1 Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii Wodnej WARUNKI KSZTAŁTUJĄCE CHARAKTER RUCHU MATERIAŁU DENNEGO W RZEKACH I POTOKACH GÓRSKICH

2 Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii Wodnej Wzajemne oddziaływanie strumienia wody i koryta rzecznego w rzekach i potokach górskich

3 Początek ruchu rumowiska dennegoAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Początek ruchu rumowiska dennego Określenie parametrów hydraulicznych początku ruchu w pomiarach radioznacznikowych rumowiska pozwoliło na wyznaczenie bezwymiarowych naprężeń krytycznych danej frakcji zgodnie ze wzorem:

4 Początek ruchu rumowiska dennegoAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Początek ruchu rumowiska dennego Wzór pozwalający na obliczenie bezwymiarowych naprężeń krytycznych fi dla rumowiska wielofrakcyjnego oblicza się wg wzoru określającego efekt klinowania za Wangiem:

5 Początek ruchu rumowiska dennegoAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Początek ruchu rumowiska dennego Uzależniając wartość fi od di/dm otrzymujemy różne wartości naprężeń Shields’a: : di/dm ≤ 0.6 di/dm > 0.6

6 Początek ruchu rumowiska dennegoAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Początek ruchu rumowiska dennego Diagram Shields`a

7 Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii WodnejOpory przepływu Opory w korytach i ciekach naturalnych możemy podzielić na opory przepływu dotyczące: - dna płaskiego bez ruchu rumowiska (sztywnego), - dna płaskiego z ruchem rumowiska, - koryt z dnem rozmywanym (formy denne)

8 Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii WodnejOpory przepływu Równanie dla przepływu burzliwego z pełnym wpływem szorstkości dna i dla dna bez ruchu rumowiska: Za Grafem [1981,1989] w postaci ogólnej możemy zapisać następująco:

9 Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii WodnejOpory przepływu Wielkość oporów dla początku ruchu rumowiska wleczonego : Bezwymiarowy parametr intensywności transportu Einsteina:

10 Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii WodnejOpory przepływu Wielkość naprężeń ścinających gr wyznaczono z pomiaru początku ruchu na Targaniczance, Wisłoce, Dunajcu i Rabie: dla n > 0,46 dla n < 0,046

11 Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii WodnejOpory przepływu Określenie parametru intensywności transportu pozwoliło to na obliczenie szorstkości n dla dna ruchomego:

12 Współczynnik klinowania się ziarenAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Współczynnik klinowania się ziaren Wartość zmiennych naprężeń krytycznych może być określona w sposób ogólny z następującego wzoru:

13 Współczynnik klinowania się ziarenAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Współczynnik klinowania się ziaren Poszczególni badacze podali następujące wzory: Wang dla di/dm < 0,4 dla di/dm > 0,4 Egiazaroff Diplas Andrews

14 Współczynnik klinowania się ziarenAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Współczynnik klinowania się ziaren Poszczególni badacze podali następujące wzory: Parker (Dunajec,Wisłoka) Michalik Suzuki di/dm<0,6 Bartnik (potoki Podkarpacia) di/dm>0,6

15 Graniczna liczba Froude`aAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Graniczna liczba Froude`a Dla prawobrzeżnych dopływów Górnej Wisły wzór na graniczną wartość liczby Froude'a został określony z warunku równowagi pomiędzy ruchem a spoczynkiem w korycie cieku : W badaniach warunków granicznych pomiędzy ruchem a spoczynkiem w korytach potoków i rzek górskich będzie to wartość graniczna, do której zmierza wartość liczby Froude`a:

16 Graniczna liczba Froude`aAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Graniczna liczba Froude`a Pierwszy człon równania jest parametrem Shieldsa dla v*gr, a drugi współczynnikiem prędkośći Chezy'go proporcjonalnym do (h/d)1/6. Potwierdzenie tej proporcjonalności uzyskano w badania terenowych: dla materiału gruboziarnistego: gdzie z wynosi od 1,03 do 1,51 dla materiału drobnoziarnistego (drobne piaski):

17 Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii WodnejPrędkość graniczna Prędkość graniczną określono w oparciu o liczbę ruchliwości Mn, na podstawie badań początku ruchu, można ją określić z formuły: Ze względu na łatwiejsze wchodzenie do transportu ziarn o średnicy di > dm prędkość graniczną obliczymy: dla materiału gruboziarnistego: dla materiału drobnoziarnistego (drobne piaski):

18 Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii WodnejPrędkość graniczna Z zebranych materiałów badawczych dla rumowiska jednorodnego (dla odchylenia standardowego krzywej przesiewu σ<1,3) Neill wyprowadził równanie prędkości granicznej:

19 Wpływ kształtu ziaren na początek ruchu rumowiskaAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Wpływ kształtu ziaren na początek ruchu rumowiska Jeżeli przyjąć, że prędkość opadania ziaren w i prędkość graniczna vgr są sobie równe :

20 Wpływ kształtu ziaren na początek ruchu rumowiskaAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Wpływ kształtu ziaren na początek ruchu rumowiska Po przekształceniach otrzymujemy wzór na naprężenia bezwymiarowe zależne od współczynnika oporu ziarna dla różnych jego kształtów:

21 Wpływ kształtu ziaren na początek ruchu rumowiskaAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Wpływ kształtu ziaren na początek ruchu rumowiska kształt ziarna współczynnik oporu Cw h/d fm kulisty elipsoidalny płaski 0,40 0,72 1,50 5,0 10,0 100,0 2,0 15,0 0,077 0,048 0,013* 0,1049* 0,0444* 0,029* 0,023* 0,0154 0,0096 Zależność parametru od współczynnika oporu ziarna *- potwierdzone badaniami

22 Równania reżimu przepływuAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Równania reżimu przepływu Dla rzek równania reżimu przepływu przedstawić można w postaci:

23 Równania reżimu przepływuAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Równania reżimu przepływu na podstawie równania ciągłości przepływu możemy napisać: oraz Stałe mogą być wyznaczone eksperymentalnie:

24 Równania reżimu przepływuAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Równania reżimu przepływu Wzór na prędkość graniczną i liczbę ruchliwości Mn pozwoli na obliczenie równań reżimu przepływu dla potoków i rzek Podkarpacia:

25 Prognoza obrukowania dnaAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Prognoza obrukowania dna Tworzenie się opancerzenia dna jest możliwe w przypadku materiału wielofrakcyjnego. Gessler ustalił, że prawdopodobieństwo pozostania ziarna na dnie zależy od względnych naprężeń granicznych: Prawdopodobieństwo nieruszania się ziarn Gessler opisał funkcją:

26 Prognoza obrukowania dnaAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Prognoza obrukowania dna Jeśli x jest funkcją nadwyżki naprężeń ścinających i dla x = gr/0 można obliczyć prawdopodobieństwo q nieruszenia się ziarna z pokrywy. q = 0,015x3 - 0,01477x2 + 0,4777x + 0,4921 Krzywa uziarnienia pokrywa się z wykresem funkcji:

27 Prognoza obrukowania dnaAkademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Prognoza obrukowania dna Zmiany krzywej uziarnienia

28 Akademia Rolnicza w KrakowieKatedra Inżynierii Wodnej Koniec