Temat: Ocena wybranych metod pomiaru parametrów rumowiska wleczonego wykonał: inż. Grzegorz Zawadzki.

Slides:



Advertisements
Podobne prezentacje
XII Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Nowe Technologie i Osiągnięcia w Metalurgii i Inżynierii Materiałowej” BADANIA WPŁYWU INTENSYWNOŚCI PODGRZEWANIA.
Advertisements

Analiza współzależności zjawisk
Pochodna Pochodna  funkcji y = f(x)  określona jest jako granica stosunku przyrostu wartości funkcji y do odpowiadającego mu przyrostu zmiennej niezależnej.
2. Grunty Budowlane – Charakterystyka Geotechniczna
Badania operacyjne. Wykład 1
DYNAMIKA WÓD PODZIEMNYCH
HYDROGEOLOGIA OGÓLNA OCHRONA WÓD PODZIEMNYCH Wykład nr 1
Opływ ciała przez ciecze i gazy
BIOSTATYSTYKA I METODY DOKUMENTACJI
Analiza korelacji.
Wpływ roślinności na warunki przepływu wody w międzywalu
Niepewności przypadkowe
ALGORYTMY STEROWANIA KILKOMA RUCHOMYMI WZBUDNIKAMI W NAGRZEWANIU INDUKCYJNYM OBRACAJĄCEGO SIĘ WALCA Piotr URBANEK, Andrzej FRĄCZYK, Jacek KUCHARSKI.
OPORNOŚĆ HYDRAULICZNA, CHARAKTERYSTYKA PRZEPŁYWU
Metody Symulacyjne w Telekomunikacji (MEST) Wykład 6/7: Analiza statystyczna wyników symulacyjnych  Dr inż. Halina Tarasiuk
Średnie i miary zmienności
Opracowanie wyników pomiarów
metody mierzenia powierzchni ziemi
Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Inżynierii Wodnej
BADANIA WPŁYWU PARAMETRÓW PRACY PIECA NA SZYBKOŚĆ PROCESU NAGRZEWANIA
Konstrukcja, estymacja parametrów
Przepływ przez przelewy materiał dydaktyczny – wersja 1
Seminarium 2 Krzywe kalibracyjne – rodzaje, wyznaczanie, obliczanie wyników Równanie regresji liniowej Współczynnik korelacji.
MODELOWANIE I ANALIZA PROCESÓW MIKROSKRAWANIA I MIKROSZLIFOWANIA
MECHANIKA PŁYNÓW Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Wykład III Sygnały elektryczne i ich klasyfikacja
Ocena stabilności potoku Krużlowianka po wybudowaniu gabionów
Akademia Rolnicza w Krakowie
Akademia Rolnicza w Krakowie
Warunki przepływu wód katastrofalnych w dolinie potoku Targaniczanka
USTALANIE NORM WYDAJNOSCI PRACOWNIKÓW
Na podstawie referatu K.Kulesza i in.
Elementy Rachunku Prawdopodobieństwa i Statystyki
Edgar OSTROWSKI, Jan KĘDZIERSKI
Elementy Rachunku Prawdopodobieństwa i Statystyki
Zabudowa techniczna potoku górskiego
Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowości koryt rzecznych
Wpływ roślinności na opory przepływu
dr inż. Małgorzata Bogucka-Szymalska
Drgania punktu materialnego
Skład granulometryczny
Proces deformacji koryta potoku górskiego
Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowości koryt rzecznych
Wojciech Bartnik Andrzej Strużyński
Erozja i transport rumowiska unoszonego
Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski.
Wnioskowanie statystyczne
Analiza możliwości zastosowania urządzeń wielostrumieniowych w przemyśle i w gospodarce komunalnej, oraz projekt urządzenia doświadczalnego o powiększonej.
JAKOŚĆ TECHNICZNA WĘGLA
Metody i urządzenia do pomiaru składu ziarnowego
Konsultacje p. 139, piątek od 14 do 16 godz.
Zarządzanie kryzysowe obszarem NATURA 2000 mgr inż. Małgorzata Leja
Rozkłady statystyk z próby dr Marta Marszałek Zakład Statystyki Stosowanej Instytut Statystyki i Demografii Kolegium.
Autorzy pracy: Michał Lemański Michał Rozmarynowski I Liceum Ogólnokształcące im. Tadeusza Kościuszki w Wieluniu Pomiar przyspieszenia ziemskiego przy.
STATYSTYKA – kurs podstawowy wykład 13 dr Dorota Węziak-Białowolska Instytut Statystyki i Demografii.
WYKŁAD Teoria błędów Katedra Geodezji im. K. Weigla ul. Poznańska 2
INŻYNIERIA MATERIAŁÓW O SPECJALNYCH WŁASNOŚCIACH Przyrost temperatury podczas odkształcenia.
Próba ściskania metali
Warunki przepływu wód katastrofalnych w 2005 roku na przykładzie potoku Targaniczanka Wykonał: Janusz Mucha Promotor: Prof. dr hab. inż. Wojciech Bartnik.
Wojciech Bartnik, Jacek Florek Katedra Inżynierii Wodnej, Akademia Rolnicza w Krakowie Charakterystyka parametrów przepływu w potokach górskich i na terenach.
Niepewności pomiarów. Błąd pomiaru - różnica między wynikiem pomiaru a wartością mierzonej wielkości fizycznej. Bywa też nazywany błędem bezwzględnym.
Dunajec Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej.
ORAZ SKUTKI MIKRONIECIĄGŁOŚCI ICH TWORZENIA
Zakład Inżynierii Leśnej Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych
ORAZ SKUTKI MIKRONIECIĄGŁOŚCI ICH TWORZENIA
Zarządzanie kryzysowe obszarem NATURA 2000
59 Konferencja Naukowa KILiW PAN oraz Komitetu Nauki PZITB
Urządzenia do Oczyszczania Wody i Ścieków
Prawo wodne: urządzenia pomiarowe w akwakulturze
PRZEPŁYW PRZEZ WARSTWY POROWATE
Zapis prezentacji:

