4 czerwca 2008

Politechnika Szczecińska

Katedra Budownictwa Wodnego

Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego

z hydrauliki

Ćwiczenie numer 4

Temat: Ruch wody w rumowiskach i korytach otwartych

1. Część teoretyczna:

Ruch wody w korytach otwartych odbywa się pod wpływem siły grawitacji, którą rozkładamy na 2 składowe. Składowa pozioma powoduje ruch wody w korycie, natomiast składowa pionowa odpowiedzialna jest za nacisk na podłoże koryta.

Wielkość siły nacisku zależy od głębokości koryta oraz od spadku zwierciadła. Działanie składowej pionowej powoduje również ruch materiału stałego i rozpuszczanego w korycie zwanego rumowiskiem.

Zdolność transportowania materiału stałego i rozpuszczanego zależy od następujących czynników:

• wielkości przepływu,

• prędkości wody w korycie,

• spadku koryta.

Im większy spadek tym więcej materiału jest przenoszone. Ta sama zależność dotyczy prędkości wody w korycie i wielkości przepływu. Warto dodać, że im większy jest spadek tym łatwiej jest przenoszony materiał stały w rumowisku.

Rumowiska dzielimy ze względu na sposób w jaki transportują materiał stały. Wyróżniamy następujące rodzaje ruchu w rumowisku:

• toczny,

• wleczny,

• unośny,

• zawieszny,

• roztwory.

Ruch wody w korytach otwartych może odbywać się ruchem jednostajnym bądź niejednostajnym (zmienny). Ruch jednostajny obserwujemy gdy zwierciadło jest równoległe do dna oraz gdy koryto ma stały przekrój poprzeczny. Jeśli choć jeden z powyższych warunków nie jest spełniony to obserwujemy ruch zmienny (niejednostajny). Gdy zachowamy wszystkie konieczne warunki do obserwacji ruchu jednostajnego, to będzie trwał on tak długo, aż nie zostanie on zakłócony przez jakąś przeszkodę. Wnioskujemy z tego, że istnieje możliwość, w której pomimo zachowania wszystkich warunków koniecznych do obserwowania ruchu jednostajnego nie będziemy mogli go uzyskać, gdyż na przykład umieścimy w korycie przegrodę.

2. Opis stanowisk pomiarowych.

Stanowisko I składa się z koryta oraz zbiornika przedzielonego przegrodami zapewniającymi płynny dopływ wody do koryta. Stanowisko II ma większe wymiary od pierwszego. Dodatkowo jego dno posypane jest piaskiem i żwirem aby można było zaobserwować ruch rumowiska.

3. Kolejność czynności

Stanowisko I:

1. Zmierzyć geometryczne parametry stanowiska

2. Otworzyć dopływ wody do modelu

3. Poczekać aż woda wypełni niemal cały zbiornik

4. Podnieść przegrodę tak aby poziom wody w korycie wynosił około 2cm

5. Po kolei ustawić progi, i obserwować zachowanie wody w korycie

6. Podnieść przegrodę aby poziom wody w korycie podniósł się o kilka cm i powtórzyć czynności z punktu 5

Stanowisko II:

1. Zmierzyć geometryczne parametry stanowiska

2. Otworzyć dopływ wody do stanowiska

3. Ustalić poziom wody na 44cm

4. Obserwować zachowanie wody w korycie

5. Podnieść poziom wody do 48cm i powtórzyć czynności z punktu 4

6. Podnieść poziom wody do 52cm i powtórzyć czynności z punktu 4

7. Po kolei wkładać przeszkody A, B, C, D, E i obserwować ruch wody na każdej przeszkodzie

4. Przebieg obserwacji dla stanowiska I

Dla przegrody numer 1:

Tuż przed przeszkodą poziom wody nieznacznie się podnosi, po czym zaczyna spadać, na końcu przeszkody widać nagły spadek wody (wodospad). Za przeszkodą (między ścianą przeszkody a strumieniem wody) tworzy się pęcherz powietrza.

Dla przegrody numer 2:

Tuż przed przeszkodą woda spiętrza się, po czym jej poziom nieznacznie się obniża i płynie równolegle do zaokrąglonego boku.

Dla przeszkody numer 3:

Tuż przed przeszkodą poziom wody podnosi się, a następnie się obniża. Na powierzchni przeszkody obserwujemy zakłócony ruch wody wynikający z chropowatości powierzchni. Za przeszkodą obserwujemy jak woda spada z krawędzi tworząc wodospad tylko w miejscach, w których nie było kamieni. W miejscach, w których były kamienie woda spływała po ścianie przeszkody.

Dla przeszkody numer 4:

Przed przeszkodą woda spiętrza się, a następnie jej poziom opada. płynie równolegle do zaokrąglonego boku, a następnie równolegle do krawędzi pionowej. Tuż za przeszkodą poziom wody jest bardzo niski, co spowodowane jest prędkością spływającej wody. Nieco dalej woda piętrzy się i możemy obserwować jej burzliwy przepływ.

5. Przebieg obserwacji dla stanowiska II:

Dla przeszkody A:

Przeszkoda A - spiętrzenie wody przed przeszkodą, bezpośrednio za przeszkodą wystąpiło zaburzenie strumienia wody co powodowało przenoszenie frakcji rumowiska na dalszą odległość.

Dla przeszkody B:

Przeszkoda B - spiętrzenie wody przed przeszkodą, bezpośrednio za przeszkodą występuje delikatne zaburzenie wody spowodowane jej spływem po ścianie przeszkody, co prowadzi do delikatnego wypłukiwania materiału z rumowiska.

Dla przeszkody C:

Przeszkoda C - tuż przed przeszkodą poziom wody nieznacznie się podnosi, po czym zaczyna spadać, na końcu przeszkody widać nagły spadek wody (wodospad) i delikatne wypłukiwanie materiału z rumowiska.

Dla przeszkody D:

Przeszkoda D - takie samo zachowanie wody jak przy przeszkodzie C, z tym że pod koniec przeszkody występuje większy nagły spadek wody i co za tym idzie bardziej intensywne wypłukiwanie materiału z rumowiska.

Dla przeszkody E (imitującej filar mostowy):

Przeszkoda E (imitująca filar mostowy) - ruch wody dookoła przeszkody nie jest wzburzony, woda swobodnie opływa przeszkodę imitującą filar mostowy, można jedynie zaobserwować delikatne wypłukiwani materiału z rumowiska dookoła przeszkody.

---