ÚTVARY VE DNĚ Interakce proudu a pohybu splavenin vede ke vzniku útvarů ve dně, jako např. vrásy, duny, antiduny, splaveninové lavice. Tyto útvary mohou.

Prezentace na téma: "ÚTVARY VE DNĚ Interakce proudu a pohybu splavenin vede ke vzniku útvarů ve dně, jako např. vrásy, duny, antiduny, splaveninové lavice. Tyto útvary mohou."— Transkript prezentace:

1 ÚTVARY VE DNĚ Interakce proudu a pohybu splavenin vede ke vzniku útvarů ve dně, jako např. vrásy, duny, antiduny, splaveninové lavice. Tyto útvary mohou zpětně působit na proud a tím ovlivňovat množství materiálu v pohybu. Duny na North Loup River. Nebraska, USA.

2 POHYB ÚTVARŮ V KORYTĚ: Vrásy Vrásy na řece Rum. Minnesota, USA. Stav při velmi nízkém průtoku; ~ 10 - 20 cm. Vrásy jsou charakteristické a) velmi nízkou intenzitou pohybu splavenin b) vznikem na tocích s velikostí částic D < 0.6 mm. Charakteristická vlnová délka je řádu 10 1 cm a vlnová výška  je řádu 10 0 cm. Vrásy se přesouvají v průběhu času směrem po proudu. Mají charakteristický nesymetrický trojúhelníkový tvar v podélném profilu, s mírně skloněným hřbetem a strmým čelem. Neovlivňují tvar hladiny. Pohled na řeku Rum. Minnesota, USA proud postup vrásy

3 POHYB ÚTVARŮ V KORYTĚ: Duny Duny na North Loup River. Nebraska, USA. Osoby v kroužcích udávají měřítko snímku. Dunes jsou nejrozšířenější útvar na dně na tocích s písčitým dnem; mohou se ale vyskytnout i na štěrkových tocích. Vlnová délka je řádu až 10 2 m, vlnová výška  může na velkých tocích přesáhnout i 5 m. Duny jsou nesymetrického tvaru, s mírným hřbetem a strmým čelem vlny. Charakteristické proudění je říční (Fr << 1). Duny se přesouvají po dně ve směru proudu. Slabě ovlivňují tvar hladiny, proud se zrychluje nad vrcholem duny, kde dochází k snížení úrovně hladiny. (Tvar hladiny a dna není sfázován!) proudění postup duny

4 POHYB ÚTVARŮ V KORYTĚ : Postup dun Dvakrát klikni na obrázek pro zhlédnutí videa. rte-bookmohrigloup.mpg: pro spuštění bez přesměrování odkazu, stáhni soubor do stejného adresáře jako prezentaci v PowerPointu.

5 POHYB ÚTVARŮ V KORYTĚ : Antiduny Výskyt vln na hladině indikuje přítomnost antidun v korytě divočícího toku. Antiduny vyskytují se na tocích s dostatečně vysokým Fr (nikoliv však nutně >1). Vyskytují se jak v písčitých, tak štěrkovitých tocích. Nejběžnější druh antidun postupuje proti proudu a vyznačuje se jen mírnou asymetrií. Hladina je výrazně sfázována se dnem. Výskyt symetrických vln na hladině obvykle indikuje přítomnost antidun v toku. proud postup antiduny

6 POHYB ÚTVARŮ V KORYTĚ : periodické prahy (pěřeje a tůně) Demonstrace výskytu periodických prahů v laboratorním žlab. Z obrázku je zřejmý výskyt dvou vodních skoků. Periodické prahy se vyskytují na velmi strmých tocích s bystřinným prouděním Fr>1. Ačkoliv mají velkou vlnovou délku podobají se antidunám. Prahy jsou vymezeny vodními skoky (bezprostředně pod nimi je proudění lokálně říční). Prahy postupují proti proudu. proud vodní skok

7 POHYB ÚTVARŮ V KORYTĚ : periodické prahy (pokračování) Výskyt periodických prahů v místě vyústění toku na písčitém pobřeží. Calais, Francie. Periodické prahy se vyskytují v podmínkách strmého toku s bystřinným prouděním a přebytkem splavenin. proud jumps

8 POHYB ÚTVARŮ V KORYTĚ : Střídavé (pohyblivé) lavice Výskyt střídavých lavic na uměle napřímeném toku Naka, Japonsko. Střídavé lavice vyskytují se vystřídaně podél obou břehů na tocích s dostatečně velkým (> ~ 12), nikoliv však přespříliš velkým poměrem šířky k hloubce B/H. Střídavé lavice postupují po proudu a často mají relativně strmé čelo. Jejich výskyt často předznamenává tendenci toku k meandrování. Střídavé lavice se mohou vyskytovat společně s dunami a/nebo antidunami.

