Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

52
Conf. D. Nistoran, UPB 1 HIDRAULICA TEHNICA Recapitulare CURS 1 Facultatea de Energetică Specializarea Hidroenergetică Titular curs: conf. dr. ing. Daniela E. Nistoran

description

ds

Transcript of Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Page 1: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 1

HIDRAULICA

TEHNICA

Recapitulare CURS 1

Facultatea de Energetică

Specializarea Hidroenergetică

Titular curs: conf. dr. ing. Daniela E. Nistoran

Page 2: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 2 2

Cap. 1. GENERALITĂȚI PRIVIND

CURSURILE DE APĂ

1. Clasificare cursuri apă

2. Mărimi geometrice caracteristice

3. Forme tipice ale canalelor artificiale

4. Mărimi hidraulice caracteristice

5. Pante caracteristice

6. Regimuri de curgere

7. Hidrometria nivelului și adâncimii apei. Repartiția presiunilor pe verticală, în secțiune

8. Hidrometria vitezelor. Repartiția vitezelor într-o verticală de măsură și în secțiune

9. Hidrometria debitelor Recapitulare

Page 3: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 3 Conf. D. Nistoran, UPB 3

8. DISTRIBUȚIA / EPURA / HODOGRAFUL

VITEZELOR ÎNTR-O VERTICALĂ DE MĂSURĂ

pat mai rugos

pat mai neted

Relaţii aproximative pentru determinarea vitezei medii

într-o verticală de măsură

Vmax – se atinge

la aproximativ 0,2h

de oglinda apei intr-o

verticală de măsură

h < 0,2m

sv svV 9,08,0

V

h (0,20,4)m

0,2h

2

2,08,0 vvV

0,8h

h > 0,4m

albie mai îngustă,

maximul vitezei

mai jos

vântul influențează cu

mai puțin de 10% viteza

de la suprafața curentului

izotahe

6,0vV

0,6 h

Page 4: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 4 Conf. D. Nistoran, UPB 4

Coeficienții datorați repartiției

neuniforme a vitezei pe secțiune

• Coeficient Coriolis, (în relația lui Bernoulli de conservare a energiei)

• Coeficient Boussinesq (în relația de conservare a impulsului / cantității de mișcare)

(1,01 -1,2) pt. albii prismatice

1,2 pt. albii neregulate

și secțiuni compuse

(1,03 -1,36) pt. albii prismatice

(1,6 – 2) pt. albii neregulate

și secțiuni compuse AV

dAv

3

3

AV

dAv

2

2

AV

AVi

ii

3

3

AV

AVi

ii

2

2

Page 5: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 5 Conf. D. Nistoran, UPB 5

HIDROMETRIA VITEZELOR

1. cu flotori / plutitori: vs

2. morișca hidrometrică:

formula de calcul V = a+k•n

2. electromagnetice

3. acustice / radar (ADV)

a, k = constantele

moriștii (se

determină

prin etalonare cu

un

aparat mai precis)

Page 6: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 6 Conf. D. Nistoran, UPB 6

HIDROMETRIA VITEZEI PE RÂURI (cont.) Greutate (de formă hidrodinamică) adăugată

pentru viteze mari ca sa nu oscileze morișca

Page 7: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 7 Conf. D. Nistoran, UPB 7

vs

HIDROMETRIA VITEZELOR CU

PLUTITORI

Oferă o estimare a valorii vitezei în lipsa unui echipament de măsură. De preferat să se folosească

plutitori biodegradabili, în caz că nu pot fi recuperați. Ex: bețe, portocale sau coji de portocală (f. vizibile). Eventual mingi (tenis/ping-pong, sticle, bucata de polistiren).

Sunt necesare 3 teste (pentru a avea o medie) și 3 persoane Persoana din amonte dă

drumul la flotor și pornește cronometrul

Persoana din aval prinde flotorul și anunță când să se oprească cronometrul

Cea de-a treia persoană notează durata de parcurs a flotorului

sVV 8,0

centru

centrust

LV

3

tan gassdreaptascentrus

s

VVVV

Page 8: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 8 Conf. D. Nistoran, UPB 8

9. HIDROMETRIA DEBITELOR Alegerea metodei depinde de mărimea curentului

1. Metoda volumetrică - doar pt. debite foarte mici

2. Metoda deversorilor (capitol special)

3. Indirect – din Cheia limnimetrică (capitol special)

4. Prin integrarea (exploararea) câmpului de viteze (viteză x aria secțiunii)

Metoda grafo-analitică (din măsurători punctuale ale vitezei locale);

Metode acustice moderne: ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler).

