Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

3.12.2007 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie1 Návrh a výpočet složeného koryta Jan Krupička

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "3.12.2007 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie1 Návrh a výpočet složeného koryta Jan Krupička"— Transkript prezentace:

1 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie1 Návrh a výpočet složeného koryta Jan Krupička

2 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie2 Obsah  NÁVRH SLOŽENÉHO PROFILU  HYDRAULIKA SLOŽENÉHO PROFILU  VÝPOČETNÍ METODY ŘEŠENÍ SLOŽENÉHO PROFILU

3 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie3 Definice  Koryto se složeným příčným profilem:  z hlediska geometrie – profil nemá jednoduchý tvar  z hlediska hydrauliky – velké rozdíly v rychlostech v jednotlivých částech profilu  Umělá koryta - obvykle složený lichoběžníkový profil, který tvoří sekce:  prohloubená kyneta  jedna nebo dvě výše položené bermy

4 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie4 Účel návrhu  Hlavní účel návrhu:  zvýšení kapacity koryta při zachované poloze hladiny na tocích, kde hrozí vylití z břehů  omezení šířky rozlivu při přelití břehů původního koryta  Soustředění nízkých průtoků do menší průtočné plochy s větší hloubkou a rychlostí  zmenšení rozdílu mezi hladinami při malých a velkých průtocích na tocích s časově nevyrovnanými odtokovými poměry (strmá křivka n-denních průtoků) způsob vytvoření

5 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie5 Účel návrhu  Proč nechceme velké rozdíly hladin?  Kolísání hladiny podzemní vody na přilehlých pozemcích  Malé hloubky při malých průtocích:  malá rychlost proudění, zanášení a zarůstání  nadměrné prohřívání vody  v extrému i úhyn vodních živočichů n [dny] Q n [l.s -1 ] 3600 Nevyrovnané odtokové poměry

6 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie6 Princip návrhu  Koryta malých toků, revitalizační úpravy:  vylití z kynety se předpokládá několikrát v roce, kyneta se navrhuje na n-denní průtok  kyneta má zajistit dostatečnou hloubku a rychlost při nízkých průtocích (konkrétní čísla závisí na vodnosti toku a složení fauny)  z hlediska zemědělského využití okolních pozemků se doporučuje:  při Q 210d hloubka min 0,4 m, rychlost min 0,4 m/s  při Q 180d by nemělo docházet k podmáčení pozemků

7 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie7 Princip návrhu  Zvýšení kapacity koryta při povodních:  vylití z kynety se předpokládá při povodních, kyneta se navrhuje pro N-leté průtoky, kde N je cca 1~3  bermy mají zajistit dostatečnou průtočnou plochu a tím i kapacitu koryta Právě dokončená úprava Ostravice v Ostravě

8 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie8 Příklady složených koryt Radbuza v Plzni potok Modla Cidlina

9 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie9 Příčný profil  Dno kynety pokud možno přirozené, u revitalizací co nejvíce členité (balvany, tůně,...)  Svahy kynety se opevňují – kamenné záhozy, rovnaniny, při větším namáhání i dlažba

10 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie10 Příčný profil  Bermy mírném sklonu (min 1% - zanášení) ke kynetě, zatravněné  Šířka bermy - pojezd techniky (sečení)  Proudění bermou pro průtoky s dlouhou dobou opakování - možno i rekreační využití (hřiště, lavičky, cyklostezky) - Nesmí příliš zvyšovat drsnost a zachytávat spláví.

