Slajd 1 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ
advertisement
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, ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
