WYKŁAD I

13.02.2006

prof. Leon Rembeza

KBW pokój nr 12

LITERATURA:

• Adamski i inni „Małe budownictwo wodne dla wsi” Arkady Warszawa 1986

• Balcerski i inni „Budownictwo wodne śródlądowe” Arkady, Warszawa 1969

• Czyżewski i inni „zapory ziemne” Arkady Warszawa 1973

• Depszyński W, Szamorski A, „Budowle i zbiorniki wodne” Warszawa 1997

• Fantik i inni „Budowle piętrzące” Arkady Warszawa 1973

Budowle piętrzące i urządzenia zrzutne

Budowlą piętrzącą - jest każda budowla umożliwiająca stale lub okresowo utrzymanie wzniesionego ponad przyległy teren lub akwen zwierciadła wody

Normalny poziom piętrzenia NPP

Normalny poziom piętrzenia budowli piętrzącej jest najwyższym określonym względami eksploatacyjnymi położeniem zwierciadła spiętrzonej wody w okresach poza wezbraniami

Stanowisko górne

Stanowisko górne - odcinek cieku powyżej budowli piętrzącej GW (górna woda)

Stanowisko dolne

Stanowisko dolne - odcinek cieku poniżej budowli piętrzenia DW (dolna woda)

Wysokość piętrzenia - jest to różnica pomiędzy dolną a górną wodą

Zbiornik wodny

Powierzchnia zalanych terenów nazywa się cofką

Cel

• spowodowanie spiętrzenia wody

• utworzenie zbiornika wodnego

Urządzenia zrzutne - są to urządzenia lub budowle do przepuszczania wody z górnego do dolnego stanowiska

Urządzenia zrzutne dzielimy na :

1. przelewowe

- służą do przepuszczania wód powodziowych

2. upusty

- umożliwienie całkowitego opróżnienia zbiornika (np. do renowacji lub sprawdzenia budowli)

Budowle piętrzące dzielimy na :
a) zapory

• zapory ziemne

• zapory betonowe

b) jazy

zapory - budowle piętrzące stosowane jako zamknięcia dolin rzecznych dla wytworzenia zbiorników o dużej pojemności oraz o znacznych i zmiennych w czasie głębokościach

jazy - budowle piętrzące służące do niezbyt wysokiego spiętrzenia wody nie służące do celów nagromadzenia wód. Poziom górnego stanu lub zmiana jest niewielka

KLASYFIAKCJA BUDOWLI PIĘTRZĄCYCH

Wprowadza się ważność budowli z celów ekonomicznych Normuje je rozporządzenie MOSZNiL z dn. 20 grudnia 1996r.w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane gospodarki wodnej i ich usytuowanie.

Lp

Nazwa, charakter lub funkcja budowli

Opis i miano wskaźnika

Wartość wskaź. dla klasy I

Wartość wskaź. dla klasy II

Wartość wskaź. dla klasy III

Wartość wskaź. dla klasy IV

Uwagi

1

2

3

4

5

6

7

8

Budowle piętrzące na podłożu:

śćę

≤

≤

≤

śćęś

a) skalnym

b) nieskalnym

H > 20 m

10 < H ≤ 20 m

5 < H ≤ 10 m

2 < H ≤ 5m

ęśżćąłąąąąę

a) pojemność zbiornika: V [hm^3]

F > 50 hm^3

20 < V ≤ 50 hm^3

5 < V ≤ 20 hm^3

0,2 < V ≤ 5 hm^3

Pojemność przy maksymalnym poziomie piętrzenia (Max PP)

b) obszar zatopiony przez falę powstałą przy normalnym poziomie piętrzenia: F [km^2]

F > 50 km^2

10 < F ≤ 50 km^2

1 < F ≤ 10 km^2

F ≤ 1 km^2

Obszar zatopiony jest to obszar, na którym głębokość wody przekracza 0,5 m

c) liczba ludności na obszarze zatopionym w wyniku zniszczenia budowli: L [osób]

L > 300 osób

80 < L ≤ 300 osób

10 < L ≤ 80 osób

L ≤ 10 osób

Poza stałymi mieszkańcami do liczby ludności wlicza się również załogi fabryk, biur, urzędów itp. oraz osoby przebywające w ośrodkach zakwaterowania zbiorowego (hotele, domy wczasowe itp.)