Temat: Ocena wybranych metod pomiaru parametrów rumowiska wleczonego wykonał: inż. Grzegorz Zawadzki

Wstęp Materiał transportowany w rzekach górskich charakteryzuje warunki stabilności dna. Szczególnie w rzekach górskich, w których szorstkość dna jest proporcjonalnie duża w stosunku do napełnień jakie występują w korycie. Charakterystyka materiału wleczonego jest bardzo ważnym elementem oceny badanego odcinka rzeki. W związku z tym pojawiło się wiele metod pomiarów składu uziarnienia. Najbardziej rozpowszechniona jest metoda przesiewu rumowiska, jednak jest ona pracochłonna i nie zawsze możliwa do wykonania na miejscu w terenie, dodatkową wadą tej metody jest pomiar tylko jednego wymiaru mierzonych ziaren co uniemożliwia pełną charakterystykę ruchu rumowiska. W pracy przedstawiono wybrane metody pomiaru alternatywne.

Istnieją trzy typy rumowiska rzecznego, które wyodrębnia się, biorąc pod uwagę pochodzenie oraz sposób przemieszczania się w rzekach i potokach: Rumowisko wleczone (Fot.1) – ziarna przemieszczają się wzdłuż dna cieku poprzez: toczenia, przesuwanie, skoki (saltacja), Rumowisko unoszone – cząstki są utrzymywane w zawieszeniu przez turbulentny ruch wody, Rumowisko zawieszone – najdrobniejsze cząstki rumowiska Fot.1. A. Strużyński

Pomiary granulometryczne przeprowadzono za pomocą metod: podstawowej: - przesiew mechaniczny rumowiska, alternatywnych: - pomiary wymiarów poszczególnych ziaren abc, - metoda fotograficzna (pomiary ziaren ze zdjęć), - pomiary szorstkości dna (AG-2). Metodyka

z jednego stanowiska pomiarowego pobieramy minimum trzy próby rumowiska, odcinki pomiarowe oddalone maksymalnie co 1 km, Pobieramy minimum 100 kg – rumowiska gruboziarnistego (żwiry, pospółki), Pobieramy minimum 10 kg – rumowiska drobnoziarnistego (piaski, pyły) (wg Ratomskiego) Przesiew mechaniczny rumowiska (metoda sitowa) Metoda według Ratomskiego Fot. 2. A. Strużyński

Pobór materiału do metody sitowej jest metodą inwazyjną, powodującą zachwianie struktury rumowiska tworzącego dno koryta rzecznego. Gromadzony materiał nie stanowi informacji o stabilności dna, ponieważ pobór mechaniczny za pomocą łopaty lub innych pobieraków wprowadza dużą przypadkowość podczas poboru prób. Z tego powodu tradycyjna metoda sitowa nie daje pełnej informacji o stabilności pokrywy. Do poboru rumowiska o strukturze nienaruszonej służy między innymi metoda zamrażania próby. W skutek wykonywania takiego pomiaru tą metodą otrzymujemy kilka krzywych przesiewu, które określają zmienność uziarnienia w poszczególnych warstwach dna, które pozwalają na określenie grubości warstwy aktywnej i między innymi prognozy zmian krzywej przesiewu po zerwaniu obrukowania. Przesiew mechaniczny rumowiska (metoda sitowa)

