez izvedbe usmjerivača. Rezultati numeričkog modela varijantnih rješenja s usmjerivačem toka uspoređeni su s varijantom dovodnog kanala bez njega preko karakterističnih vrijednosti brzine toka, dubine toka i hidrauličkih gubitaka.

2. METODOLOGIJAKao primjer za analizu odabran je zahvat na ušću dvaju vodotoka koji imaju sličan režim voda. Nizvodna dionica vodotoka odvojena je od ušća pragom kojim se omogućuje zahvat cjelokupnog volumena vode sve dok je vodostaj niži od njegove krune. U trenutku kada vodostaj nadvisi kotu krune praga dotok s uzvodne dionice se dijeli na tok kroz dovodni kanal i prelijevanje preko praga te se potencijalno smanjuje protočnost dovodnog kanala.

893HRVATSKE VODE U ZAŠTITI OKOLIŠA I PRIRODE

Definirani plan numeričkih simulacija usmjeren je ka optimizaciji oblika i položaja usmjerivača toka u svrhu postizanja tražene protočnosti dovodnog kanala pri rasponu hidroloških događaja koji obuhvaćaju situacije kada sav protok prolazi dovodnim kanalom te situacije u kojima se aktivira prelijevanje preko praga. Na temelju jednodimenzionalnog hidrauličkog proračuna za karakteristični hidrološki događaj provedena je kalibracija modela. Kalibracija je provedena usporedbom izračunatih i snimljenih vodostaja na dvije uzvodne vodomjerne postaje i jednoj nizvodnoj. Uzvodne vodomjerne postaje udaljene su na gornjem vodotoku 6,6 km od ušća, na donjem 19,6 km, dok je nizvodna vodomjerna postaja 8 km dalje od ušća. Njome je određen Manningov koeficijent i koeficijent prelijevanja preko pragova na modeliranoj riječnoj dionici. Iz rezultata jednodimenzionalnog modela tečenja dobiveni su rubni uvjeti koji će služiti kao ulazni podatak za dvodimenzionalni hidraulički proračun. Osnovni karakteristični hidrološki događaj predstavlja dotok iz jednog vodotoka Q = 30 m3/s, a drugog Q = 35 m3/s što u dovodnom kanalu predstavlja sumarnih Qi = 65 m3/s i pri čemu je vodostaj jednak koti krune praga. Ovaj karakteristični hidrološki događaj predstavlja sličan instalirani protok onome nedavno izgrađenih malih hidroelektrana u Hrvatskoj (Gilja i drugi, 2013; Građevinski fakultet, 2012; Ocvirk i drugi, 2015). Za ostale simulirane hidrološke događaje odabrani su dotoci s uzvodnog sliva veći od karakterističnih (iz jednog vodotoka Q = 32 m3/s i drugog Q = 37 m3/s, ukupno >Qi = 69 m3/s) pri čemu dolazi do odijeljivanja protoka kroz dovodni kanal i prelijevanja preko praga. U trenutku kada se model stacionira i dalje prolazi QUK = 65 m3/s kroz dovodni kanal no dodatnih 4 m3/s se prelijeva preko praga. Događaj >Qi služi za procjenu učinkovitosti doprinosa usmjerivača toka u uvjetima kada vodotokom dolazi protok veći od instaliranog te je potrebno zadržati maksimalnu učinkovitost dovodnog kanala, što podrazumijeva svođenje gubitaka na minimum.