3

Budowle do nawodnień lub odwodnień

Obszar nawadniany lub odwadniany: F [km^2]

F > 200 km^2

20 < F ≤ 200 km^2

4 < F ≤ 20 km^2

F ≤ 4 km^2

4

Budowle przeznaczone do ochrony przeciwpowodziowej

Obszar chroniony: F [km^2]

F > 300 km^2

150 < F ≤ 300 km^2

10 < F ≤ 150 km^2

F ≤ 10 km^2

Obszar, który przed obwałowaniem ulegał zatopieniu wodami o prawdopodobieństwie p = 1%

5

Elektrownie wodne i obiekty wodne wchodzące w skład elektrowni cieplnych i jądrowych

Moc elektrowni: P [MW]

P > 150 MW

50 < P ≤ 150 MW

5 < P ≤ 50 MW

P ≤ 5 MW

6

Budowle umożliwiające żeglugę

Klasa drogi wodnej

-

V-IV

III-II

I

7

Budowle przeznaczone do zaopatrzenia w wodę miast i osiedli oraz zakładów przemysłowych

Użytkowanie wody

Budowle zalicza się do klasy I lub II

Indywidualnie przeprowadzona analiza ważności użytkownika wody

Miarodajna wielka woda - dla danej budowli piętrzącej nazywa się największy przepływ wody jaka dana budowla piętrząca jest w stanie przepuścić ze stanowiska górnego do dolnego bez obaw jej uszkodzenia

Przepływ miarodajny Qm - przyjmuje się równy przepływowi o określonym prawdopodobieństwie p pojawienia się na rzece w profilu w którym jest ona przegrodzona budowlą

Przepływ o określonym prawdopodobieństwie wyznacza się z metod statystycznych

		ł	Prawdopodobieństwo pojawiania się (przewyższenia) p% dla klasy:
						I	II	III	IV
			ąę	miarodajny Qm	0,1	0,3	0,5	1,0
				kontrolny Qk	0,02	0,05	0,2	0,5
			ąę	miarodajny Qm	0,5	1,0	2,0	3,0
				kontrolny Qk	0,1	0,3	0,5	1,0

Wysokość nadpiętrzenia - dla przepływu kontrolnego powstaje gdy przepływ kontrolny mógłby być przepuszczalny przez urządzenia przepływu miarodajnego

ZASADNICZE ELEMENTY JAZU

Jaz ruchomy - jaz z zamknięciami

Jaz stały - jaz bez zamknięć

WYMIAROWANIE ŚWIATŁA PRZEKROJU

Szerokość sumaryczna wszystkich otworów przelewowych. Wymiarowanie będzie polegało na ustaleniu szerokości i wysokości przelewowych Powinny być one wystarczające dla przepuszczenia Qm Wskazówki:

• powwstanie zbyt dużej prędkości poniżej jazu w wyniku zmęczenia budowli

• bezpieczne przepuszczenie lodu

• wymiarowanie rumowiska

• typ zamknięcia

• rozporządzenie 1996

 minimum 3 przesła

 jeżeli łączna szerokość przęseł nie przekracza 6 m liczba przęseł może być zmniejszona do 2

 jeżeli szerokość przęsła jest < 2 m to można zastosować jedno przęsło

Dobór świateł przelewu według Balcerskiego

Punkty wyjściowe do obliczeń: erozyjne działanie wody w dolnym stanowisku zachodzące w skutek skoncentrowanego przepływu

q_max - największy przepływ jednostkowy w korycie naturalnym rzeki przed budowlą jazu jest to przepływ charakterystyczny

q_dop - wydatek jednostkowy dopuszczalny po wybudowaniu jazu gdy budowla przewęża koryto rzeki



λ - współczynnik dopuszczalnego wzrostu przepływu

Współczynnik ten zależy od rodzaju gruntu

Nazwa gruntu w korycie cieku	Symbol wg PN-54/B-02480	Współczynnik λ
Skały		1,80
Zwały kamieniste, rumosze i wietrzeliny	K, R, W	1,60
Żwir	Ż, Żg	1,40
Pospółka	Żp, Żpg	1,30
Piasek gruby	Pr	1,20
Piasek średni	Ps	1,15
Piasek drobny	Pd	1,10
Piasek pylasty i gliniasty, pyły	Pπ, Pg, π	1,08
Grunty organiczne	h, Pdh, πh, Mo, T	1,05
Gliny średnie spoiste	Gp, G, G	1,10
Gliny ciężkie spoiste	Gpc, Gc, Gπc	1,15
Iły	Ip, I, Iπ	1,20