Metoda zamrażania próby – pobór próby o nienaruszonej strukturze Metoda ta polega na wprowadzeniu ciekłego azotu w miedzianą rurkę włożoną wcześniej w dno rzeki, po około 15 minutach zamarznięta próbka zostaje wyciągnięta za pomocą podnośnika i ułożona na specjalnej skrzynce aż do rozmrożenia.

Powyższe dwie metody bazują na określeniu wymiaru średniego (ziarna przesiewane przez sito ustawiają się tak, że na sicie mierzony jest wymiar średni). W wyniku procesów koryto-twórczych charakterystycznych dla rzek górskich, ziarna są już na tyle duże w stosunku do napełnienia, że pominiecie ich kształtu może spowodować duże błędy w określeniu początku ruchu i transportu rumowiska wleczonego. Uwzględnienie kształtu ziaren pozwala na określenie procesów takich jak: ukrycie drobnych frakcji, klinowanie ziaren, sortowanie materiału wleczonego. W skutek wykonania pomiarów tą metodą możliwa jest parametryzacja kształtu ziaren za pomocą odpowiednich współczynników. Po wprowadzeniu pojęcia masy umownej ziaren możliwe jest również wykreślenie krzywej granulometrycznej. Pomiary wymiarów poszczególnych ziaren abc

Metoda bazuje na pomiarze bezpośrednim wszystkich 3 wymiarów ziarna, wymiar a (największy), b (średni) i c (najmniejszy). Wykonywano pomiar losowo wybranych około 300 ziaren z pokrywy. Każde ziarno zostało zmierzone za pomocą suwmiarki w przypadku dużych wymiarów za pomocą linijki. Starano się aby zostały zmierzone wszystkie ziarna z powierzchni około 0.5x0.5m. Ziarna zostały wybierane losowo bez względu na ich wielkość. Dalsza obróbka danych wykonana została w warunkach kameralnych Pomiary wymiarów poszczególnych ziaren abc

Rozwój technik komputerowych pozwala na automatyzację procesu obróbki zdjęć. Istnieją już ośrodki, które maja opracowane metody automatycznego wykreślenia krzywej przesiewu z fotografii. Ponieważ metoda ta jest bardzo obiecująca podejmowane są w Katedrze Inżynierii Wodnej i Geotechniki próby jej zastosowania w korytach z dnem szorstkim. Metoda fotograficzna pozwala na pomiar dwóch wymiarów ziaren. Można przyjąć, że w większości przypadków są to wymiary a i b, ze względu na zjawisko różnego ułożenia ziaren bardziej niepewny jest określenie wymiaru „a” (największego), natomiast wymiar średni widoczny jest dość dokładnie. Z tego powodu metoda fotograficzna w każdej lokalizacji powinna zostać poddana procesowi kalibracji. W pracy zostanie zastosowana kalibracja za pomocą pomiaru 3 wymiarów ziaren. Metoda fotograficzna (pomiary ziaren ze zdjęć)

Metoda fotograficzna została wykonana w pierwszej kolejności ponieważ jest metodą nieinwazyjną. Pomiary wykonywano aparatem fotograficznym z obiektywem o długości ogniskowej 50 mm (odpowiednik ogniskowej dla formatu negatywu małoobrazkowego). Pomiar był wykonywany z wysokości około 1.50 m, zastosowanie tej ogniskowej z tej wysokości było kompromisem pomiędzy problemem ergonomii wykonania zdjęć i zniekształceniami kształtu zmniejszającymi się w funkcji zwiększania ogniskowej Metoda fotograficzna (pomiary ziaren ze zdjęć) Fot. 3. A. Strużyński