5. Metoda diluției – prin măsurarea concentrației de trasor în aval de secțiunea de lansare:

Cu soluții saline

Cu coloranți solubili netoxici (rodamină), a căror concentrație foarte mica (până la 0,01 ppb) poate fi măsurată

Page 9: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 9 Conf. D. Nistoran, UPB 9

MASURAREA DEBITULUI PRIN

INTEGRAREA VITEZEI PE SECȚIUNE

(metoda grafo-analitică)

Presupune măsurarea prealabilă a adâncimilor (determinarea profilului transversal) și vitezelor în mai multe verticale de măsură (8-15) și puncte ale secțiunii transversale.

În fiecare verticală de măsură se calculează viteza medie, Vi

Pentru fiecare fâșie verticală a ariei secțiunii (i-j) se calculează debitul elementar, qi-j

Se însumează toate debitele elementare

bi-j

l1

l2 l3

h3 h2 h1

n

i

ji

jiji

jiji qQVVhh

bq122

Page 10: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 10 Conf. D. Nistoran, UPB 10

MASURAREA DEBITELOR PRIN

METODA DILUȚIEI / AMESTECULUI /

CHIMICĂ

Pretabilă la râuri mici și repezi, de munte.

Se măsoară conductivitatea electrică sau concentrația de sare din apa naturală a râului (C0).

Se diluează o cantitate dată de sare într-o găleată de apă (de ex. 1kg)

Se varsă soluția salină în râu (netoxică).

În aval de locul în care s-a vărsat soluția (la o distanță de aprox. 20 ori lățimea râului) se înregistrează valorile conductivității electrice a apei la intervale mici de timp (de ex. la fiecare 5s) și se compară cu conductivitatea naturală a apei râului

Alternativ, în locul conductivității se poate măsura evoluția în timp a concentrației de sare din apă (curbe de concentrație / restituție / polutograme) prin prelevarea unor probe de apă și analiza lor.

2

1

02

21

C

Cq

CC

CCqQ

Q = debitul curentului

q = debitul solutiei (debit de lansare din găleată)

C1= concentratia solutiei lansate;

C0 = concentrația inițială a soluției din râu (de obicei = 0)

C2 = concentrația probei recoltate.

Page 11: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 11 Conf. D. Nistoran, UPB 11

MĂSURAREA DEBITULUI PRIN

METODA TRASORILOR

0

)( dttC

CVQ

trasorinitialătrasorinitial

Page 12: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 12 Conf. D. Nistoran, UPB 12

MĂSURAREA DEBITELOR CU ADCP - ADCP-ul este tractat de un catamaran / trimaran din mal în mal sau este

montat pe o navă. Se fac minimum 2 parcurgeri.

- Exista și variante care se montează submerse, pe fundul canalului/râului,

sau pe taluz.

- Aparatul măsoară concomitent:

• batimetria profilului transversal / secțiunii

• viteza locală,

• debitul lichid și

• debitul solid sedimente

Page 13: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 13 Conf. D. Nistoran, UPB 13

Alegerea secțiunii de măsură a

vitezei / debitului pe un râu:

locația Stației hidrometrice (SH) Condiții:

Secțiune stabilă în timp, cu pat și maluri neerodabile (rocă, zonă betonată), care poate fi măsurată

Departe de zone cu îngustări / lărgiri de secțiune (care pot influența suprafața liberă prin curbe de remuu): sector drept pe o lungime de 4-5 lățimi de secțiune

Nu există aport sau prelevare de debit de suprafață sau subteran

Accesibilă în siguranță tot timpul anului, de pe o structură montată / construită

Preferabil nu departe de o bornă cadastrală

Nu departe de un limnimetru

Vitezele sau debitele nu depășesc posibilitățile de măsură ale instrumentelor sau înălțimea personalului

Puține vârtejuri sau zone de apă moartă (viteză nulă), puține obstacole

Debitele să difere față de cele de la SH din amonte și aval cu cel puțin 20%. La confluențe sunt obligatorii

Page 14: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 14 Conf. D. Nistoran, UPB 14

Modelare numerică 1D, 2D sau 3D ?

