Cel i zadania regulacji: -kompleksowe uregulowanie stosunków wodnych cieku i dolinie -utworzenie i utrwalenie linii regulacyjnych dla przepływu na który regulacja została zaprojektowana - zmniejszenie lub ustalenie ruchu rumowiska -ułatwienie spływu lodowców -zabezpieczenie przed wylewem wielkich wód -zwiększenie użyteczności rzek i potoków dla powszechnego wykorzystania wód Cele: Regulacja polega na nadaniu jej koryta odpowiednich spadków, kierunków i krzywizn. Cel ten osiąga się przez wykonywanie różnorodnych działań technicznych biotechnicznych i biologicznych zmierzających do ustabilizowania linii brzegów dla bezpiecznego przepuszczania ustalonych przepływów oraz zabezpieczenia koryta przed szkodliwym działaniem procesów erozji i akumulacji. Wszystkie te działania powinny być projektowanie i realizowane aby pozostawały w zgodnie z wymogami ochrony środowiska i zachowaniem walorów krajobrazowych. Ciek- wyżłobione koryt wypełnione całkowicie lub częściowo wodą płynącą Koryto- najmniejsza część doliny, po której przepływają wody opadowe i gruntowe wraz z materiałem prze nie unoszonym i wleczonym. Rodzaje: naturalne(strumyki, potoki), sztuczne(kanały rowy przekopy)
PRAWA FARGUE'A I prawo-(przesuniecia lub odstępu)- największa głębokość występuje poniżej największej krzywizny w odległości około podwójnej szerokości koryta w poziomie zwierciadła wody przy stanie normalnym. Najmniejsza głębokość występuje poniżej najmniejszej krzywizny w odległ ok. podwójnej szerokości koryta w poziomie zwierciadła wody przy stanie normalnym. Rys
II prawo- głębokości. Im mniejszy jest promień krzywizny (większe ro) tym głębszy jest wybój poniżej wierchomka krzywizny. Rys
III prawo- dla utrzymania w rzece regularnych korzystnych głębokości, dł. Łuków i odcinków przejściowych nie może być zbyt wielka i mała. Długości te muszą być określone dla każdej rzeki osobno
IV prawo- Przy jednakowej długości łuków, średnia głębokość na łuku między dwoma brodami jest tym większa im mniejszy jest wewnętrzny kąt wierzchołkowy między stycznymi.
V prawo- profil podłużny dna w nurcie rzeki jest tylko wtedy regularny gdy krzywizna zmienia się w sposób ciągły. Każda skokowa zmiana krzywizny wywołuje nagłą zmianę głębokości.
Prawo VI- Jeśli krzywizna mienia się w sposób ciągły to nachylenie stycznej do krzywizny wyznacza spadek dna. - pochylenie dna na znak + gdy dno się obniża -pochylenie dna ma znak - gdy dno się podnosi Rys
|
RUCH WODY W KORYTACH OTWARTYCH Obliczenie hydrotechniczne koryt otwartych wykonuje się wykorzystując równania ważne dla zachowania ciągłości przepływu. Q=F1*v1=F2*v2=const Jeśli przekroje na poszczególnych odcinkach nie różnią się znacznie miedzy sobą to: F1=F2 wiec v1=v2 Przy zmianie przekroju poprzecznego zmienia się prędkość przepływu a przy stałym przepływnie powstaje Ruch równomierny ustalony. Gdy F1<F2 musi być v1>v2 - ruch nierównomierny opóźniony a zwierciadło wody układa się wg krzywej spiętrzenia. Gdy F1>F2 musi być v1<v2 - ruch nierównomierny przyspieszony a zwierciadło wody układa się wg krzywej depresji. Gdy elementy ruchu zmieniają się w czasie powst. Ruch nieustalony (np. w czasie wezbrań). POPRZECZNA CYRKULACJA WODY SPADEK POPRZECZNY ZW WODY NA ŁUKU: Prędkość wody przy zmianie kierunku musi