2.1 Oblik i položaj usmjerivača tokaZa numeričke simulacije uspostavljene su četiri varijante modela koje imaju jednaku geometriju ušća i kanala, a mijenjao se oblik i položaj usmjerivača toka u koritu. Kota krune usmjerivača zadržala se konstantnom i višom od krune praga. Uzevši u obzir da usmjerivač toka remeti lokalno polje tečenja, prvo je provedena numerička simulacija varijante VAR_0 čiji je ulaz u dovodni kanal izveden bez usmjerivača toka. Svrha uspostavljanja varijante VAR_0 je kako bi se doprinos usmjerivača toka mogao usporediti s njegovim. U ostale tri varijante izveden je usmjerivač toka duljine 29 m, a međusobno se razlikuju jedino prema njegovom položaju. U varijanti VAR_1 usmjerivač toka se u potpunosti nalazi izvan dovodnog kanala, a položen je na simetrali kuta koji zatvaraju osi dvaju vodotoka. Os usmjerivača toka u varijanti VAR_2 postavljena je na istom pravcu kao i u varijanti VAR_1, ali je u odnosu na nju primaknut ulazu u dovodni kanal. U varijanti VAR_3 usmjerivač toka je potpuno uvučen u dovodni kanal i postavljen je paralelno sa zidovima dovodnog kanala. Položaj usmjerivača u svim varijantama se odabirao tako da je pozicioniran što bliže osi dovodnog kanala odnosno da po širini dijeli dovodni kanal na dva podjednaka dijela kako ne bi došlo do nepovoljnih hidrauličkih uvjeta (Le i drugi, 2018). U svrhu preglednije analize rezultata određene su tri točke u kojima će se promatrati rezultati. Referentna točka u koritu (točka 1) nalazi se u koritu ispred dovodnog kanala, točka 2 nalazi se na samom ulazu u dovodni kanal i točka 3 na

894 Antonija Cikojević, Gordon Gilja, Eva Ocvirk, Neven Kuspilić

izlazu iz dovodnog kanala (Slika 1).U ovako projektiranom kanalu dolazi do pojave lokalnih i linijskih hidrauličkih gubitaka. Lokalni gubitak predstavlja prijelaz iz prirodnog korita u umjetni dovodni kanal pri čemu dolazi do nagle promjene geometrije na ulazu u kanal, ubrzanja toka i posljedično lokalnog gubitka energije. Povećani linijski gubici u kanalu u usporedbi s prirodnim koritom posljedica su povećane brzine tečenja u dovodnom kanalu uzrokovanih zahvatom vode. Optimalni oblik usmjerivača toka u kontekstu ovog rada je onaj kojim se postižu najmanji lokalni i linijski gubici te najveće protočnosti dovodnog kanala u trenutcima kada je dotok veći od karakterističnog te dolazi do prelijevanja preko praga. Podaci za kvantifikaciju navedenih parametara direktan su rezultat proračuna numeričkim modelom.

Slika 1. Prikaz konfiguracije dna terena i referentnih točakas kojih će se očitavati rezultati

3. REZULTATI 2D numerički model definiran je za karakteristični hidrološki režim pri punom kapacitetu dovodnog kanala, stoga je protok u jednom vodotoku 35 m3/s, a u drugom 30 m3/s, dok je vodostaj na izlazu iz modela (u kanalu) 109 m n. m. Ovisno o geometriji pojedinog varijantnog rješenja na domeni modela se realizira pripadno polje brzine i vodostaja s karakterističnim obilježjima. U nastavku (Slika 2) su prikazani rezultati numeričkog modela za karakteristični hidrološki događaj (Qi = 65 m3/s) preko polja vodostaja. Razlike u vodostajima na domeni modela posljedica su lokalnih i linijskih gubitaka, a promatrane su usporedbom rezultata na tri prethodno opisane karakteristične točke. Razlika vodostaja između točaka 1 i 2 predstavlja primarno lokalne gubitke na ulazu u dovodni kanal, dok razlike u vodostajima između točaka 2 i 3 predstavljaju primarno linijske gubitke duž dovodnog kanala. Razlika vodostaja između točaka 1 i 3 predstavlja ukupne gubitke u promatranom sustavu, s tim da je vodostaj na lokaciji točke 1 isti za sve varijante tj. predstavlja vodostaj dovoljno daleko od zahvata na koji ne utječu predložene varijante