1D

2D

3D

xv

Conf. D. Nistoran, UPB

xvyv

Page 15: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 15 Conf. D. Nistoran, UPB 15

Câteva întrebări din Cap. 1 1. Explicați ce se întâmplă dinspre izvor spre vărsare cu

următoarele caracteristici ale unui curs de apă: debitul, viteza medie, adâncimea, dimensiunea medie a particulelor solide de pe patul albiei, panta talvegului.

2. Care sunt mărimile geometrice caracteristice ale unui curs de apă?

3. Dar mărimile hidraulice?

4. Cum se fac măsurătorile de viteză, nivel, adâncime, debit?

5. Cât timp evoluează / se modifică albia unui râu?

6. Care sunt cauzele principale ale inundațiilor?

7. Cum afectează urbanizarea riscul la inundații?

8. Cum și de ce se măsoară cota apelor în caz de viituri?

9. Ce măsuri se pot lua pentru reducerea riscului de inundații?

10. Ce măsurători și instrumente de măsură sunt necesare pentru a modela curgerea unui râu pe un sector?

Conf. D. Nistoran, UPB

Page 16: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

HT

CURS 2

NOȚIUNI DE GEODEZIE, TOPOGRAFIE,

TELEDETECȚIE ȘI GIS

Page 17: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 17 17

Noțiuni de GEODEZIE

Coordonate geografice Coordonate geografice –

unghiul format de raza punctului față de Ecuator și Meridianul 0 Longitudine geodezică – arcul /

unghiul la centrul sferei, A, măsurat de la meridianul Greenwich până la meridianul locului (- / V pt. emisfera vestică)

Latitudine geodezică – arcul / unghiul la centrul sferei, A, măsurat de la centrul sferei în raport cu Ecuatorul, până la paralela locului (- / S pt. emisfera sudică)

Altitudine geodezică – distanța punctului de pe geoid față de elipsoidul care îl aproximează, h.

N

E

A

A

''43'2544

''11'526

Ex. Casa Poporului

(din Google Earth)

geoid

Page 18: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 18 Conf. D. Nistoran, UPB 18

Coordonate carteziene coordonate carteziene:

distanța punctului A față de originea unui SR Oxyz (xA, yA, zA) in centrul pământului

Axa Oz – axa polilor (înclinată), Ox si Oy –în planul ecuatorial

Geoidul (Pământul) este aproximat mai bine printr-un elipsoid, nu printr-o sferă

Diferențele dintre coordonatele carteziene calculate pentru același punct pe sferă și elipsoid sunt relativ mici (la x și y - de ordinul secundelor), însă, transformate în distanțe sunt mari, 100 m.

elipsoidptc

z

a

yx

sferaptRzyx

.1

.

2

2

2

22

2222

a = semiaxa ecuatorială

în semicercul ecuatorial (1)

c = semiaxa polară

în semicercul meridianului

0 (2)

Page 19: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 19 Conf. D. Nistoran, UPB 19

PROIECTII CARTOGRAFICE

metode de reprezentare în plan a suprafetei terestre

asigura corespondenta între coordonatele geografice si ale punctelor de pe elipsoidul terestru si coordonatele rectangulare x si y ale acelorasi puncte pe harta

Pot fi:

Plane / planare

Cilindrice

Conice

Eliptice Toate introduc distorsiuni

unghiulare sau de dimensiuni, deci implicit de suprafață

Page 20: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 20 Conf. D. Nistoran, UPB 20

1. Proiecția cilindrică - UTM

(Universal Transversal Mercator)

Suprafața pământului se

proiectează pe un cilindru.

