Wpływ roślinności na opory przepływu

Prezentacja na temat: "Wpływ roślinności na opory przepływu"— Zapis prezentacji:

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

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

3 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Przepływ wody w naturalnych ciekach o charakterze górskim zależy od oporów ruchu wody po szorstkim dnie i dławienia bocznego wywołanego roślinnością lub innymi przeszkodami, w obliczeniach prędkości średniej należy również uwzględnić współczynnik oporów liniowych l. Obliczając przepływ, posłużyć można się przekrojem podzielonym na obszary: I - roślinność wysoka na terenie zalewowym, brak wpływu koryta głównego na warunki przepływu, II - roślinność średnia i wysoka na terenie zalewowym, wpływ koryta głównego, III - brak roślinności lub roślinność niska, wpływ szorstkości dennej i zalewu, obszar koryta głównego

4 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym W obszarach I, II i III średnią prędkość obliczymy ze wzoru Darcy-Weisbacha:

5 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Opory ruchu wody w uregulowanym korycie cieku należy określić jako sumę oporów ruchu wody po podłożu λs oraz bocznych λv, wywołanych przez umocnienia brzegu:

6 Akademia Rolnicza w Krakowie
Katedra Inżynierii Wodnej Dno szorstkie koryta

7 Roślinność terenu zalewowego
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Roślinność terenu zalewowego

8 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Opory przepływu powstałe w rezultacie oddziaływaniem dna obliczymy wzorem Colebrooka - White’a: wg Rickerta przy dużej chropowatości względnej koryta cieku równanie można uprościć do postaci :

9 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym po przekształceniu można obliczyć współczynnik oporów ścian i dna: gdzie: - chropowatość względna [-]

10 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Dla przeszkód wysokich współczynnik strat liniowych oblicza się jako część przekroju zajętą przez rośliny do powierzchni całości przekroju. Posługując się bezwymiarowym współczynnikiem oporów opływania CWR, rozstawą roślin ax i ay, oraz ich średnicą dp i wysokością w trakcie trwania przepływu hp, możliwe jest określenie dławienia bocznego wywołanego przez roślinność wystającą ponad zwierciadło wody: gdzie: CWR - bezwymiarowy współczynnik oporów opływu roślinności zależy od stosunku prędkości dopływającej vp do średniej prędkości w obszarze zajmowanym przez roślinność vv oraz od zafalowań wywołanych przez roślinność

11 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Ponieważ według Lindnera współczynnik oporów, wywołany roślinnością, nie jest zależny liniowo od przesłonięcia przekroju roślinnością i jej zagęszczenia w układzie liniowym, lecz zmienia się, fakt ten uwzględnia stosunek prędkości ruchu wody przed poza przeszkodą:

12 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Zmienność współczynnika oporu pojedynczego elementu przy dwuwymiarowym przepływie CW podał Lindner :

13 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Współczynnik porośnięcia oblicza się ze wzoru: Szerokość strefy oddziaływania obszaru II (zarośniętego) na obszar nie zarośnięty III: gdzie współczynnik oporu w płaszczyźnie rozdziału:

14 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Zgodnie z koncepcją Einstein, o równości prędkości średniej w każdym podobszarze koryta, uśrednienia wymagają zróżnicowane współczynniki oporu w korycie głównym oraz należy wprowadzić podział promienia hydraulicznego przekroju Ri: Szorstkość bezwzględną (zastępczą wysokość występów szorstkości) w płaszczyźnie rozdziału oblicza się ze wzoru:

15 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Średni współczynnik oporów w głównym korycie oblicza się uwzględniając współczynniki oporów w części przekroju wolnej od roślinności oraz w płaszczyźnie rozdziału: Prędkość średnia w obszarze III : Prędkość w płaszczyźnie rozdziału obszarów II i III :

16 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym System współczynników umożliwiający obliczenie aktualnego, dla danego przekroju, współczynnika szorstkości opracował Cowan, przedstawiając następujące zestawienie:

17 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Opis koryta cieku Wartości współczynników Rodzaj materiału piasek drobny żwir gruby żwir obrabiane skały n0 0,020 0,024 0,028 0,025 Stopień nieregularności brzegów i dna koryto regularne mała nieregularne średnia nieregularność duża nieregularność n1 0,000 0,005 0,010 Zmiany przekroju poprzecznego przekrój stały zmiany sporadyczne zmiany częste n2 0, ,015 Wpływ przeszkód lokalnych brak przeszkód przeszkody nieliczne przeszkody znaczne liczne przeszkody n3 0, ,030 0, ,060 Wpływ zarastania brak zarastania porost niski porost średni porost wysoki porost b. wysoki n4 0, ,010 0, ,025 0, ,050 0, ,100 Stopień zakrzywienia trasy mały średni duży m 1,000 1,150 1,300 Charakterystyka współczynników do obliczania szorstkości metodą Cowana

18 Przepływ na terenie zalewowym
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Wpływ roślinności na przepustowość Maks. zagęszcz. Brak roślin

19 Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Energia koryta: gdzie: mgI - siła naporu jednostkowego fragmentu wody w korycie [N], vt ­- droga pokonana w jednostce czasu [m]

20 Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Energia zużyta na pokonanie oporów opływu dna szorstkiego i roślinności:

21 Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Podstawiając całkowite opory opływu oraz: - opór opływu dna szorstkiego: oraz: - opór opływu roślin:

22 Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności otrzymamy: gdzie: Ar - powierzchnia opływu roślinności z jednostkowego wycinka powierzchni dna przy napełnieniu wywołującym ruch m masy wody [m2]

23 Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Zakładając, że F Cd dla stałego zakresu liczby Reynoldsa, przy dnie sztywnym, jest wartością stałą i zastępując możemy napisać: Przyjmując założenie, że opory wywołane szorstkością denną są znikomo małe w stosunku do oporów opływu roślinności na terenie zalewowym można napisać:

24 Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Dla znanego rozkładu prędkości w profilu o liczbie warstw n wartość Arv2 obliczymy:

25 Opory opływu roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Przyjęto następujące założenia: - wytworzona przez siłę ciężkości energia ruchu wody jest równa energii zużytej na opory opływu, - współczynnik oporów opływu Cr roślinności, dla pozostającej w jednym zakresie liczby Reynoldsa, ma stałą wartość, - roślinność nie ulega zniszczeniom podczas przepływu, - stosunek oporów opływu dna i roślinności na terenie zalewowym przyjmuje wartość zaniedbywalnie małą.

26 Charakterystyka roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Charakterystyka roślinności Rozkład powierzchni opływu

27 Charakterystyka roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Charakterystyka roślinności Teren zalewowy

28 Charakterystyka roślinności
Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Charakterystyka roślinności Teren zalewowy

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