Zaprezentowane powyżej metody poprzez możliwość określenia krzywych charakterystycznych nadają się dzięki zastosowaniu równań empirycznych do obliczenia szorstkości dna, w ciekach o dnie szorstkim przyjmuje się, że szorstkość Nikuradzego (ks) może być opisana np. jako 3,5 d 90. Obliczenia te są sztywne i nie uwzględniają aktualnych procesów występujących w dnie koryta rzecznego w związku z tym zaproponowana została metoda bezpośredniego pomiaru szorstkości dna. Od połowy lat 90-tych jest ona z powodzeniem stosowana w KiW(obecnie KiWiG). Pomiary za pomocą profilomierza AG-2 pozwalają na określenie tzw. miary szorstkości dna będącej odchyleniem standardowym wysokości położenia ziaren. Dla koryt z dnem żwirowym i kamienistym zastosowano odstępy pomiędzy sądami pomiarowymi równe 2 cm. Zmiany szorstkości dna powodują zmianę oporów ruchu wody w zależności wprost proporcjonalnej. Wykonanie pomiaru szorstkości dna ta metodą nie powoduje zmian ułożenia ziaren, czyli jest metodą nieinwazyjną.

W Katedrze Inżynierii Wodnej Akademii Rolniczej w Krakowie wykonany został profilomierz o nazwie AG-1 [Bartnik 1998]. Przy jego pomocy wykonano szereg pomiarów szorstkości dna na potokach Podkarpacia [Florek, Strużyński 1999]. Pomiary wykonywane są w systemie liniowym (podłużnym lub poprzecznym). W jednej lokalizacji należy wykonać kilka odciśnięć. Rys.1. Profilomierz AG-1 – widok z przodu Pomiary szorstkości dna (AG-2)

Obróbka danych granulometrycznych wykonywanych za pomocą różnych metod i porównanie wyników z metodą przesiewu rumowiska. Określenie możliwości stosowania metod alternatywnych jako samodzielnych metod pomiaru uziarnienia w rzekach z dnem żwirowym. Cel pracy

Metoda sitowa jest pracochłonna i wymaga często wysuszenia prób. Informacje tylko o wielkości ziaren (tylko wymiar b). można wykonać: krzywa granulometryczna, średnice charakterystyczne Metoda pomiarów abc możliwa jest do wykonania in situ i nie wymaga suszenia prób. wada: brakuje najdrobniejszych frakcji. można wykonać: krzywa granulometryczna, średnice charakterystyczne, pełna charakterystyka kształtów ziaren Metoda fotograficzna: możliwe pomiary wymiarów a i b. szybkość wykonania w terenie Wady: fotografia ziaren przechylonych, pracochłonna obróbka kameralna można wykonać: krzywa granulometryczna, średnice charakterystyczne, częściowa charakterystyka kształtów ziaren. Metoda określenia szorstkości dna: próba określenia krzywej lub wielkości uziarnienia utrzymującego pokrywę (np d90) obliczenia za pomocą równań empirycznych. można wykonać: określenie wysokości szorstkości dna i jej wpływu na parametry ruchu wody → możliwa, analiza w połączeniu z innymi metodami, stabilności dna Uzasadnienie podjęcia pracy

Obszar badań Badania zostały przeprowadzone na 5 rzekach południowej Polski: -Białka -Biały Dunajec -Czarny Dunajec -Wisłoka -Porębianka W wybranych miejscach na wymienionych powyżej rzekach zostały przeprowadzone pomiary rumowiska wleczonego metodami: - sitową, - pomiarów abc, - fotograficzną -AG-2

Na podstawie uzyskanych wyników pomiaru rumowiska zostały wykreślone krzywe granulometryczne oraz możliwe jest obliczenie następujących parametrów:  średnica miarodajna – d m,  średnice charakterystyczne – d 10,d 16,d 50,d 84,d 90,  stosunki odpowiednich średnic – b/a, c/b,  współczynnik kształtu – S p,  współczynnik sferyczności – ψ p,  współczynnik płaskości – k p,  stopień wysortowania według Hazena – u,  wskaźnik różnoziarnistości - ε,  wskaźnik jednostajności – C d,  odchylenie standardowe krzywej uziarnienia – σ

Metoda przesiewu mechanicznego rumowiska średnicawaga[kg]procent zawartości 822,263,6 6617,2 4514,3 31,13,2 20,61,7 sum34,9100 Tabela. 1. Wartości uzyskane po przesianiu ziaren przez sita

Metoda przesiewu mechanicznego rumowiska d10 = 3,2 [cm] d16 = 3,8 [cm] d50 = 6,7 [cm] d84 = 7,6 [cm] d90 = 7,8[cm] dm = 6,8 [cm] σ = 1,4

d10 = 2,7 [cm] d16 = 3,4 [cm] d50 = 6,8 [cm] d84 = 10,4 [cm] d90 = 10,9[cm] dm = 7,6 [cm] σ = 1,75 Pomiary wymiarów poszczególnych ziaren abc

