Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Slajd 1
Transport i sedymentacja cząstek stałych
Akademia Rolnicza w Krakowie
WIŚiG Katedra Inżynierii Wodnej
dr inż. Leszek Książek
USM Inżynieria Środowiska 2008/2009
wykład 1, wersja 4.4
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
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
b) unoszone (γr>γw) iły, pyły, piaski,
piaski drobne,
c) zawieszone (γr<γw),
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 metoda zamrażania
próby – pobór próby o
nienaruszonej
strukturze
Pobór próby
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 13 metoda zamrażania próby –
pobór próby o nienaruszonej
strukturze
Pobór próby
[Fot. E.Słowik-Opoka]
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 14 Pobór próby
metoda Wolmana
(modyfikacja) – próba z
warstwy powierzchniowej
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 15 Masa pojedynczej próby
zależy od
dopuszczalnego błędu
(różne poziomy
dokładności).
PN-ISO
4364+AC1:2005
Pomiary przepływu w
korytach otwartych.
Pobieranie próbek
materiału dennego.
Dokładnośćwysoka
normalna
niska
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 16 Krzywa przesiewu – wybór skali
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 17
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,
Krzywa przesiewu – wpływ wyboru
oznaczania przedziałów na jej przebieg
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 18
Linia wykreślona dla przedziałów 0.1 cm odzwierciedla najdokładniejszy
przebieg zjawiska fizycznego – skład granulometryczny rumowiska.
Krzywa przesiewu – wpływ ilości
przedziałów (frakcji) na jej przebieg
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
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 / d5Współczynnik 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
0.0120.0190.0260.0081135
0.0130.0160.0190.0048104
0.0160.0200.0230.015483
0.0180.0180.0250.001962
0.0130.0180.0410.001111-2 cm1
cbam
Średnica [m]Masa ziarna suchego [kg]
Numer ziarna
FrakcjaLp.
Kategorie kształtu ziaren b/a c/b Ψp kp Sp
I Kule ≥ 0.64 ≥ 0.63 0.75-0.96 < 1.8 >0.70
II Elipsoidy > 0.33 > 0.4 >0.50<0.86 <2.5>1.33 ≥0.43<0.70
III Dyski i pręty < 0.64 < 0.52 < 0.70 > 1.93 <0.43
ba
cS p
⋅=
2a
cbp
⋅=Ψ
c
bak p
⋅
+=
2
Współczynniki:
- sferyczności ΨΨΨΨp
- płaskości kp- kształtu Sp
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 24
Zależność siły wleczenia FD od
średnicy ziarna Db
Wniosek 2. Taka sama siła wleczenie FD
najpierw uruchamia ziarna płaskie
kategoria III, a na końcu ziarna kuliste
Zależność siły wleczenia od
ciężaru i kształtu ziarna
Wniosek 1. Ziarna o takiej samej masie
ale różnych kształtach w innych
warunkach ulegają wymyciu z dna.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
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 Krzywa przesiewu - przykłady
Krzywa przesiewu - Potoku Targaniczanka - p.XI-XI - prb. 2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28
d i[m]
p [%]
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16
średnica [cm]
p [%]
0-10
Warstwy [cm]:
10-20
20-30
30-40
metoda zamrażania próby – próba warstwowa
metoda sitowa
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 27
369.8
370
370.2
370.4
370.6
370.8
371
371.2
371.4
371.6
0 5 10 15 20
Odległość [m]
Wysokość [m.n.p.m]
Przekroje poprzeczne - przykłady
[Fot. Strużyński]
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 28 przykłady
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 29 Profil podłużny – przykład
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 30 Współczynnik szorstkości dna – przykład obliczeń
26
690dn =
MPM, d90=0,136 m
Strickler, d50=0,055 m
Gładki, dm=0,055 mmd
mdn53,4
58,541=
n =0,027
n =0,029
n =0,037
Van Te Chow, Table n =0,035
1/6
md
21
n
1=
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 31 Poziom teoretyczny dna
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 32 Pomiar rozkładów prędkości wody - przykład
0.93
1.26
1.42
1.65
1.61
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
0.75 1.25 1.75 V [m/s]
h [m]
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,
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________