pokonać opór krzywizny. Opór ten pokonuje gromadząc na początku krzywizny pewien zasób energii w postaci spiętrzenia wody przy brzegu wklęsłym dzięki działaniu siły odśrodkowej. S= M*v^2 / r Siła odśrodkowa musi być zrównoważona przez parcie hydrostatyczne . PRĄDY ZŁOŻONE (żłobione)- drążą zwykle koryta przy brzegach wklęsłych- tym silniej erodując dno skarp im bardziej strome są brzegi. PRĄDY NANOSZĄCE- formują zwykle odsypiska przy brzegach wypukłych w miejscach położonych nieco niżej strefy erozji na brzegach przeciwległych Ruch ustalony w korytach nierozmywanych -charakterystyka prędkości w przekroju poprzecznym: Rys
Układ prądów wody:
Ruch ustalony w korytach nierozmywalnych : Prędkości przepływu wody w korytach rzecznych kształtują się pod wpływem różnorodnych czynników. Do najważniejszych z nich można zaliczyć: · spadek zwierciadła wody, · głębokość, · opory ruchu, · kształt i wymiary przekroju poprzecznego, · kształt koryta w planie, · ruch rumowiska, · zjawiska lodowe, · zarastanie koryta, · istniejące budowle wodne, · przeszkody lokalne.
Chezy:
gdzie: C - współczynnik prędkości (wsp. Chezy) zależny od właściwości powierzchni zwilżonej przez strumień [m0,5s-1], I - spadek linii energii strumienia [-]. W praktyce przyjmuje się uproszczenia:
gdy B >> ts; zamiast Rh Ⴛ ts=F/B
Charakterystyka prędkości w przekroju poprzecznym Przestrzenny rozkład prędkości w przekroju poprzecznym jest kształtowany przez oddziaływanie oporów (szorstkości) dna oraz brzegów.
Rozkład prędkości w korycie: a - szerokim, b - zwartym, c - złożonym Obliczanie prędkości w korytach złożonych Przepływ całkowity: Q=Q1+Q2+ Q3=v1F1+ F2v2+ F3v3 Prędkości lokalne:
Zastępczy współczynnik prędkości (Cz):
|
RUMOWISKO RZECZNE -trwałe cząstki rozdrobnionych skał przemieszczające się wraz z ruchem wody Rumowisko obce- dostarczane do cieku wskutek erozji powierzchniowej. Na przebieg erozji pomierzch w zlewni wywierają wpływ: -opady atmosferyczne -spływ powierzchniowy -położenie i kształt spływu wody -rodzaj gruntu -szata roślinna -długość i spadek pow. Zlewni -działalność gospodarcza człowieka Rumowisko nawiewane- przez wiatr- erozja eoliczna Rumowisko własne- pochodzące z rozmyć materiału dennego - erozja denna, pochodzące z rozmyć brzegów- erozja boczna. RODZAJE RUMOWISKA:
-skaczące- materiał skaczący po oderwaniu się od dna podnosi się w wodzie na nieznaczną wysokość, do obszaru niezdolnego do przytrzymania tego materiału a następnie opadu w pewnym oddaleniu od punktu wyjściowego bez wzgl. na niezmienność działania sił hydrodynamicznych, które spowodowały jego ruch do góry. -wleczone po dnie- materiał wleczony podczas swojego ruchu nie jest podnoszony lecz toczy się lub ślizga po dnie - zawieszone- będące w stanie zawieszenia w wodzie stojącej. Podział rumowiska na unoszone i wleczone nie odpowiada rzeczywistemu obrazowi jego ruchu, ponieważ same cząsteczki w różnych miejscach cieku i w różnym czasie mogą poruszać się zarówno w postaci materiału unoszonego jak i wleczonego w zależności od parametrów ruchu strumienia wody, a także ciężaru wielkości i kształtu cząsteczek. WŁAŚCIWOŚCI RUMOWISKA RZECZNEGO: 1.wskaźniki wykorzystywane bezpośrednio w celu w obliczeniach warunków równowagi ziaren w strumieniu płynącej wody, intensywności i mas transportu rumowiska. 