895HRVATSKE VODE U ZAŠTITI OKOLIŠA I PRIRODE

usmjerivača toka. Promatrajući početak dovodnog kanala, primjećuje se da je najviši vodostaj realiziran za varijantu VAR_3 (109,10 m n. m.) dok za ostale varijante vodostaj na ulazu u kanal iznosi 109,00 m n. m. U varijanti VAR_3 usmjerivač toka se u potpunosti nalazi unutar dovodnog kanala i na taj način smanjuje protočnu površinu kanala te posljedično stvara uspor. Vidljivo je da između varijanti VAR_1 i VAR_2 nema značajne razlike u polju vodostaja, tj. da položaj usmjerivača rezultira zanemarivom razlikom u vodostaju.

5

Slika 2. Raspored polja vodostaja za karakteristični hidrološki događaj Qi

Detaljan prikaz gubitaka prikazan je u tablici u nastavku (Tablica 1). Najveći lokalni gubitak na ulazu u kanal ostvaruje se u varijanti VAR_1 čiji je usmjerivač na samom ulazu u dovodni kanal, dok su za ostale 3 varijante lokalni gubici jednaki. Najveći linijski gubici duž kanala manifestirali su se u varijanti VAR_2 čiji je usmjerivač toka smješten na relativno velikoj udaljenosti izvan dovodnog kanala, dok su najmanji za VAR_1. Za ostale varijante su linijski gubici jednaki. Ukupno gledajući gubitke od referentne točke u koritu izvan dovodnog kanala do njegovog izlaza (1-3) najveći zbrojeni lokalni i linijski gubici za protok Qi ostvaruju se za varijante VAR_1 i VAR_2 (5 cm), dok su za varijante VAR_0 i VAR_3 zanemarivo manji (4 cm) (Tablica 1).

Ako se promatraju gubici pri protoku >Qi, vidljiv je drugačiji trend od onog pri protoku Qi. Najmanji lokalni gubici se javljaju za VAR_0, dok su za sve ostale varijante veći i međusobno jednaki. Linijski gubici pokazuju suprotan trend, najveći su za VAR_0, dok su za sve ostale varijante manji i jednaki. Rezultantni ukupni gubici su najmanji pri varijanti VAR_0 (3 cm), dok su za ostale varijante jednaki i zanemarivo veći (4 cm).

Analiza gubitaka je pokazala da se gubici između pojedinih varijanti ne razlikuju značajno, tj. da se doprinos usmjerivača toka na gubitke u sustavu ne može nedvojbeno potvrditi ili odbaciti. Budući da analizom gubitaka nije jednoznačno moguće odrediti najpovoljnije rješenje, potrebno je analizirati polje brzine kao dodatni kriterij. Poželjno je ostvariti jednoliko tečenje u dovodnom kanalu kako bi se osigurao jednolik tok i na taj način olakšalo njegovo korištenje.

Raspored polja brzine za karakteristični protok Qi prikazan je na grafici u nastavku (Slika 3) za sva varijantna rješenja. Vidljivo je da, kao i kod polja vodostaja, nema značajnijih razlika na cjelokupnoj domeni modela. Polje brzine u dovodnom kanalu nizvodno od usmjerivača toka je jednoliko u svim varijantama. Za varijantu VAR_0 dominantan tok dolazi s lijeve obale te se posljedično i lokalno najveće brzine javljaju uz nju. Iz desnog pritoka su brzine manje i do 0,2 m/s. Izgradnjom usmjerivača u VAR_1 uočava se koncentracija toka s lijeve pritoke uz nizvodni rub usmjerivača, a smanjenje brzine uz lijeve obale.