Longitudinea și latitudinea sunt

linii drepte

Europa

Page 21: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 21 Conf. D. Nistoran, UPB 21

2. Proiecțiile pseudo-cilindrică

și eliptica

Sacrifică

reprezentarea

unghiurilor în

favoarea

reprezentării mai

corecte a ariilor

Page 22: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 22 Conf. D. Nistoran, UPB 22

4. Proiecția conică (Lambert)

Suprafața

Pământului este

proiectată pe un

con

Harta Romaniei in proiectie conică

Page 23: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 23 Conf. D. Nistoran, UPB 23

3. Proiecții planare Suprafața Pământului este

proiectată pe un plan

Mai mult pentru zonele polare

În România se folosește din 1973 conf. STAS proiecția planară Stereo(grafic) 70, care permite reprezentarea intregii tari pe un singur plan cu erori minime

Polul proiecției este situat in centrul geometric al României, la N de orașul Făgăraș

Se folosește pentru harți, planuri cadastrale

Page 24: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 24 Conf. D. Nistoran, UPB 24

Sisteme de coordonate și Nivele

de referință. Georeferențiere

Datum (in soft-urile de GIS) reprezintă nivelul 0 pt. cote / elevații / altitudini (coordonata Oz) si este nivelul elipsoidului care aproximează geoidul

pt. coordonatele carteziene folosite în România (X, Y, Z – in m) - sistemul Stereo 70 (care are la bază elipsoidul Krasowski): S-42 România (Dealul Piscului)

pt. coordonatele geografice (longitudine, latitudine – în grade) specifice măsurătorilor cu GPS-ul și folosite la nivel internațional: sistemul WGS 84 (sistem 3D ce are la bază elipsoidul WGS 84).

Nivel de Referință - în Hidrologie / Hidraulică / Hidrotehnică se folosesc: MN (Sulina sau Constanța – pt. proiectele naționale), M.Baltică (pt. proiectele făcute cu fosta URSS, de ex. CHE Bicaz), M. Adriatică (pt. proiectele europene, de ex. CDMN)

Georeferențiere a unei hărți – aducerea ei la un sistem de coordonate cunoscut

Page 25: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 25 Conf. D. Nistoran, UPB 25

Page 26: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 26 Conf. D. Nistoran, UPB 26

GPS (Global Positioning System) de precizie

(aprox. 4000 Euro) – poate intra în legătură

prin intermediul antenei sale cu cei 28 sateliți

(necesari minimum 3 pentru transmiterea cu

exactitate a cotelor)

Precizia pe verticală a DGPS (GPS-uri

diferențiale, la care se folosesc mai multe

receptoare), în măsurători statice este de

ordinul mm (nu ca la GPS-urile navigator

ieftine!)

Precizia pe verticală în măsurători cinetice /

în mișcare – de ordinul cm-m.

Topometrie 1: INSTRUMENTE DE

MĂSURĂ A COTELOR TERENULUI

Page 27: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 27 Conf. D. Nistoran, UPB 27

Stația totală; Măsurând unghiuri și distanțe calculează

coordonatele punctelor.

Se pleacă de la borne topo (cadastrale), de coordonate

cunoscute și se verifică ultima cotă tot pe o bornă

Se poate face o drumuire (poligon închis) pentru verficare.

Topometrie 2: INSTRUMENTE DE

MĂSURĂ A COTELOR TERENULUI

drumuire

cu stația

totală

Page 28: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 28 Conf. D. Nistoran, UPB 28

Pt măsurători de mare densitate: sistemul LiDAR (Light Detection and

Ranging) din avion

Rezultatul măsurătorilor: reprezentarea digitală a topografiei terestre în

DEM (Digital Elevation Model) – Modele Numerice/Digitale de

Elevatie/Altimetrice, sau

DTM (Digital Terrain Model) – Modele Numerice/Digitale ale Terenului

Topometrie 3: INSTRUMENTE DE

MĂSURĂ A COTELOR TERENULUI

Page 29: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 29 Conf. D. Nistoran, UPB 29

Ce este GIS?