Szerokość minimalna z jaką woda odpływa z jazu B_min

Szerokość światła

b = B_min - f(n-1)

b = Σb₁

WYKŁAD II

20.02.2006

Wyznaczanie wysokości otworu jazu

Wydatek przelewu o kształcie praktycznym

Q = σ · ε · m · b ·

Q = Q_m

g - przyspieszenie ziemskie

b - szerokość światła

σ - współczynnik zatopienia przelewu

ε - współczynnik dławienia bocznego

m - współczynnik wydatku

Vo - prędkość dopływowa

α - współczynnik Saint- Venanta

Przelew jest niezatapialny - jeśli poziom wody w dolnym stanowisku położony jest poniżej korony przelewu

a < 0 σ = 1

Zatopiony - poziom wody w dolnym stanowisku jest położony powyżej korony przelewu

a > 0 σ < 1 σ = f(Q/Ho)  tablice, wzory

Współczynnik wydatku m uwzględnia dławienie strumienia w płaszczyźnie pionowej, wartość zależna jest od kształtu profilu przelewu

1. próg o profilu prostokątnym

 tablice

2. próg o profilu trapezowym

m = 0,36 ÷ 0,42  spadek nachylenia

1:1 ÷ 1:2 współczynnik nachylenia

M = 1,6 ÷ 1,86

3. próg o profilu krzywoliniowym

Profil Creagera-Oficerowa

Współczynnik dławienia bocznego - uwzględnia zmniejszenie wydatku w wyniku dławienia bocznego strumienia przez filary i przyczółki

ε = f ( n · ζ_f · ζ_p)

n - liczba przęseł

ζ_f - kształt filarów

ζ_p - kształt przyczółków

Filary widok z góry

1. prostokątny

2. półkolisty

3. ostrołuk

Przyczółki widok z góry

1. kształt prostokątny

2. kształt ścięty

3. kształt zaokrąglony

Obliczenia współczynnika wykonuje się metodą kolejnych przybliżeń

ROZPATRYWANIE ENRGII WODY W JAZIE

Ruch podkrytyczny - duży zasób energii kinetycznej a mała energia potencjalna

Ruch nadkrytyczny - mały zasób energii kinetycznej a duża energia potencjalna

Odskok hydrauliczny - przejście z ruchu podkrytycznego w ruch nadkrytyczny (odskok Bidone'a) w odskoku następuje rozproszenie energii. Koryto musi być umocnione w miejscu powstania odskoku jest nim płyta wypadkowa.

Warunek odskoku

Głębokość dolnej wody t była co najmniej równa drugiej głębokości sprzężonej (h₁ - pierwsza głębokość sprzężona h₂ - druga głębokość sprzężona)

t = h₂

Jeżeli t > h₂ to mamy odskok zatopiony

Jeżeli t < h₂ to mamy odskok nie zatopiony

Sposoby zatopienia odskoku

1. obniżenie dna wypadu poniżej dna cieku tworzy się tzw. niecka wypadowa

t + d > h₂

2. Spiętrzenie wody na wypadzie przez próg wypadkowy

Warunek zatopienia H + d > h₂

Hydrauliczne obliczenie niecki wypadowej Wymiarowanie polega na doborze głębokości i jej długości aby powstały odskok hydrauliczny w całości mieścił się w niecce i był zatopiony

Warunek zatopienia

n - współczynnik bezpieczeństwa n ≥ 1

n = 1,05 ÷ 1,1

d = n · h₂ - t

h₁ , V₁

q - wydatek jednostkowy

φ - współczynnik prędkości φ = 0,8 ÷ 0,9 dla profilu prostokątnego lub trapezowego

Obliczenie h₁ i V₁ wykonuje się metoda kolejnych przybliżeń

1. we wzorze (2) przyjmuje się h₁ = 0

1. ze wzoru (1) oblicze się h₁

1. następnie h₁ obliczone podstawia się do wzoru (2)

Przyjęcie wielkości wydatku q dla głębokości niecki trzeba przyjąć cały przedział

q_min - 0,3 ÷ 0,5 [m³·s^-1·m^-1]

q_max - zleży od Q_m ; q_max = Qm/B

Wybieramy 3 - 5 wartości pośrednich

Dalszy tok obliczeń

2. wyznacza się q₀ dla którego potrzebna jest największa głębokość niecki

T przyjmuje się zakładając że d = 0

Dla q₁,q₂,...q_n obliczamy głębokości niecki d₁, d₂,...d_n

Przy założeniu n = 1

D = n·h₂ - t

3. obliczenia do q₀ przyjmuje się kilka głębokości niecki d > d₀ i uwzględnienie w wysokości T przyjmowane wartości d₁, d₂, .. d_n i wykonujemy obliczenia głębokości sprężonych h₁ i h₂ z tych samych wzorów

budujemy dwa wykresy

Zakładamy wartość współczynnika zatopienia n i odczytujemy głębokość niecki

WYKŁAD III
27.02.2006

Długość płyty wypadowej

Długość małych jazów

h₂ - druga głębokość sprężona

Zasięg spadania wody

 sprawdzić wzór

FILTRACJA POD BUDOWALAMI PIĘTRZĄCYMI

Strumień filtracyjny ograniczony jest od góry obrysem budowli (linia 1-8) od dołu natomiast linią warstwy nieprzepuszczalnej