Tabela 2. Parametry charakteryzujące ziarna Lp masa ziarna [g] średnica poszczególnych ziarn [cm] b/ac/b współczynnik sferyczności [Ψ p ] współczynnik płaskości [kp] współczynnik kształtu (Sp) abc ,20,731,020,741,160, ,76815,610,112,80,651,270,731,001, ,4512,79,42,50,740,270,384,420, ,26813,810,24,30,740,420,482,790, ,01810,15,77,40,561,300,641,070, ,710,594,60,860,510,612,120, ,8648,17,210,20,891,421,060,751, ,9211,18,53,20,770,380,473,060, ,66619,712,610,30,640,820,581,570, ,00814,814,26,30,960,440,642,300, ,6252,58,510,93,401,283,850,502, ,7159,87,10,650,720,561,750, ,7712,78,25,50,650,670,531,900, ,97510,59,14,50,870,490,612,180, ,654,56,55,81,440,891,360,951,07

Tabela 3. Parametry charakteryzujące ziarna c.d. Lp masa ziarna [g] średnica poszczególnych ziarn [cm] b/ac/b współczynnik sferyczności [Ψ p ] współczynnik płaskości [kp] współczynnik kształtu (Sp) abc 16312,73211,97,33,60,610,490,432,670, ,98412,66,43,10,510,480,353,060, ,0086,27,29,71,161,35 0,691, ,76711,33,32,30,290,700,243,170, ,5426,67,31,91,110,260,563,660, ,0088,36,11,60,730,260,384,500, ,0168,85,82,90,660,500,472,520, ,4885,73,30,710,580,542,080, ,6329,43,27,90,342,470,530,801, ,6329,45,23,90,550,750,481,870, ,8727,66,42,30,840,360,503,040, ,1687,65,62,80,740,500,522,360, ,927,263,10,830,520,602,130, ,4167,87,25,10,920,710,781,470, ,4327,25,35,20,740,980,731,200,84

Wykreślenie krzywej przesiewu na podstawie jedynie pomiarów wykonywanych za pomocą metody fotograficznej zostanie wykalibrowane w następnym kroku interpretacji danych. Jeżeli metoda ta da wyniki niezadowalające następnym krokiem będzie interpretacja pomiarów 20 największych ziaren z próby za pomocą metody abc. Metoda fotograficzna (pomiary ziaren ze zdjęć)

Metoda określenia szorstkości dna (Ag-2) Fot. 5. A Strużyński

Lp.KSfks 13, ,6819, , ,6815, , ,6813, , ,6815, , ,6815, , ,6815,76695 Metoda określenia szorstkości dna (Ag-2) Tabela 4. Wielkości obliczone na podstawie pomiarów szorstkości dna

Podsumowanie metodyczne Metoda przesiewowa jest w pracy uznana jako bazowa do kalibracji krzywych przesiewu wykreślonych za pomocą pozostałych metod. Zarówno podczas stosowania metody fotograficznej jak i metody pomiaru szorstkości dna należy jako metodę uzupełaniającą zastosować metodę pomiarów abc. Z wyjątkiem metody fotograficznej i metody pomiaru szorstkości dna pozostałe przedstawione metody są metodami inwazyjnymi. Metoda abc pozwala na uzyskanie pełnej informacji o kształtach ziaren, według autora pracy możliwe jest również zastosowanie metody abc do wykreślenia krzywej granulometrycznej Problem przy zastosowaniu metody abc jest dokładne określenie zawartości najdrobniejszych frakcji z tego powodu rozważana jest możliwość wprowadzenia metody kombinowanej w której frakcje te będą ważone.

Bibliografia 1.A. Strużyński, 2001, Ocena warunków równowagi dna w korytach cieków o dużej szorstkości. Rozprawa doktorska, AR Kraków 2.Bartnik W., Michalik A., Strużyński A., Książek L Zmiany parametrów przepływu i ruchu rumowiska dennego w potoku Tenczyńskim po przejściu fali powodziowej, XVII Ogólnopolska Szkoła Hydrauliki, Współczesne problemy hydrauliki wód śródlądowych, Gdańsk-Sobieszewo, W. Bartnik, A. Strużyński, 2002, Velocity profile and shear stresses calculation in high volume relative bed roughness flow, Zesz Nauk. AR we Wrocławiu, ser. Konferencje XXXVI, nr 438,

Dziękuję za uwagę