Wpływ roślinności na opory przepływu Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Wpływ roślinności na opory przepływu

Charakterystyka roślinności Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Charakterystyka roślinności Roślinność korytowa Roślinność miękka

Charakterystyka roślinności Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Charakterystyka roślinności Roślinność terenu zalewowego Roślinność sztywna

Charakterystyka roślinności Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Charakterystyka roślinności Roślinność terenu zalewowego Schemat oddziaływania

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Obliczaniem przepływu na terenie zalewowym zajął się Dębski [1948] nawiązując do wzoru Matakiewicza i przekształcając go: gdzie: f(I) i f(h) - funkcje zależne od spadku zwierciadła wody i średniej głębokości zalewu

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Każdemu z pięciu rodzajów terenów zalewowych odpowiada inna krzywa zależności d=f(h): - I - wyrównane tereny w bezpośrednim sąsiedztwie koryt, wartość maksymalna d=1,45, - II - odkryte łąki, rzeka meandrująca do 30%, d do 1,33, - III - odkryte łąki, rzeka mało meandrująca, d do 1,13, - IV - tereny mniej równe, lekkie zadrzewienie, d do 0,88, - V - tereny bardzo nierówne, częściowo zabudowane lub gęsto porośnięte drzewami, d do 0,54

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Klassen i Van der Zward przeprowadzili modelowe badania przepływu na terenach zalewowych Mozy i Renu określając wpływ sadów i żywopłotów na warunki przejścia wielkich wód według wzoru: gdzie: Ap=pA - rzeczywista powierzchnia przepływu z uwzględnieniem roślinności [m2]

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Wartości obliczano wzorem:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Rozdzielając spadek hydrauliczny wywołany oporami ruchu wody po podłożu i roślinnością i wykorzystując wzór Chezy`ego możemy napisać: gdzie:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym W okresie najintensywniejszej wegetacji roślin, w trakcie wezbrania, wartości szorstkości bezwzględnej kz, dla podłoża wynoszące zazwyczaj około 0,07m, mogą osiągnąć 0,75m i na skutek zamulenia maleją w trakcie obniżania się wezbrania. W zależności od rodzaju roślinności zaleca się przyjmowanie zróżnicowanej szorstkości zastępczej: - dla skarp trawiastych, od 0,05m do 0,3m - dla skarp porośniętych krzewami, od 0,2m do 0,5m

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Znając promień hydrauliczny R i zastępczą szorstkość kz można obliczyć opory przepływu w jednorodnych częściach przekroju i na fikcyjnych powierzchniach jego rozdziału korzystając ze wzoru Reiniusa w postaci uproszczonej:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Roślinność w cieku można potraktować jako lokalną przeszkodę i wyznaczyć współczynnik oporów miejscowych z. Korzystamy tu z równania Bernoull’ego porównując wysokość linii energii przed i za przeszkodą:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Roślinność w cieku można potraktować jako lokalną przeszkodę i wyznaczyć współczynnik oporów miejscowych z. Korzystamy tu z równania Bernoull’ego porównując wysokość linii energii przed i za przeszkodą: przy założeniu że:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Roślinność w cieku można potraktować jako lokalną przeszkodę i wyznaczyć współczynnik oporów miejscowych z. Korzystamy tu z równania Bernoull’ego porównując wysokość linii energii przed i za przeszkodą: porównując: oraz:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Roślinność w cieku można potraktować jako lokalną przeszkodę i wyznaczyć współczynnik oporów miejscowych z. Korzystamy tu z równania Bernoull’ego porównując wysokość linii energii przed i za przeszkodą: otrzymamy:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Zależność pomiędzy współczynnikiem szorstkości n oraz iloczynem prędkości średniej i promienia hydraulicznego vR gdzie: CT - indeks kategorii traw wybierany w przedziale od 0 do 10, przy czym wartości 0 odpowiada współczynnik E natomiast wartości 10 współczynnik A

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Charakterystyka kategorii, wysokości i indeksu roślinności

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Zakres stosowalności wzoru [m2s-1]

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Temple [1988] zastąpił vR przepływem jednostkowym q i podał zakres stosowania formuły: indeks kategorii traw CT zaleca obliczać wg wzoru:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym W szerszym zakresie współczynnik szorstkości n można obliczać: dla q < 3,3 dla q < 0,00023 CT2,5

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Związek pomiędzy parametrami strumienia a mechanicznymi i geometrycznymi wartościami opisującymi roślinność opisał Fenzl w postaci równania: - założono, że szorstkość gruntu pomiędzy roślinnością jest pomijalnie mała i nie uwzględniono jej w równaniu

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Po wykonaniu pomiarów na konkretnym zbiorowisku roślinnym uzyskać można wartość naprężeń ścinających w dnie t0: Wartość sztywności źdźbeł podczas zginania jest zależna od zagęszczenia łodyg na jednostkę powierzchni mr, modułu sprężystości roślin Er i momentu bezwładności przekroju poprzecznego źdźbła J:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Po wprowadzeniu bezwymiarowej wartości względnego ugięcia roślin równanie, określające nadwyżkę prędkości średniej v nad prędkością dynamiczną v* reprezentującą krytyczne dla roślinności warunki ruchu, uzyska postać:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Względne ugięcie roślin można obliczyć:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Badania Kouwena określają wartość krytyczną prędkości dynamicznej v*Er, podczas której nastąpi pochylenie zginanej roślinności: oraz krytyczną prędkość dynamiczną zrywania i łamania łodyg:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Do obliczenia sztywności roślin przydatny może być wzór: Obliczeniowy związek iloczynu mrErJ z długością roślin: - dla traw zielonych, - dla dojrzałych suchych traw

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Po przekształceniach, tr można obliczać z równania:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Przy założeniu, że R = h oraz k = tr współczynnik oporów możemy obliczyć wzorem: gdzie: a2 i b2 - współczynniki zależne od położenia roślinności, b2=1,85 - położenie roślin jest proste, b2=3,5 - roślinność jest pochylona

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Współczynnik oporów liniowych opisuje formuła: gdzie:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Określenie prędkości średniej ruchu wody w przekroju pozwala na weryfikację zasadności użycia poszczególnych formuł obliczeniowych:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Przegląd formuł określających opory liniowe dna sztywnego: Epfl Limerinos, Bray Leopold Griffiths

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Przegląd formuł określających opory liniowe dna sztywnego: Martinec Graf, Suszka Gładki

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Aby określić przydatność wyżej wymienionych formuł do obliczenia całkowitych oporów przepływu należy określić prędkość dynamiczną dla koryt o szerokości B>(10-15)h: wykorzystując zależność: można obliczyć prędkość średnią w przekroju poprzecznym:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Roślinność w badaniach terenowych:

Przepływ na terenie zalewowym Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Koniec