Slika 2. Raspored polja vodostaja za karakteristični hidrološki događaj Qi

Detaljan prikaz gubitaka prikazan je u tablici u nastavku (Tablica 1). Najveći lokalni gubitak na ulazu u kanal ostvaruje se u varijanti VAR_1 čiji je usmjerivač na samom ulazu u dovodni kanal, dok su za ostale 3 varijante lokalni gubici jednaki. Najveći linijski gubici duž kanala manifestirali su se u varijanti VAR_2 čiji je usmjerivač toka smješten na relativno velikoj udaljenosti izvan dovodnog kanala, dok su najmanji za VAR_1. Za ostale varijante su linijski gubici jednaki. Ukupno gledajući gubitke od referentne točke u koritu izvan dovodnog kanala do njegovog izlaza (1-3) najveći zbrojeni lokalni i linijski gubici za protok Qi ostvaruju se za varijante VAR_1 i VAR_2 (5 cm), dok su za varijante VAR_0 i VAR_3 zanemarivo manji (4 cm) (Tablica 1).Ako se promatraju gubici pri protoku >Qi, vidljiv je drugačiji trend od onog pri protoku Qi. Najmanji lokalni gubici se javljaju za VAR_0, dok su za sve ostale varijante veći i međusobno jednaki. Linijski gubici pokazuju suprotan trend, najveći su za VAR_0, dok su za sve ostale varijante manji i jednaki. Rezultantni ukupni gubici su najmanji pri varijanti VAR_0 (3 cm), dok su za ostale varijante jednaki i zanemarivo veći (4 cm). Analiza gubitaka je pokazala da se gubici između pojedinih varijanti ne razlikuju značajno, tj. da se doprinos usmjerivača toka na gubitke u sustavu ne može nedvojbeno potvrditi ili odbaciti. Budući da analizom gubitaka nije jednoznačno moguće odrediti najpovoljnije rješenje, potrebno je analizirati polje brzine kao dodatni kriterij. Poželjno je ostvariti jednoliko tečenje u dovodnom kanalu kako bi se osigurao jednolik tok i na taj

896 Antonija Cikojević, Gordon Gilja, Eva Ocvirk, Neven Kuspilić

način olakšalo njegovo korištenje.Raspored polja brzine za karakteristični protok Qi prikazan je na grafici u nastavku (Slika 3) za sva varijantna rješenja. Vidljivo je da, kao i kod polja vodostaja, nema značajnijih razlika na cjelokupnoj domeni modela. Polje brzine u dovodnom kanalu nizvodno od usmjerivača toka je jednoliko u svim varijantama. Za varijantu VAR_0 dominantan tok dolazi s lijeve obale te se posljedično i lokalno najveće brzine javljaju uz nju. Iz desnog pritoka su brzine manje i do 0,2 m/s. Izgradnjom usmjerivača u VAR_1 uočava se koncentracija toka s lijeve pritoke uz nizvodni rub usmjerivača, a smanjenje brzine uz lijeve obale.

Tablica 1. Hidraulički gubici za sve varijante ovisno o različitom hidrološkom događaju i razlike gubitaka svih varijanti u odnosu na varijantu bez usmjerivača.

6

Tablica 1. Hidraulički gubici za sve varijante ovisno o različitom hidrološkom događaju i razlike gubitaka svih varijanti u odnosu na varijantu bez usmjerivača