11 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie11 Příčný profil  Způsob provedení  plně zahloubený  provedení kynety ve stávajícím korytě  hloubení bermy nákladné  částečně zahloubený  hráze - nebezpečí podmáčení pozemků za hrází – jen pro krátkodobé rozlivy do bermy  Vícenásobně složené profily

12 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie12 Vedení kynety  Kyneta je rovnoběžná s bermami  Osa kynety svírá s bermami úhel  kyneta je přímá, mění se šířka levé a pravé bermy  kyneta meandruje v pásu vymezeném břehem levé a pravé bermy  umožňuje zmenšit sklon dna kynety oproti bermám a dosáhnout tak větších hloubek a členitosti  stěhovavá kyneta – umožní se volný vývoj kynety mezi bermami – ekologicky hodnotné

13 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie13 Příklady složených koryt river Main v Irsku

14 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie14 Příklady složených koryt river Main v Irsku

15 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie15 Proudění ve složeném profilu  Nehomogenní proudění – velké rozdíly rychlostí v různých částech koryta  Střetávání pomalých a rychlých proudů  Složité trojrozměrné hydraulické jevy, vzájemné ovlivňování pomalých a rychlých proudů

16 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie16 Jevy ve smykové vrstvě Přenos hybnosti:  příčné proudění  Reynodlsova turbulentní napětí  makrovíry se svislou osou Fotografie hladiny Břehy kynety

17 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie17 Důsledek těchto jevů  Reynoldsova napětí ve svislici, příčné proudění, víry se svislou osou  Přenos hybnosti napříč profilem:  vyrovnávání rychlostí mezi sekcemi  vyšší rychlosti v bermách  vyšší ztráty třením v bermách  vyšší tečné napětí v bermě (zvláště blízko kynety)

18 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie18 Nehomogenní proudění  Výskyt:  Právě zmíněná umělá složená koryta  Přirozená koryta se složeným profilem  Široká mělká koryta s výrazně se měnící drsností dna  Všechna koryta při vylití z břehů  Typické proudění záplavovým územím při povodních  potřeba jevy spojené z nehomogenním prouděním zohlednit ve výpočetních postupech

19 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie19 Výpočet složených koryt  2D a 3D modelování + přesný popis založený na fyzikálních vztazích - velká výpočetní náročnost, vstupní data  Empirické metody + jednoduché - málo spolehlivé při jiných podmínkách, než pro které byly odvozeny  Jednorozměrné metody + jednoduchý, zaběhnutý postup - obtížné zahrnutí interakcí mezi proudy - hrubá předpověď svislicových rychlostí  1,5D modelování - LDM + zohledňuje dění napříč korytem - výpočetně náročnější

20 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie20 Jednorozměrné metody  Základem je dělení do sekcí pomocí:  svislic – jednoduché, u nás běžně používané  diagonál – pod různými úhly  horizontál – spíše pro případy, kdy je kyneta skloněna vůči bermám, nebo meandruje  kombinované  Výpočet průtoku každou sekcí jako u jednoduchého koryta, výsledný průtok - součet

21 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie21 Dělení pomocí svislic  Místo dělení:  na rozhraní kyneta-berma  v každém zaměřeném bodě příčného profilu (HEC-2)  v bodech, kde se mění drsnost (HEC-RAS)  Způsob zahrnutí interakce mezi proudy:  žádný - svislice se nezapočítává  svislice se započítá do omočeného obvodu kynety  náhradní drsnost ve svislici  může dávat dobré výsledky při výpočtu kapacity, ale  je obtížné ji dobře odhadnou

22 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie22 Bousmarova metoda - EDM  Vychází z obvyklého dělení profilu do tří sekcí  Přenos hybnosti modeluje pomocí výměny proudů různé rychlosti mezi sekcemi, rozlišuje výměnu:  turbulentní – v podstatě Reynodlsova napětí včetně vlivu makrovírů  geometrickou – přetok vody mezi sekcemi při nerovnoměrném proudění vlivem změny kapacity  umožňuje přímý výpočet nerovnoměrné proudění

