Wpływ roślinności na opory przepływu

1. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Wpływ roślinności na opory przepływu

2. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Schemat oddziaływania roślinności Roślinność terenu zalewowego Schemat oddziaływania

3. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Przepływ wody w naturalnych ciekach o charakterze górskim zależy od oporów ruchu wody po szorstkim dnie i dławienia bocznego wywołanego roślinnością lub innymi przeszkodami, w obliczeniach prędkości średniej należy również uwzględnić współczynnik oporów liniowych l. Obliczając przepływ, posłużyć można się przekrojem podzielonym na obszary: I - roślinność wysoka na terenie zalewowym, brak wpływu koryta głównego na warunki przepływu, II - roślinność średnia i wysoka na terenie zalewowym, wpływ koryta głównego, III - brak roślinności lub roślinność niska, wpływ szorstkości dennej i zalewu, obszar koryta głównego

4. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym W obszarach I, II i III średnią prędkość obliczymy ze wzoru Darcy-Weisbacha:

5. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Opory ruchu wody w uregulowanym korycie cieku należy określić jako sumę oporów ruchu wody po podłożu λs oraz bocznych λv, wywołanych przez umocnienia brzegu:

6. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Dno szorstkie koryta

7. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Roślinność terenu zalewowego

8. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Opory przepływu powstałe w rezultacie oddziaływaniem dna obliczymy wzorem Colebrooka - White’a: wg Rickerta przy dużej chropowatości względnej koryta cieku równanie można uprościć do postaci :

9. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym po przekształceniu można obliczyć współczynnik oporów ścian i dna: gdzie: - chropowatość względna [-]

10. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Dla przeszkód wysokich współczynnik strat liniowych oblicza się jako część przekroju zajętą przez rośliny do powierzchni całości przekroju. Posługując się bezwymiarowym współczynnikiem oporów opływania CWR, rozstawą roślin ax i ay, oraz ich średnicą dp i wysokością w trakcie trwania przepływu hp, możliwe jest określenie dławienia bocznego wywołanego przez roślinność wystającą ponad zwierciadło wody: gdzie: CWR - bezwymiarowy współczynnik oporów opływu roślinności zależy od stosunku prędkości dopływającej vp do średniej prędkości w obszarze zajmowanym przez roślinność vv oraz od zafalowań wywołanych przez roślinność

11. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Ponieważ według Lindnera współczynnik oporów, wywołany roślinnością, nie jest zależny liniowo od przesłonięcia przekroju roślinnością i jej zagęszczenia w układzie liniowym, lecz zmienia się, fakt ten uwzględnia stosunek prędkości ruchu wody przed poza przeszkodą:

12. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Zmienność współczynnika oporu pojedynczego elementu przy dwuwymiarowym przepływie CW podał Lindner :

13. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Współczynnik porośnięcia oblicza się ze wzoru: Szerokość strefy oddziaływania obszaru II (zarośniętego) na obszar nie zarośnięty III: gdzie współczynnik oporu w płaszczyźnie rozdziału:

14. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Zgodnie z koncepcją Einstein, o równości prędkości średniej w każdym podobszarze koryta, uśrednienia wymagają zróżnicowane współczynniki oporu w korycie głównym oraz należy wprowadzić podział promienia hydraulicznego przekroju Ri: Szorstkość bezwzględną (zastępczą wysokość występów szorstkości) w płaszczyźnie rozdziału oblicza się ze wzoru:

15. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Średni współczynnik oporów w głównym korycie oblicza się uwzględniając współczynniki oporów w części przekroju wolnej od roślinności oraz w płaszczyźnie rozdziału: Prędkość średnia w obszarze III : Prędkość w płaszczyźnie rozdziału obszarów II i III :

16. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym System współczynników umożliwiający obliczenie aktualnego, dla danego przekroju, współczynnika szorstkości opracował Cowan, przedstawiając następujące zestawienie:

17. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Charakterystyka współczynników do obliczania szorstkości metodą Cowana

18. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Maks. zagęszcz. Brak roślin Wpływ roślinności na przepustowość

19. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Energia koryta: gdzie: mgI - siła naporu jednostkowego fragmentu wody w korycie [N], vt ­- droga pokonana w jednostce czasu [m]

20. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Energia zużyta na pokonanie oporów opływu dna szorstkiego i roślinności:

21. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Podstawiając całkowite opory opływu oraz: - opór opływu dna szorstkiego: oraz: - opór opływu roślin:

22. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności otrzymamy: gdzie: Ar - powierzchnia opływu roślinności z jednostkowego wycinka powierzchni dna przy napełnieniu wywołującym ruch m masy wody [m2]

23. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Zakładając, że F Cd dla stałego zakresu liczby Reynoldsa, przy dnie sztywnym, jest wartością stałą i zastępując możemy napisać: Przyjmując założenie, że opory wywołane szorstkością denną są znikomo małe w stosunku do oporów opływu roślinności na terenie zalewowym można napisać:

24. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Dla znanego rozkładu prędkości w profilu o liczbie warstw n wartość Arv2 obliczymy:

25. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Opory opływu roślinności Przyjęto następujące założenia: - wytworzona przez siłę ciężkości energia ruchu wody jest równa energii zużytej na opory opływu, - współczynnik oporów opływu Cr roślinności, dla pozostającej w jednym zakresie liczby Reynoldsa, ma stałą wartość, - roślinność nie ulega zniszczeniom podczas przepływu, - stosunek oporów opływu dna i roślinności na terenie zalewowym przyjmuje wartość zaniedbywalnie małą.

26. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Charakterystyka roślinności Rozkład powierzchni opływu

27. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Charakterystyka roślinności Teren zalewowy

28. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Charakterystyka roślinności Teren zalewowy

29. Akademia Rolnicza w Krakowie Katedra Inżynierii Wodnej Przepływ na terenie zalewowym Koniec