Gubici [cm] VAR_0 VAR_1 VAR_2 VAR_3

1-2 Qi 2 4 2 2 >Qi 1 3 3 3

2-3 Qi 2 1 3 2 >Qi 2 1 1 1

1-3 Qi 4 5 5 4 >Qi 3 4 4 4

Razlike u odnosu na VAR_0 [cm] VAR_0 VAR_0 VAR_0 VAR_0

1-2 Qi / 2 0 0 >Qi / 2 2 2

2-3 Qi / -1 1 0 >Qi / -1 -1 -1

1-3 Qi / 1 1 0 >Qi / 1 1 1

Slika 3. Raspored polja brzina za karakteristični hidrološki događaj Qi

Uočava se i povećanje brzine toka u desnom pritoku uzvodno od usmjerivača. Za VAR_2 je vidljivo da se položaj usmjerivača poklapa s rubom korita lijevog pritoka te stoga ne ograničava značajno njegov tok. Također se položaj usmjerivača nalazi van korita desnog pritoka te iz istog razloga ne utječe na raspored polja brzine u njemu. Za VAR_3 vidljivo je da stvaranje uspora utječe samo na lokalni raspored polja brzine oko usmjerivača. Promatra li se polje brzine oko usmjerivača toka vidljivo je da dolazi do lokalne neravnomjernosti brzine

6

Tablica 1. Hidraulički gubici za sve varijante ovisno o različitom hidrološkom događaju i razlike gubitaka svih varijanti u odnosu na varijantu bez usmjerivača

Gubici [cm] VAR_0 VAR_1 VAR_2 VAR_3

1-2 Qi 2 4 2 2 >Qi 1 3 3 3

2-3 Qi 2 1 3 2 >Qi 2 1 1 1

1-3 Qi 4 5 5 4 >Qi 3 4 4 4

Razlike u odnosu na VAR_0 [cm] VAR_0 VAR_0 VAR_0 VAR_0

1-2 Qi / 2 0 0 >Qi / 2 2 2

2-3 Qi / -1 1 0 >Qi / -1 -1 -1

1-3 Qi / 1 1 0 >Qi / 1 1 1

Slika 3. Raspored polja brzina za karakteristični hidrološki događaj Qi

Uočava se i povećanje brzine toka u desnom pritoku uzvodno od usmjerivača. Za VAR_2 je vidljivo da se položaj usmjerivača poklapa s rubom korita lijevog pritoka te stoga ne ograničava značajno njegov tok. Također se položaj usmjerivača nalazi van korita desnog pritoka te iz istog razloga ne utječe na raspored polja brzine u njemu. Za VAR_3 vidljivo je da stvaranje uspora utječe samo na lokalni raspored polja brzine oko usmjerivača. Promatra li se polje brzine oko usmjerivača toka vidljivo je da dolazi do lokalne neravnomjernosti brzine

Slika 3. Raspored polja brzina za karakteristični hidrološki događaj Qi

897HRVATSKE VODE U ZAŠTITI OKOLIŠA I PRIRODE

Uočava se i povećanje brzine toka u desnom pritoku uzvodno od usmjerivača. Za VAR_2 je vidljivo da se položaj usmjerivača poklapa s rubom korita lijevog pritoka te stoga ne ograničava značajno njegov tok. Također se položaj usmjerivača nalazi van korita desnog pritoka te iz istog razloga ne utječe na raspored polja brzine u njemu. Za VAR_3 vidljivo je da stvaranje uspora utječe samo na lokalni raspored polja brzine oko usmjerivača. Promatra li se polje brzine oko usmjerivača toka vidljivo je da dolazi do lokalne neravnomjernosti brzine toka, uz njegovu lijevu stijenku dolazi do ubrzanja te povećanja zone većih brzina neposredno na ulazu u kanal. Brzina toka uz desnu stijenku usmjerivača ne mijenja se značajno u odnosu na varijantu VAR_0. Za varijantu VAR_0 s povećanjem protoka na >Qi dolazi do povećanja dubine toka i posljedično neznatnog smanjenja srednje brzine toka po cijeloj domeni osim u dovodnom kanalu (Slika 4). Za varijantu VAR_2 je vidljivo polja brzine vrlo slično onome u VAR_0, i po smjeru i po iznosu. Za varijante VAR_1 i VAR_3 vidljiv je jednak trend promjena kao kod prethodne dvije varijante, s tim da je smanjenje brzine izraženije u lijevom pritoku. Kao i za protok Qi, u varijanti VAR_3 se javlja lokalno najveća brzina toka neposredno uz stijenke usmjerivača toka te lijevu i desnu obalu na ulazu u kanal.