9 POHYB ÚTVARŮ V KORYTĚ : víceřadé splaveninové jazyky Půdorysný pohled - na sebe naskládané splaveninové jazyky a duny v toku North Loup, Nebraska USA. Víceřadé lavice (na sebe naskládané splaveninové jazyky ) vyskytují se když poměr šířky k hloubce B/H je větší než je tomu v případě střídavých lavic. Tyto útvary postupují po proudu. Mohou se vyskytovat společně s dunami nebo antidunami..

10 SPLAVENINOVÉ ÚTVARY V LABORATOŘI A V TERÉNU: Duny Duny na exponované pevné lavici meandrujícího toku Fly, Papua New Guinea Duny v laboratorním žlabu.

11 SPLAVENINOVÉ ÚTVARY V LABORATOŘI A V TERÉNU: Střídavé lavice Střídavé lavice v laboratorním žlabu. Střídavé lavice v na toku horního Rýna mezi Švýcarskem a Lichtenštejnskem.

12 BEDFORMS IN THE LABORATORY AND FIELD: MULTIPLE-ROW (LINGUOID) BARS Linguoid bars in a flume in Tsukuba University, Japan: flow turned off. Image courtesy H. Ikeda. Linguoid bars in the Fuefuki River, Japan. Image courtesy S. Ikeda.

13 Ohau River, New Zealand WHEN THE FLOW IS INSUFFICIENT TO COVER THE BED, THE RIVER MAY DISPLAY A BRAIDED PLANFORM Braiding in a flume in Tsukuba University, Japan: flow turned low. Image courtesy H. Ikeda. Braiding in the Ohau River, New Zealand. Image courtesy P. Mosley.

14 RIPPLES Ripples are small-scale bedforms that migrate downstream and show a characteristic asymmetry, with a gentle stoss face and a steep lee face. Ripples require the existence of a reasonably well-defined viscous sublayer in order to form. In rivers, a viscous sublayer can exist only when the flow is very slow and well below flood conditions. Because of the viscous sublayer, ripples do not interact with the water surface. Engelund and Hansen (1967) have suggested the following condition for ripple formation: D   v, where  v = 11.6 /u * denotes the thickness of the viscous sublayer (Chapter 6). This relation can be rearranged to yield the threshold condition The above relation can be solved with the modified Brownlie relation of Chapter 6 to yield a maximum value of Re p for ripple formation. The value so obtained is 91, corresponding to a grain size of 0.8 mm with = 0.01 cm 2 /s and R = 1.65. In practice, ripples are observed only for D < 0.6 mm. Ripples can coexist with dunes. where

15 SHIELDS DIAGRAM WITH CRITERION FOR RIPPLES

16 DEFINITION OF DUNES AND ANTIDUNES Dunes are 1D (or quasi-1D) bedforms for which the water surface fluctuations are approximately out of phase with the bed fluctuations. That is, the water surface is high where the bed is low and vice versa. As is shown below dunes migrate downstream. Antidunes are 1D (or quasi-1D) bedforms for which the water surface fluctuations are approximately in phase with the bed fluctuations. That is, the water surface is high where the bed is high and vice versa. As shown below, most antidunes migrate upstream, but there is a regime within which they can migrate downstream.

17 RESPONSE OF FLOW TO BED UNDULATIONS: INVISCID SHALLOW-WATER FORMULATION FOR 1D BEDFORMS Steady, uniform flow over a flat erodible bed (base flow; no bedforms) has flow depth H o and flow velocity U o = q w /H o. Unperturbed bed elevation is at  = 0. The bed is then given a slight wavy perturbation of the form where  ’ << H o denotes the amplitude of the perturbation and denotes the wavelength of the perturbation. How does the flow and water surface respond to such a perturbation?

18 RESPONSE OF FLOW TO BED UNDULATIONS: INVISCID SHALLOW-WATER FORMULATION FOR 1D BEDFORMS contd. Consider inviscid (frictionless) steady 1D shallow water flow over an undulating bed. The St. Venant shallow water equations simplify as follows: The equation in the box can be made dimensionless using the depth H o of the base flow:

19 RESPONSE OF FLOW TO BED UNDULATIONS: LINEAR INVISCID SHALLOW-WATER FORMULATION FOR 1D BEDFORMS Solving for the variation in flow depth, The variation in water surface elevation is given as Now the bed perturbation can be represented in dimensionless form as follows: Here denotes the dimensionless amplitude of the bed perturbation and k denotes the dimensionless wavenumber of the bed perturbation. We further write the response of the depth and water surface elevation to the perturbation as where denotes the dimensionless amplitude of the response of depth to the bed perturbation, and denotes the corresponding dimensionless response in water surface elevation.

20 RESPONSE OF FLOW TO BED UNDULATIONS: LINEAR INVISCID SHALLOW-WATER FORMULATION FOR 1D BEDFORMS contd. Now as long as << 1, With this approximation, substituting into gives the results and