RIN Hydraulika koryt s pohyblivým dnem I 14.4.2017 Říční inženýrství Hydraulika koryt s pohyblivým dnem I 141RIN

Co očekáváte, že se dovíte ?. . . . a co se chcete dozvědět ? RIN 14.4.2017 Co očekáváte, že se dovíte ?. . . . a co se chcete dozvědět ? 141RIN

Proč má smysl se pohyblivým dnem zabývat ? Erozní činnost (degradation) a zanášení (aggradation) v korytě Pohyb splavenin (spotřeba energie na pohyb částic) Tvorba splaveninových útvarů (makrodrsnost dna) 141RIN

Eroze a zanášení koryta Obecná výmolná činnost (general scour) – důsledek rovnovážné bilance transportních procesů Výmol v zúžení (constriction scour) –výsledkem zúžení proudu nebo jeho koncentrací do hlavního koryta Lokální výmol (local scour) – je vyvolán účinkem konstrukce na proud 141RIN

Všeobecný výmol Vývoj dna Úroveň dna v [m] Vzdálenost v [m] 10 20 30 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2000 4000 6000 8000 10000 Vzdálenost v [m] Úroveň dna v [m] 0 roků 2 roky 4 roky 6 roků 8 roků 10 roků konečný s. 141RIN

Výmol v zúžení 141RIN

Lokální výmol 141RIN

Spotřeba energie proudu Transport splavenin zmenšuje rychlost vody – což lze dokázat úvahou o hybnosti , kde hmotnost M objemu V směsi vody a splavenin je V1 je objem splavenin tedy rychlost směsi vs 141RIN

Spotřeba energie proudu Důsledkem nerovnosti je reakce proudu na zbavení splavenin, kdy se zvětší rychlost proudu – hladová voda. Pokud uvažujeme průřezovou rychlost směsi vody a splavenin vs, lze nárůst odporů spočítat např. z Manningovy rovnice 141RIN

Tvorba útvarů ve dně Část částic je v kontaktu se dnem a část ve vznosu 141RIN

Tvorba útvarů ve dně Částice u dna ztrácejí dočasně pohyb, vytvářejí dnové útvary Důsledek – drsnější dno → zvýšení odporů proud postup vrásy 141RIN

Tvorba útvarů ve dně drsnější dno → zvýšení odporů 141RIN

Vyjádření zvýšení odporů dnovými útvary Metoda Meyer- Petera vyjádření v podobě zvýšeného hydraulického sklonu čáry energie Metoda Einsteina vyjádření v podobě zvýšeného hydraulického poloměru 141RIN

Přehled oblastí proudění s pohybem splavenin – Shieldsův diagram žádný pohyb pohyb splavenin písek štěrk dnové splaveniny splaveniny ve vznosu vrásy duny ploché dno 141RIN

Vlastnosti splavenin 141RIN

Charakteristiky splavenin K důležitým vlastnostem splavenin patří Velikost d, tvar zrna, zrnitostní složení splaveninové směsi (křivka zrnitosti) Usazovací rychlost w Úhel vnitřního tření f pod vodou Měrná hmotnost částic rs 141RIN

Velikost, tvar, zrnitostní složení směsi 141RIN

Velikost, tvar, zrnitostní složení směsi Tvarový index částice Vlastnosti splaveninové směsi 141RIN

Křivka zrnitosti 141RIN

Křivka zrnitosti Vztah zrnitosti v krycí (E) a podložní (D) vrstvě a transportovaný materiál (A, C) pro dva typy toků 141RIN

Úhel vnitřního tření částicového materiálu pod vodou Je možné jej zjistit vsypáním částic sedimentu do stojící vody a měřením kritického úhlu u paty ponořeného kuželu uloženého sedimentu. Úhel tření ponořeného materiálu závisí na velikosti, tvaru a měrné hmotnosti (reprezentativní) částice splaveninové směsi 141RIN

Úhel vnitřního tření částicového materiálu pod vodou Rozdělení napětí v loži (zemině) složené z nekohezních částic v permanentním vzájemném kontaktu je výsledkem působení gravitační síly na částice. Mezičásticové napětí má dvě složky: mezičásticové normální napětí mezičásticové tečné napětí Podle Coulombova zákona jsou obě napětí vzájemně vztažena třecím součinitelem. Du Boys (1879) aplikoval Coulombův zákon na říční dno s ložem smýkaným proudem. Vzájemný vztah normálového a tečného napětí ve dně smýkané vrstvy vyjadřuje součinitel vnitřního tření lože (viz. rce) 141RIN

Konečná usazovací rychlost w kulovité částice Rovnováha tíhové vztlakové a odporové síly Tato usazovací rychlost je konečnou (terminální), pokud je splněna rovnováha sil. V počáteční fázi velké rychlosti usazování w odporová síla převažuje a dochází ke zpomalování rychlosti usazování až do okamžiku dosažení rovnovážného stavu. 141RIN

Konečná usazovací rychlost w kulovité částice Součinitel odporu CD závisí na tvaru a mění se s hodnotou Reynoldsova čísla Re 141RIN

Konečná usazovací rychlost w kulovité částice Pro oblast nízkých Re=wD/n< 0,1, (tj. průměr částic d < 0,05 mm při rs=2600 kg/m3) je platný Stokesův zákon CD=24/Re Pro oblast Re>500, (tj. průměr částic d > 2 mm při rs=2600 kg/m3) je CD=0,445 141RIN

Konečná usazovací rychlost w nekulovité částice Nekulový tvar částice redukuje její usazovací rychlost. Redukce je pomocí tvarového faktoru, který je definován jako poměr rychlostí nekulovité a rychlosti kulovité částice Tvarový faktor je funkcí: Objemového tvarového faktoru k (k=0.26 pro písek , štěrk) bezrozměrného průměru částice d* Velikost konečné usazovací rychlosti pískové částice je cca 50-60% hodnoty rychlosti kulovité částice ekvivalentního průměru 141RIN

Konečná usazovací rychlost pískové částice 141RIN

Konečná usazovací rychlost pískové částice Konečná usazovací rychlost pískových a štěrkových částic užitím rovnic Stokesovy, Budryckovy a Rittingerovy 141RIN

Rušená sedimentace – usazovací rychlost 141RIN

Rušená sedimentace – usazovací rychlost 141RIN

Hustota splaveninových částic V přirozených podmínkách se ze všech parametrů mění nejmémně, pro přirozené splaveniny se může uvažovat hodnota 2650 kg/m3 (obvykle pro štěrkopískové částice v rozmezí 2500-2800). Závisí na mineralogickém složení. Měrná hmotnost splaveninové směsi – je třeba uvažovat s pórovitostí přirozeného nebo uloženého materiálu. 141RIN