7

toka, uz njegovu lijevu stijenku dolazi do ubrzanja te povećanja zone većih brzina neposredno na ulazu u kanal. Brzina toka uz desnu stijenku usmjerivača ne mijenja se značajno u odnosu na varijantu VAR_0.

Za varijantu VAR_0 s povećanjem protoka na >Qi dolazi do povećanja dubine toka i posljedično neznatnog smanjenja srednje brzine toka po cijeloj domeni osim u dovodnom kanalu (Slika 4). Za varijantu VAR_2 je vidljivo polja brzine vrlo slično onome u VAR_0, i po smjeru i po iznosu. Za varijante VAR_1 i VAR_3 vidljiv je jednak trend promjena kao kod prethodne dvije varijante, s tim da je smanjenje brzine izraženije u lijevom pritoku. Kao i za protok Qi, u varijanti VAR_3 se javlja lokalno najveća brzina toka neposredno uz stijenke usmjerivača toka te lijevu i desnu obalu na ulazu u kanal.

Slika 4. Raspored polja brzina za hidrološki događaj veći od karakterističnog >Qi

Iako su identificirani površinski poremećaji u polju brzine lokalnog karaktera te se nizvodno ne prenose, oni predstavljaju potencijalan izvor hidrauličkih gubitaka. Polje brzine toka usrednjeno po dubini potencijalno skriva nejednolikost unutar samog vodnog stupca koje bi mogle dodatno utjecati na hidrauličku učinkovitost kanala. Nameće se pitanje da li polje brzine u dubljim slojevima dovodnog kanala prati trend brzine usrednjene po dubini i koliko je odstupanje profila brzine od njegove srednje vrijednosti.

Može se zaključiti da rezultati polja brzine usrednjenog po dubini ne odražavaju stvarni doprinos usmjerivača toka u odnosu na varijantu bez njegove izvedbe. S obzirom da se dvodimenzionalna analiza pokazala nedovoljno detaljnom za donošenje zaključaka o doprinosu usmjerivača toka, potencijalno istraživanje na detaljnijem, trodimenzionalnom, modelu tečenja koristilo bi za ocjenu raspodjele brzine toka po dubini toka.

Slika 4. Raspored polja brzina za hidrološki događaj veći od karakterističnog >Qi

Iako su identificirani površinski poremećaji u polju brzine lokalnog karaktera te se nizvodno ne prenose, oni predstavljaju potencijalan izvor hidrauličkih gubitaka. Polje brzine toka usrednjeno po dubini potencijalno skriva nejednolikost unutar samog vodnog stupca koje bi mogle dodatno utjecati na hidrauličku učinkovitost kanala. Nameće se pitanje da li polje brzine u dubljim slojevima dovodnog kanala prati trend brzine usrednjene po dubini i koliko je odstupanje profila brzine od njegove srednje vrijednosti.Može se zaključiti da rezultati polja brzine usrednjenog po dubini ne odražavaju stvarni doprinos usmjerivača toka u odnosu na varijantu bez njegove izvedbe. S obzirom da se dvodimenzionalna analiza pokazala nedovoljno detaljnom za donošenje zaključaka o doprinosu usmjerivača toka, potencijalno istraživanje na detaljnijem, trodimenzionalnom, modelu tečenja koristilo bi za ocjenu raspodjele brzine toka po dubini toka.