GIS (Geographic Information System) este un sistem computerizat capabil să stocheze și să manipuleze date spațiale

Este un instrument de analiză, capabil să să răspundă la interogări și să producă hărți interactive

Datele sunt achiziționate prin:

Ridicări topografice pe teren cu GPS-ul, stația totală, LiDAR

Digitizarea hărților (curbe de nivel, alte date)

Page 30: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 30 Conf. D. Nistoran, UPB 30

Tipuri de date GIS

Vector Puncte

SH

Baraje

Ridicări topografice punctuale

Linii Curbe de nivel

Limita bazinului hidrografic

Rețele hidrografice

Rețele de drumuri, căi ferate

Raster Fotografii aeriene

Imagini satelitare

utilizarea terenului

Fiecare punct din baza de date, are asociate, pe lângă valoarea corespunzătoare mărimii definite și poziția geografică de pe glob

Page 31: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 31 Conf. D. Nistoran, UPB 31

Ce sunt un Model Digital

(Numeric) al Elevației (DEM) sau al

Terenului (DTM) - MNT?

Reprezentarea digitală a topografiei terestre

Indispensabilă pentru modelări hidrologice: Calcule la nivelul bazinului

hidrografic, aflarea pantelor și direcției de scurgere a apei pe versanți, formarea rețelei hidrografice

transformarea precipitațiilor de pe versanți în debite.

și pentru modelări hidraulice propagarea viiturilor în albii

determinarea hărților de inundabilitate, a riscului și pagubelor

Page 32: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 32 Conf. D. Nistoran, UPB 32

TELEDETECȚIE (remote sensing)

și FOTOGRAMMETRIE Știința prin care se

măsoară, analizează și observă de la distanță obiecte sau procese, cu ajutorul unui senzor transportat de: Sateliți

imagini satelitare (ex. Google Earth) – fără elevație (pot fi gratuite)

Date spațiale – cu elevație (de obicei costa cu atât mai mult cu cât sunt mai precise).

Avioane Aerofotograme și

ortofotoplanuri

Date LiDAR

Aplicații: Monitorizarea inundațiilor

Monitorizarea stratului de zăpadă

Monitorizarea calității aerului

Page 33: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 33 Conf. D. Nistoran, UPB 33

Imagine satelitara cu harta inundatiilor

produse prin ruperea digului Dunării la

Bistreț (2006)

Page 35: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 35 Conf. D. Nistoran, UPB 35

Programe pentru lucru cu

hărțile și datele GIS

ArcGis

OpenGIS

Global Mapper și altele…

Pentru Hidraulică:

Interfața pentru HEC-RAS (River Analysis Software): HEC-

GeoRAS

Pentru Hidrologie:

Interfața pentru HEC-HMS (Hydrologic Modeling Software):

HEC-GeoHMS

Page 36: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

CAP. 3 MIȘCAREA

UNIFORMĂ (M.U.)

Notă: pentru a putea face la

seminar problemele de M.U. din

Cap. 3, se va studia acesta

înaintea Cap. 2

Page 37: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 37 Conf. D. Nistoran, UPB 37

Cap. 3. MIȘCAREA UNIFORMĂ

1. Generalități

2. Ecuația lui Chezy. Cheia limnimetrică

3. Relația lui Manning

4. Coeficientul de rugozitate. Valori

5. Rugozitatea echivalentă pentru secțiuni compuse

6. Calculul MU în canale artificiale

7. Exercițiu / Temă

Page 38: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 38 Conf. D. Nistoran, UPB 38

1. Generalități MU

Toți parametrii hidraulici (h, A, V, I, rugozitate) rămân constanți de-a lungul curgerii (cu x), adică în orice secțiune

i = J = Je = Jf (hlocale = 0)

Adâncimea în MU = adâncime normală = hn

Specifică scurgerilor prin canale artificiale pe sectoare depărtate de extremitățile acestora.