23 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie23 Empirické metody  Zpravidla vycházejí z dělení profilu do sekcí  Průtoky jednotlivými sekcemi opravují pomocí empirických vztahů a až následně sčítají  Korekce založené na:  ohodnocení tečného napětí v dělící svislici na základě rozdílu rychlostí v přilehlých sekcích (lze označit jako poloempirické)  stanovení ryze empirických korekčních součinitelů na základě tvaru koryta – například Ackersova metoda  UBUB UBUB UKUK  ~ (U K – U B )

24 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie24 Ackersova metoda - AEM  Odvozena na základě měření v HR Wallingford na složeném lichoběžníkovém profilu  Dělení do 3 sekcí, dílčí průtoky sekcemi násobeny korekcí DISADF závislou na regionu proudění Reg. Koherence COH = míra homogenity proudění

25 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie25 metoda James & Wark  Zástupce metod pro kynetu meandrující mezi bermami. Dělí profil do čtyř částí:  kyneta po úroveň břehůS1  pás berm ve kterém meandruje kynetaS2  zbývající části bermS3 a S4  pro vlnovitosti s = 1,1~2  Empirické vztahy pro zahrnutí jevů v meandrujícím korytě

26 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie26 Jevy v meanrující kynetě

27 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie27 Jevy v meandrující kynetě  překrývání proudů různého půdorysného směru (kyneta po břeh X proud nad úrovní břehu)  nutnost oddělit kynetu horizontální plochou, na které dochází ke tření  Značné zvýšení odporů proudění při vylití ze břehů oproti přímé kynetě

28 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie28 LDM  Lateral Distribution Method – tzv. 1,5D metoda.  Řídící diferenciální rovnice řeší zákon zachování podélné složky hybnosti napříč korytem:  (I)zdrojový (gravitační) člen  (II)člen tření na dně koryta  (III)člen turbulentních napětím ve svislici  (IV)člen přenosu hybnosti konvekcí prostřednictvím sekundárních příčných proudů

29 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie29 LDM – vstupy a výstupy  Vstupy:  příčný profil, drsnosti, poloha hladiny, sklon čáry energie  vyznačení břehů kynety  1D výpočetní síť pro numerické řešení dif. rce.  Výstupy:  svislicové rychlosti v bodech sítě  průtok, součinitel kinetické energie, tečná napětí na dně

30 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie30 LDM – výhody a nevýhody  Nevýhody:  větší výpočetní náročnost než klasické 1D metody (řešení třídiagonální matice soustavy rovnic)  zatím málo v praxi ozkoušená  složitější na pochopení  Výhody:  větší přesnost popisu než klasické 1D metody, přičemž jsou náročnost na vstupní data stejná  malá výpočetní náročnost oproti 2D modelování

31 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie31 Porovnání různých metod v programu SLOŽKOR

32 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie32 Složkor - metody  SCM (Single Channel Method) – jako jednoduchý profil  DCM (Divided Channle Method) – dělení do sekcí v uživatelem zadaných bodech, přičemž:  DCM1 – svislice se započítají do omočeného obvodu s nulovou drsností  DCM2 - svislice se nezapočítají do omočeného obvodu  DCM3 – svislice se započítají s náhradní drsností  SSGM (Sum of SeGment Method) – dělení profilu v každém bodě – jako starý HEC-2  DZD (Dělení Změnou Drsnosti) – jako poslední HEC-RAS  AEM (Ackersova Empirická Metoda)  LDM (Lateral Distribution Method)

33 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie33 Porovnání s fyzikálním modelem

34 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie34  AZZU – aktivní zóna záplavového území  Zde jako oblast provádějící 80% celkového průtoku Porovnání s fyzikálním modelem

35 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie35  Součinitel kinetické energie – míra nehomogenity proudění Porovnání s fyzikálním modelem  Vystupuje v rychlostní výšce, tím ovlivňuje výpočet nerovno- měrného proudění


Stáhnout ppt "3.12.2007 ČVUT v Praze, Katedra hydrauliky a hydrologie1 Návrh a výpočet složeného koryta Jan Krupička"

Podobné prezentace


Reklamy Google