898 Antonija Cikojević, Gordon Gilja, Eva Ocvirk, Neven Kuspilić

ZAKLJUČAKU ovom redu prikazana je kvalitativna analiza doprinosa izvedbe usmjerivača toka na raspored polja brzine u hidrotehničkom kanalu za tri različite izvedbe. Rezultati numeričkog modela varijantnih rješenja u usporedbi s varijantom dovodnog kanala bez usmjerivača pokazuju njegov mjerljiv utjecaj na lokalne i linijske gubitke, kao i na lokalno polje brzine. Analizom je potvrđeno da izvedba usmjerivača toka ne doprinosi značajno smanjenju hidrauličkih gubitaka i povećanju protočnosti kanala, ali i da je dvodimenzionalna analiza nedovoljno detaljna za donošenje zaključaka o doprinosu usmjerivača toka na profil brzine po dubini kanala. Stoga je potrebno analize hidrotehničkih kanala u svrhu njihovog hidrauličkog oblikovanja provoditi korištenjem trodimenzionalnog numeričkog modela kojim će se dobiti detaljniji uvid u strujnu sliku po cijelom poprečnom profilu.

LITERATURA[1] Gabl, R., Innerhofer, D., Achleitner, S., Righetti, M. & Aufleger, M., (2018): Evalu-

ation criteria for velocity distributions in front of bulb hydro turbines, Renewable Energy, 121 745-756

[2] Gilja, G., Ocvirk, E. & Beraković, B., (2013): Hydrological analysis of flow varia-tions on SHPP site, 13th International Symposium on Water Management and Hy-draulic Engineering (A. Šoltész, Š. Stanko & I. Škultétyová), Slovak University of Technology in Bratislava, 121-128

[3] Gogus, M., Altan-Sakarya, A.B. & Koken, M., (2016): Experimental Investigation of the Anti-Vortex Devices of Beyhan 1 Dam and Hydroelectric Power Plant Water Intake Structure, Procedia Engineering, 161 881-886

[4] Građevinski fakultet, S.u.Z., (2012): Glavni projekt MHE Ilovac na r. Kupi, Tekonet d. o. o., Zagreb

[5] Le, T.B., Crosato, A., Mosselman, E. & Uijttewaal, W.S.J., (2018): On the stability of river bifurcations created by longitudinal training walls. Numerical investiga-tion, Advances in Water Resources, 113 112-125

[6] Ocvirk, E., Gilja, G. & Berbić, J., (2015): Analysis of SHPP Brodarci influence on production of HPP Ozalj, 14th International Symposium on Water Management and Hydraulic Engineering (J. Říha, T. Julínek & K. Adam), Institute of Water Struc-tures, FCE, BUT, 479-486

[7] Odgaard, A.J. & Kennedy, J.F., (1983): RIVER-BEND BANK PROTECTION BY SUBMERGED VANES, Journal of Hydraulic Engineering-Asce, 109 (8), 1161-1173

[8] Ribi, J.M., Boillat, J.L., Peter, A. & Schleiss, A.J., (2014): Attractiveness of a lateral shelter in a channel as a refuge for juvenile brown trout during hydropeaking, Aquatic Sciences, 76 (4), 527-541

899HRVATSKE VODE U ZAŠTITI OKOLIŠA I PRIRODE

AUTORIAntonija Cikojević, mag. ing. aedif. a

doc. dr. sc. Gordon Gilja, dipl. ing. građ. b

izv. prof. dr. sc. Eva Ocvirk, dipl. ing. građ., dipl. ing. mat. c

prof. dr. sc. Neven Kuspilić, dipl. ing. građ. d

a Sveučilište u Zagrebu Građevinski fakultet, Fra Andrije Kačića-Miošića 26, Zagreb, 10000, Republika Hrvatska, acikojevic@grad.hr

b Sveučilište u Zagrebu Građevinski fakultet, Fra Andrije Kačića-Miošića 26, Zagreb, 10000, Republika Hrvatska, ggilja@grad.hr

c Sveučilište u Zagrebu Građevinski fakultet, Fra Andrije Kačića-Miošića 26, Zagreb, 10000, Republika Hrvatska, ocvirk@grad.hr

d Sveučilište u Zagrebu Građevinski fakultet, Fra Andrije Kačića-Miošića 26, Zagreb, 10000, Republika Hrvatska, kuspa@grad.hr