2.wskaźniki pomocnicze i opisowe, lepiej charakteryzują niektóre właściwości rumowiska. Ciężar objętościowy rumowiska- stosunek masy suchej próbki rumowiska do objętości tej próbki. Uziarnienie rumowiska(skład granulometryczny) wyraża się wagową zawartością w próbie ziaren różniej wielkości, podana w procentach masy całej próbki. Uziarnienie charakteryzowane jest za pomocą tzn. średnic charakterystycznych określających jaki procent masy całej próbki stanowi dana frakcja wraz ze cząsteczkami drobniejszymi. RODZAJE BUDOWLI REGULACYJNYCH- ich konstrukcja, usytuowanie i warianty materiałowe zależą od: charakteru rzeki, celu regulacji, wzajemnego położenia brzegów istniejących i projektowanych, położenia w planie UMOCNIENIE BRZEGOWE- STOSUJE SIĘ , GDY LINIA BRZEGU PROJEKTOWANEGO POKRYWA SIĘ Z BRZEGIEM ISTNIEJĄCYM LUB BRZEG PROJEKTOWANY BĘDZIE W PRZEKOPIE. Konstrukcje o małych wymiarach w przekroju poprzecznym np. płyty i kształtki betonowe. OPASKI BRZEGOWE- stosuje się gdy linia brzegu projektowanego położona jest w niewielkiej odległości od brzegu istniejącego do 3m TAMY PODŁUŻNE-(kierownice)-stosuje się gdy linia brzegu projektowanego położona jest w odległości do 15m od brzegu istniejącego. Stanowią one na całej swojej długości brzeg sztuczny. RODZAJE OSTRÓG: Prostopadłe 90st. Podprądowe- mniejsze od 90st Zaprądowe -większe od 90st. Rozstaw ostróg: -nie większa niż ich długość -nie większa niż szerokość regulacyjna
Zależności między parametrami hydraulicznymi strumienia a ruchem rumowiska prędkość graniczna- vgr, prędkość nierozmywająca- vn, prędkość rozmywająca- vr, prędkość niezamulająca- vh, naprężenie graniczne- ၴgr, natężenie transportu rumowiska- Gr. Przez prędkość lub naprężenie graniczne rozumiemy taką jego wartość, której przekroczenie powoduje ruch mieszaniny ziaren o podanej charakterystyce. Prędkość nierozmywająca - przy której ziarna materiału dennego pozostają jeszcze w bezruchu, lub rozpoczyna się ruch pojedynczych ziaren. Prędkość rozmywająca - odpowiadająca pojawianiu się masowego ruchu ziaren. Natężenie transportu rumowiska - określa ilość materiału o znanej charakterystyce, która przepływa przez przekrój w danych warunkach przepływu. Naprężenia ścinające (ၴ) Du Boys (1879 r.) - naprężenia ścinające (siła poruszająca) - składowa ciężaru w kierunku linii spadku. Na 1 m2 powierzchni dna cieku gdzie:
h - głębokość wody [m], I- spadek podłużny powierzchni spływu (dna cieku). Płynący strumień pokonuje opory ruchu, które równoważą się z naprężeniami ścinającymi: Opory: tarcia wewnętrznego (między cząsteczkami wody i rumowiska unoszonego), tarcia zewnętrznego (na powierzchni obwodu zwilżonego), wywołane nieregularnością kształtu koryta w przekrojach poprzecznych i w planie, związane z odspajaniem i transportem rumowiska. Naprężenia ścinające (ၴ), występujące na czynnej powierzchni koryta cieku, są wynikiem pokonywania oporów ruchu przez bryłę wody o określonym ciężarze. Największą wartość tych naprężeń nie powodującą jeszcze odrywania się i przemieszczania ziaren nazywamy naprężeniem granicznym (krytycznym) - ၴkr. Naprężenia graniczne
[kPa] dla d Ⴓ 0,006 m SHIELDS (1936 r.) Wartość naprężeń granicznych zależy od charakteru ruch wody w warstwie przydennej.
