Transcript
Slajd 1
___________________________________
Akademia Rolnicza w Krakowie WIŚiG Katedra Inżynierii Wodnej
___________________________________ dr inż. Leszek Książek
___________________________________ Transport i sedymentacja cząstek stałych
___________________________________ ___________________________________
wykład 1, wersja 4.4
USM Inżynieria Środowiska 2008/2009
___________________________________ ___________________________________
Slajd 2
___________________________________
Rumowiska rzeczne Ruch rumowiska odgrywa ważną rolę w kształtowaniu koryta i doliny rzeki. Przy projektowaniu regulacji technicznej lub renaturalizacji rzeki nie może być pominięty. Rumowisko - trwałe cząstki rozdrobnionych w czasie procesów erozyjnych skał. Erozja – naturalny proces niszczenia powierzchni Ziemi przez wodę, siłę grawitacji przy współudziale wody i przez wiatr. Erozja prowadzi do wyrównania powierzchni Ziemi.
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 3
Rumowisko powstaje przez spłukiwanie zwietrzałych w całym obszarze zlewni skał oraz przez erozyjne działanie prądu wody
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Miejsca wykonania zdjęć odległe są od siebie o ok. 5300 km, różnicy wysokości ok.670 m, potok Zimna Woda, Velka Studena Dolina, Sk
___________________________________ ___________________________________
Slajd 4
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Rzeka Skawa, Zembrzyce, - wysokość 310 m n.p.m., - km 37+000.
___________________________________ ___________________________________
Slajd 5
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Rzeka Wisła, Połaniec, - wysokość ok. 160 m n.p.m., - km 219+000.
___________________________________ ___________________________________
___________________________________
Slajd 6
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Ruch rumowiska wleczonego jest zjawiskiem okresowym,
___________________________________
występuje tylko w czasie wezbrania
___________________________________
[Fot. Archiwum]
___________________________________ Slajd 7
___________________________________
Ruch rumowiska wleczonego jest zjawiskiem okresowym,
___________________________________
występuje tylko w czasie wezbrania
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Slajd 8
___________________________________
Rumowiska rzeczne - klasyfikacja w zależności od sposobu poruszania się (PN-86/02480): a) rumowisko wleczone (γr>γw)piaski średnie, grube, żwiry, kamienie unoszone (γr>γw) iły, pyły, piaski, piaski drobne, c) zawieszone (γr<γw),
b)
___________________________________ Ruch rumowiska wleczonego jest zjawiskiem okresowym. Rumowisko unoszone jest obecne cały czas w wodzie, niektóre cząstki nie osiadają nawet w wodzie stojącej
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 9
___________________________________
Rumowisko niejednorodne
___________________________________
[Fot. A.Strużyński]
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Rumowisko jednorodne
___________________________________ Slajd 10
___________________________________
Pobór próby metoda sitowa Ilość: minimum 3 próby; co max 1 km, odcinki stabilne, znaczące dopływy, zmiany spadku min. 100 kg – rumowiska gruboziarniste (żwiry, pospółki), Min. 10 kg – rumowiska drobnoziarniste (piaski, pyły) (wg Ratomskiego)
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 11
___________________________________
Pobór próby metoda sitowa
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 12
___________________________________
Pobór próby metoda zamrażania próby – pobór próby o nienaruszonej strukturze
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 13
___________________________________
Pobór próby metoda zamrażania próby – pobór próby o nienaruszonej strukturze
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
[Fot. E.Słowik-Opoka]
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 14
___________________________________
Pobór próby metoda Wolmana (modyfikacja) – próba z warstwy powierzchniowej
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 15
Dok ładn ość
w ys o norm ka alna nisk a
Masa pojedynczej próby zależy od dopuszczalnego błędu (różne poziomy dokładności). PN-ISO 4364+AC1:2005 Pomiary przepływu w korytach otwartych. Pobieranie próbek materiału dennego.
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 16
Krzywa przesiewu – wybór skali
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 17
Krzywa przesiewu – wpływ wyboru oznaczania przedziałów na jej przebieg
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Najczęściej stosowane przedziały: frakcja 1 - ziarna < 2 cm, 2 - ziarna 2-4 cm, 3 - ziarna 4-6 cm, 4 - ziarna 6-8 cm, 5 - ziarna > 8 cm,
___________________________________ ___________________________________
Slajd 18
Krzywa przesiewu – wpływ ilości przedziałów (frakcji) na jej przebieg
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Linia wykreślona dla przedziałów 0.1 cm odzwierciedla najdokładniejszy przebieg zjawiska fizycznego – skład granulometryczny rumowiska.
