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,

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________