Wymiarowanie koryt otwartych Zwymiarowanie koryta przy zadanych warunkach technicznych polega na doborze takiego przekroju poprzecznego i spadku dna, które zapewniają: przepuszczenie zadanego przepływu przy zachowaniu odpowiedniej prędkości i głębokości, utrzymanie stałości skarp i dna koryta (brak deformacji), możliwie najmniejszą powierzchnię przekroju poprzecznego (zmniejszenie robót ziemnych i ubezpieczeń), utrzymanie warunków stawianych przez użytkowników doliny: - umożliwienie swobodnego odpływu wody do rzeki z rowów odwadniających, drenaży itp., -przeprowadzenie korytem wielkich wód letnich lub o danym prawdopodobieństwie przewyższenia w zależności od sposobu użytkowania doliny, - zapewnienie w okresie wegetacyjnym optymalnego poziomu zwierciadła wody dla rolnictwa, - zapewnienie wymaganego poziomu wody istniejącym ujęciom, - na rzekach żeglownych muszą być zachowane odpowiednie głębokości i szerokości przy stanach niskich. W praktyce inżynierskiej ustalenie właściwego kształtu i wymiarów przy zadanym spadku i szorstkości, określenia właściwego przekroju i spadku. Na drodze obliczeń hydraulicznych możemy ustalić: minimalną powierzchnię przekroju koryta dla danego przepływu i spadku, maksymalną przepustowość koryta przy danej powierzchni przekroju i spadku, minimalny spadek dna przy danej powierzchni przekroju i natężeniu przepływu, minimalną długość obwodu zwilżonego przy danym natężeniu przepływu i spadku. KORYTA ROZMYWALNE Metoda prędkości dopuszczalnych:
Profil podłużny: ewidencyjny: - istniejące budowle regulacyjne i obiekty hydrotechniczne, - wodowskazy, - znaki wysokościowe, - repery nad rzeką, - znaki najwyższych stanów (WW), - dopływy, - ujęcia wody, - zrzuty wody, - porty i zimowiska (na rzekach żeglownych), - obiekty komunikacyjne (mosty, promy i itp.), - przekroczenia rzeki (nad wodą i pod dnem), - rzędne i spadki doliny, - wyprostowany schemat sytuacyjny koryta i doliny z podziałem administracyjnym (obwałowania i budowle wałowe) szczegółowy: - poziom porównawczy, - rzędne wałów (lewego i prawego), - rzędne zwierciadła wody przy Qwwp%, - rzędne zwierciadła wody przy Qreg, - rzędne brzegów (lewego i prawego), - rzędne korony budowli regulacyjnych, - rzędne dolnych krawędzi obiektów komunikacyjnych, - rzędne dna dopływów, kanałów, rowów itp., - rzędne stopy ubezpieczenia, - rzędne dna, - usytuowanie przekrojów (numeracja), - kierunki trasy (rodzaj krzywizn, podstawowe parametry) - spadki podłużne, - aktualny kilometraż RODZAJE I SYSTEMY REGULACJI Rodzaje: 1.ochrona stoków i zabudowa potoków górskich 2.odbudowa koryta właściwego 3.ochrona od powodzi: -regulacja systematyczna- obejmująca cały brzeg rzeki lub znaną jego część wg jednolitego projektu -regulacja lokalna- prowadzona doraźnie w szczególnych przypadkach, np. w obrębie jazu, ujścia itp. SYSTEM ZABUDOWY: 1.poprzeczny- pożądaną szerokość koryta osiąga się za pomocą tam- ostróg usytuowanych poprzecznie do linii regulacyjnej. Projektowaną linię regulacyjną wyznaczają głowice ostróg. -podłużny- projekt. brzeg tworzy odbudowana skarpa budowli równoległa do osi trasy regulacyjnej. --mieszany- stosuje się wszystkie rodzaje budowli-najczęściej na brzegach wklęsłych budowle podłużne, na brzegach wypukłych - budowle poprzeczne. |