___________________________________ ___________________________________
Slajd 19
Średnice charakteryzujące rumowisko dm – średnica miarodajna (wartość obliczana) dm = Σ dipi / Σpi di – średnia wartość średnicy z rozpatrywanego przedziału pi – procentowa zawartość ziaren przyjętego przedziału w całej próbie d% - średnice ziaren, które wraz z mniejszymi stanowią p [%] całości próby (odczyt z krzywej przesiewu) d50 - średnica ziarna; 50% zawartości próby ma średnicę większą/mniejszą niż podana
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 20
Wskaźniki nierównomierności uziarnienia Odchylenie standardowe krzywej przesiewu σ = (d86 / d14)0.5 Współczynnik wysortowania wg Hazena U = d60 / d10 Współczynnik różnoziarnistości ε = d95 / d5 Współczynnik jednostajności / Cecha dominacji Cd = d90 d10 / d250 U<5 rumowisko dobrze wysortowane, mało różnoziarniste, ε <5, Cd=1
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 21
___________________________________
Gęstość rumowiska (układ SI) ρr = 2650 kg/m3 (dla kwarcu) ρr = 2640-2690 kg/m3 (piaskowce, teren całej Polski)
___________________________________ ___________________________________
γr = 2650 x 9.81 N/m3
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Slajd 22
Kształt ziaren ma wpływ na warunki początku ruchu rumowiska Pomiary radioznacznikowe
Pomiary laboratoryjme
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
> 0,08
0,06-0,08
0,04-0,06
0,02-0,04
___________________________________ ___________________________________ Slajd 23
___________________________________
Parametry ziaren - przykład Lp.
Frakcja
Numer ziarna
a
b
c
1
0.0011
0.041
0.018
0.013
6
0.0019
0.025
0.018
0.018
3
8
0.0154
0.023
0.020
0.016
4
10
0.0048
0.019
0.016
0.013
5
13
0.0081
0.026
0.019
0.012
1-2 cm
2
Ψp =
b⋅c a2
kp =
a +b 2⋅c
Sp =
c a ⋅b
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Kategorie kształtu ziaren I
Średnica [m]
m
1
Współczynniki: - sferyczności Ψp - płaskości k p - kształtu Sp
Masa ziarna suchego [kg]
Kule
b/a
c/b
Ψp
kp
Sp
≥ 0.63 > 0.4
0.75-0.96
< 1.8
>0.70
< 0.52
II
Elipsoidy
≥ 0.64 > 0.33
III
Dyski i pręty
< 0.64
>0.50<0.86 <2.5>1.33 ≥0.43<0.70 < 0.70
> 1.93
<0.43
___________________________________ ___________________________________
Slajd 24
Zależność siły wleczenia od ciężaru i kształtu ziarna
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Zależność siły wleczenia FD od średnicy ziarna Db
___________________________________ Wniosek 1. Ziarna o takiej samej masie ale różnych kształtach w innych warunkach ulegają wymyciu z dna. Wniosek 2. Taka sama siła wleczenie FD najpierw uruchamia ziarna płaskie kategoria III, a na końcu ziarna kuliste
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 25
Intensywność transportu rumowiska wleczonego – konieczne pomiary terenowe Skład granulometryczny rumowiska Pomiary geodezyjne Przekroje poprzeczne Profil podłużny – spadek zwierciadła wody, Szorstkość dna koryta rzecznego i terenów zalewowych
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 26
___________________________________
p [%]
Krzywa przesiewu - przykłady
metoda sitowa
Krzywa przesiew u - Potoku Targaniczanka - p.XI-XI - prb. 2
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
___________________________________ ___________________________________ 0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
0.24
0.28
d i [m]
100
p [%]
Warstwy [cm]:
metoda zamrażania próby – próba warstwowa
80
0-10
60
10-20
40
20-30
20
30-40
2
4
6
8 10 12 średnica [cm]
14
___________________________________ ___________________________________
0 0
___________________________________
16
___________________________________ Slajd 27
___________________________________
Przekroje poprzeczne - przykłady
___________________________________
Wysokość [m.n.p.m]
371.6 371.4 371.2 371 370.8 370.6
___________________________________
370.4 370.2 370 369.8 0
5
10
15
20
Odległość [m]
___________________________________ ___________________________________ [Fot. Strużyński]
___________________________________ ___________________________________
Slajd 28
___________________________________
przykłady
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Slajd 29
___________________________________
Profil podłużny – przykład
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Slajd 30
___________________________________ Współczynnik szorstkości dna – przykład obliczeń MPM, d90=0,136 m
Strickler, d50=0,055 m
Gładki, dm=0,055 m Van Te Chow, Table
___________________________________ d 90 n= 26 6
1 21 = n d1/6 m
n =0,027
___________________________________
n =0,029
___________________________________
1 4 , 53 d m = 54 ,58 d m n =0,037 n
___________________________________
n =0,035
___________________________________ ___________________________________
___________________________________
Slajd 31 Poziom teoretyczny dna
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Slajd 32
___________________________________ Pomiar rozkładów prędkości wody - przykład h [m] 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.75
___________________________________
1.61 1.65
___________________________________ 1.42
___________________________________
1.26 0.93
1.25
1.75
V [m/s]
Wykres rozkładu prędkości w profilu pomiarowym – prędkość maksymalna występuje pod powierzchnia wody
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
Slajd 33
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Ratomski J., 2000, Podstawy projektowania zabudowy potoków górskich, Wołoszyn i in., 1974, Regulacja rzek i potoków,
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