Pe râuri se poate aproxima MU doar pe sectoare prismatice pentru calcule primare, simpliste, care să ofere rezultate foarte aproximative

i

Je

J

hn

MRV

Lac

MGV MU

x

Cădere

hidraulică

Page 39: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 39 Conf. D. Nistoran, UPB 39

2. ECUAȚIA CHEZY

RiChV n

iKRiAChQ nn )(

i

QRAChK nn

= coeficient Chezy

[C]SI = m0.5/s

Kn = Debitanța / Modul de debit /

Capacitate de transport în MU –

independent(ă) de pantă

[Kn]SI = m3/s

C (rugozitatea patului, R)

Ipoteze:

• MU, turbulent rugoasă

• albie prismatică, i > 0

i > 0

Ff G sin

A h

Gcos

dx Q

G x

P

sinGF f

idxAgdxAgG

dxPVkdxPAF ff

sinsin

2

00

iP

A

k

ghV n

Relația lui

Chezy

(1.1)

(1.2)

(1.3)

k

gC

C

Page 40: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 40 Conf. D. Nistoran, UPB 40

CHEIA LIMNIMETRICĂ și CURBA

CAPACITĂȚII DE TRANSPORT

Kn

hn

Q(hn)

i creşte

i scade

Q

hn hn

hn

hn

Kn(hn)

în MU (permanentă) cheia limnimetrică

– dependență biunivocă

În MnP – dependență “în buclă” (histerezis)

cotele la sosirea undei de viitură

(pe hidrograful ascendent) <

cotele la plecarea undei de viitură

(pe hidrograful descendent)

Q(h)

ramura

ascendentă

ramura

descendentă

hasc.

hdesc.

Page 41: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 41 Conf. D. Nistoran, UPB 41

RELAȚIA LUI MANNING

6

1

6

11

RkRn

C Str

Strkn

1

iRn

V 3/21

n = coeficient Manning de rugozitate

(folosit în țări anglo-saxone și România)

kStr = coeficient Strickler de rugozitate

(țări francofone)

[n] = m1/3/s

Ecuația

Chezy-Manning

Relația lui Manning (- Strickler)

iP

A

nQ

3/2

3/51

(1.4)

Introducând expresia (1.4) a lui Manning în relația lui

Chezy (1.1) pentru V și (1.2) pentru Q

Ecuația Chezy – Manning pentru V (1.5),

respectiv pentru Q (1.6)

(1.4)

(1.5)

(1.6)

Page 42: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 42 Conf. D. Nistoran, UPB 42

mnnnnnn 43210

Coeficientul de rugozitate Manning

n0 = valoarea de bază pentru albia dreaptă, uniformă, fără vegetație; caracterizează materialul (nisip, pietriș, pământ, beton etc)

n1 = factor de corectie datorat iregularităților: 0,01 – iregularități mici, 0,03 – iregularități mari ale patului

n2 = factor de corectie datorat modificărilor de formă și dimensiune

n3 = factor de corectie datorat obstrucțiilor (insule, pile/picioare de pod, culee, bușteni etc.)

n4 = factor de corectie datorat vegetației (mai mare vara)

m = factor de corectie datorat meandrelor (coeficientul de meandrare / indicele de sinuozitate)

Variația coef. de rugozitate:

cu vegetația Naturală - sezonieră

Antropică - prin întreținerea (“toaletarea”) albiilor

Cu debitul / nivelul

hn

Q(hn)

n2 <

n1 >

Q

h

h2

h1

l

L

l

Lm

coeficientul de meandrare /

indicele de sinuozitate

Page 43: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 43 Conf. D. Nistoran, UPB 43

4. VALORI ORIENTATIVE ALE

COEFICIENTULUI DE RUGOZITATE

Materialul albiei râului

sau cămășuielii canalului n0 kS

Canale drepte cu taluz betonat 0.012 – 0.016 60 - 80

Canale drepte, cu taluz neprotejat,

(din pământ) și puțină vegetație

0.02 – 0.025 40 - 50

Râu cu pietriș și vegetație în albie 0.025 – 0.035 20 – 40

Râuri de munte cu bolovani 0.03 – 0.05 20 – 35

Albie majoră cu vegetație 0.06 – 0.1 10 - 15

Experiența inginerească pentru a stabili o valoare a coeficientului de rugozitate

este indispensabilă!

Valoari reale pentru un anumit râu se obțin prin modelare numerică hidraulică și

calibrarea modelului pe date măsurate de niveluri și debite.

