Drsnost vegetace Ing. Daniel Mattas, CSc.

za určitých podmínek polehnutí snížení odporů vegetace: - bylinná - dřeviny různé vlastnosti různé přístupy bylinná vegetace za určitých podmínek polehnutí snížení odporů dřeviny: keře - u některých též polehnutí (vrba), u jiných ne stromy - tuhé, k polehnutí nedochází 141RIN

práce US Soil Conservation Service (40. – 50. léta) Travní porosty práce US Soil Conservation Service (40. – 50. léta) Manningův součinitel drsnosti pro jeden druh travního porostu se mění v širokých mezích v závislosti na hloubce vody a tvaru a sklonu kanálu.  a co teď  naštěstí Součinitel drsnosti je v jistém vztahu k parametru, definovanému jako součin střední průřezové rychlosti a hydraulického poloměru. Tento vztah je pak charakteristický pro daný druh vegetace a nezávisí na sklonu ani tvaru kanálu. 141RIN

Travní porosty - pokračování tzv. retardance zohledňuje - hustotu porostu - výšku porostu retardance hustota délka [cm] součinitel a0 A. velmi vysoká velká > 75 24,7 B. vysoká velká střední 30 – 60 > 75 30,7 C. střední 15 – 25 30 - 60 36,4 D. nízká malá 5 - 15 40,0 E. velmi nízká < 5 42,7  co to je velká, střední a malá hustota porostu ?  141RIN

Travní porosty - pokračování vR ve feetech!  0,1 m2s-1 ≈ 1 ft2s-1 141RIN

Travní porosty - pokračování další výzkumy  pokusy USSCS velký sklon (i > ca 1%) kanálů n již není f(i) 141RIN

řada výzkumů v zahraničí i u nás Stromové porosty řada výzkumů v zahraničí i u nás Petryk a Bosmajian – fyzikální rozboru odporu koryta s vegetací ustálené rovnoměrné proudění  rovnováha sil, hydrostatické síly na vegetaci se vzájemně ruší; na úseku koryta délky l o průtočné ploše S, omočeném obvodu O pro síly gravitace, tangenciální napětí působené viskozitou a drsností, a síly odporu vegetace F platí hydrodynamický odpor Fi i-té rostliny Manningova rov.  i  takže 141RIN

Stromové porosty - pokračování po úpravě a vyjádření v z Manningovy rov. z toho celková drsnost odpor vegetace na jednotku délky koryta a jednotkovou průtoč. plochu hustota vegetace nulová  nc = n hustota vegetace vysoká  , 141RIN

Stromové porosty - pokračování Komora 1977 – měření na modelech i v terénu  nomogram Sp – půdorysná plocha kmenů S – celková půdorysná plocha jen kmeny, větve nad vodou ! 141RIN

Stromové porosty - pokračování Vincent 1984 – hydraulický model resp. pro velmi husté porosty (á la Petryk a Bosmaijan) platí pro: d – průměr, l – spon stromů 141RIN

Stromové porosty - pokračování Karvonen et al 2000 – hydraulické modely závislost Manningova n na hloubce vody d [m] při různé hustotě stromů S [ks.ha-1] závislost Manningova n na součinu rychlosti vody v [ms-1] a hloubce vody d [m] při různé hustotě stromů S [ks.ha-1] 141RIN

Stromové porosty - pokračování Pasche a Rouvé 1985 průtok v korytě s inundačním územím porostlým stromy - rozdělení příčného profilu na jednotlivé sekce v závislosti na průběhu tečných napětích (viz obr.) - řídící rovnice pro každou sekci integrací momentové rovnice ve vertikálním a příčném směru. - výsledkem Darcy-Weisbachova rovnice: 141RIN

Stromové porosty - pokračování Část s vegetací neovlivněná prouděním v hlavním korytě proudění v této oblasti ovlivněno zejména obtékáním nezatopených prvků, odpory proudu lze vyjádřit v závislosti na odpovídající poloze dna vztahem pro výpočet součinitele tření a průřezové rychlosti v sekci vI Ax, Ay [m] vzdálenost veget. prvků ve směru osy x, y, Dp [m] průměr vegetačního prvku, Cwr [m] souč. odporu prvku, Cw [m] dtto při 2D idealizaci, Fr Froudovo číslo, hs střední hloubka v sekci, y [m] hloubka, indexy: I typ sekce, n parametry obtékání nezatopených prvků, 0 průměrné hodnoty v sekci. součinitel ztráty třením pro vegetaci: kde a 141RIN

Stromové porosty - pokračování Část s vegetací neovlivněná prouděním v hlavním korytě pro poměr rychlostí platí empirický vztah kde Anl a Anb je délka a šířka úplavu za prvkem,  Anl 141RIN

Stromové porosty - pokračování Část hlavního koryta ovlivněná vegetací z přilehlého inundačního území odpor proudu - odpor dna (dnového materiálu) a propagující se turbulence z bočních částí s vegetační drsností. dostatečně hustá vegetace (Anl > Ax)  imaginární stěna mezní vrstva pro drsné stěny  logaritmický zákon, aplikace pro imaginární stěnu: v* [m/s] třecí rychlost imag. stěny, U(y) [m/s] svislicová rychlost, kT [m] hydraulická drsnost imag. stěny, y [m] souřadnice ve směru příčného profilu s počátkem v místě imag. stěny, cT [-] konstanta pro bezrozměrnou třecí výšku v místě imaginární stěny 141RIN

Stromové porosty - pokračování Část hlavního koryta ovlivněná vegetací z přilehlého inundačního území Integrací od místa imag. stěny do středu části vztah pro odporový součinitel: kde též platí Uc [ms-1] svislicová rychlost ve středu hlavního koryta, bc [m] vzdálenost v hladině mezi středem koryta a im. stěnou,  [Pa] tečné napětí,  [-] funkce popisující vlivy vegetace, c [-] konstanta, index II označuje tuto část. 141RIN

Stromové porosty - pokračování Část hlavního koryta ovlivněná vegetací z přilehlého inundačního území podle Pascheho model. výzkumu Část inundačního území s vegetací ovlivněná prouděním v hlavním korytě proudění ovlivněno tečným napětím II na imag. stěně a odporovou silou působící na prvky drsnosti z podmínky rovnováhy momentů v této části, při doplnění experimentálně zjištěných konstant Tím je proudění popsáno ve všech sekcích 141RIN