Mai multe informații se pot găsi la www.fhwa.dot.gov/bridge/wsp2339.pdf

Page 44: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 44 Conf. D. Nistoran, UPB 44

n = 0,023

n = 0,031

n = 0,11

n = 0,14

Page 45: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 45 Conf. D. Nistoran, UPB 45

Din manualul Hydraulic

Reference HEC-RAS:

valorile lui n pentru

albii minore și majore

Page 46: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 46 Conf. D. Nistoran, UPB 46

Din Hydraulic

Reference

HEC-RAS :

valorile lui n pentru

canale artificiale

Page 47: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 47 Conf. D. Nistoran, UPB 47

Din manualul Hydraulic

Reference

HEC-RAS:

valorile lui n pentru

albii excavate sau

dragate

Page 48: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 48 Conf. D. Nistoran, UPB 48

In Română:

Îndreptar pentru calcule hidraulice

Kiselev, Ed. Tehnică, 1988

Page 49: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 49 Conf. D. Nistoran, UPB 49

5. RUGOZITATEA ECHIVALENTĂ

PENTRU ALBII COMPUSE

3/2

3/2

1

5.1

P

Pn

n

N

i

ii

e

P2, n2

P1, n1

P3, n3

Horton-Einstein

2/1

2/1

1

2

P

Pn

n

N

i

ii

e

Pavlovski

P1, P2, … PN

(n1, n2, … nN)

N

i i

ii

e

n

RP

PRn

1

3/5

3/5

Lotter

Page 50: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 50 Conf. D. Nistoran, UPB 50

Calculul debitului pentru albii

compuse

AMs

AMs

AMs

AMs

AMd

AMd

AMd

AMd

am

am

am

am

AMsAMdamt iP

A

ni

P

A

ni

P

A

nQQQQ

32

35

32

35

32

35

111

am

amL

zi

AMd

AMdL

zi

AMs

AMsL

zi

,

,

L

z

PPP

AAA

ni

P

A

nQ

AMsAMdam

AMsAMdam

et

t

e

t

32

35

32

35

11

LAMd

Lam

nam, Pam

nAMs , PAMs nAMd , PAMd

A.M.s. A.M.d

A.m.

AAM

Aam

LAMs

Q

Prin însumarea debitelor pe porțiuni

Cu rugozitatea echivalentă

Page 51: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 51 Conf. D. Nistoran, UPB 51

Tema nr. 1 (vezi fișier pdf separat)

MIȘCAREA UNIFORMĂ

Date cunoscute:

Panta talvegului: i = 0.002

Adâncimea la revărsare: h = 2m (la care apa se revarsă în A.M.)

Panta taluzului : 2 H /1 V (m = 2)

Mărimi de calculat:

A. n = 0,0526, Q = ? V = ? Regimul de curgere? Trasați cheia limnimetrică h(Q,n).

B. n’ = 0,04, Q’ = ?, V’ = ?; Trasați noua cheie limnimetrică h’(Q,n’). Punctul curent.

h’’ și V’’ corespunzătoare lui Q?

C. Faleză pietonală care sa fie inundată la Q’’ = 10,7 + (-1)N·0,1 m3/s; hp = ?

n’’ = 0,033 faleză.; Q’’’ (h = 2m) = ? Foloșiți două metode de calcul.

1.5 m

4 m

h = 2 m

2

1 n

2 m

4 m

2

1 hp

1.5 m

n’ n’’

Page 52: Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU

Conf. D. Nistoran, UPB 52 Conf. D. Nistoran, UPB 52

Câteva întrebări

1. Ce este Geodezia și ce utilitate are în Hidraulică?

2. Ce este Topografia și ce utilitate are în Hidraulică?

3. Ce este Teledetecția și ce utilitate are în Hidraulică?

4. Ce este GIS și ce utilitate are în Hidraulică?

5. Dație exemple de valori ale coeficientului de

meandrare și coeficientului de rugozitate pentru un

sector de râu din România.

6. Cum variază cheia limnimetrică în amonte și aval de

un baraj nou construit? Dar în funcție de anotimp

(vegetație)? De câte ori pe an (în medie) se trasează

cheile limnimetrice la o SH?

7. Cum se calculează debitul scurs printr-o albie

compusă (la inundație)?

Conf. D. Nistoran, UPB