Filtracja tego jazu będzie odbywała się pod ciśnieniem

Zjawiska występujące z filtracją

• woda wywiera ciśnienie na obrys podziemny budowli (1-8) i będzie działała siła wyporu W działająca na fundament

• w wyniku przepływu z GW do DW przepłynie pewna ilość wody czyli występują starty w górnym stanowisku - trzeba określić wydatek filtracyjny

Linie prędkości - wektory prędkości są zawsze styczne do linii prądu Jeśli prędkości będą zbyt duże może wystąpić wynoszenie gruntu spod budowli

- prędkość filtracji -wyznaczyć trzeba wartości prędkości filtracji

Prawo Darcy

V = k*I

V- prędkość filtracji

k - współczynnik filtracji zależny od gruntu

I - gradient hydrauliczny

- lokalny spadek hydrauliczny Dupita

Prawo Darcy w ujęciu Dupita

Przepływ płaski (dwuwymiarowy) - odbywający się w płaszczyźnie pionowej

Zjawisko mechaniczne występuje w gruntach pod jazem pod wpływem filtracji wody

1. Zjawisko sufozji i erozji

Sufozja - jest to transport drobniejszych frakcji gruntu w istniejącym obszarze porów powodujący ich zwiększenie ale nie powodujący niszczenia struktury gruntu następuje zwiększenie współczynnika filtracji

V = k*I

k - wzrośnie to wzrośnie też prędkość filtracji

Sufozja może być

• zewnętrzna - na powierzchni gruntu

• wewnętrzna - wewnątrz korpusu gruntowego

• kontaktowa - na powierzchni kontaktu dwóch gruntów o różnym uziarnieniu lub między gruntem a fundamentem budowli

Erozja - transport ziaren prawie wszystkich frakcji gruntu prowadzący do zniszczenia struktury gruntu

2. Zjawisko przebicia (wyparcie gruntu) - jest to wyparcie pewnej objętości gruntu ze wszystkimi zawartymi w nim frakcjami przeważnie w góre

3. Kolmatacja - jest to osadzanie na powierzchni gruntu lub w porach gruntu drobnego materiału niesionego przez wodę filtracyjną

• zewnętrzna

• wewnętrzna

• kontaktowa

kolmatacja prowadzi do zmniejszenia gruntu co powoduje zmniejszenie współczynnika filtracji k i prędkości filtracji i zmniejszenie przepływu filtracji

Przybliżone obliczenia filtracji

1. Zabezpieczenie przed sufozją w strefie kontaktu gruntu podłoża z budowlą

a) Metoda Bligh`a

H - wysokość piętrzenia w przypadku jazu

L - długość drogi filtracji długość linii prądu obrysu poziomego budowli (linia 1-8)

- potrzebna droga filtracji

I_dop - gradient dopuszczalny ze względu na sufozję dla danego rodzaju gruntu

C_B - odwrotność gradientu dopuszczalnego (zależne od gruntu)

 tablice

L - rzeczywista droga filtracji musi być spełniony warunek

- odcinki poziome

- odcinki pionowe

b) Metoda Lane`a

opory ruchu sa większe na elementach pionowych obrywu niż na elementach poziomych Przy obliczeniu gradientów wzdłuż obrywu rzeczywistej drodze filtracji odcinki poziome obrywu należy skrócić 3 razy

Założenie Lan`a na skróconej drodze filtracji gradient hydrauliczny ma wartości stałe

- współczynnik Lane`a zalezy od rodzaju gruntu wartości zestawione w tabelach

2. Wykres ciśnienia wzdłuż linii obrysu obliczenie siły wyporu działającego na fundament

a) Matoda Bligh`a

wysokość piezometryczna



p1

(z założenia Blighe`a)

WYKŁAD IV

6.03.2006

Metoda Bligha i Lenae

L = 1-8

1. potrzebna droga filtracji (sufozje)

Metoda Bligh`a

1 2 3 4 5 6 7 8

poziom odniesienia DW

A - powierzchnia

W = ρ · g · A

Metoda Lena

Wykres ciśnień

Wykres pomocniczy do obliczeń rzędnych h (h1 - h8)

Wykres ciśnień na obrys (rzeczywiste rozwinięcie obrysu)

Wnioski:

• wydłużenie górnej ścianki szczelnej powoduje zmniejszenie siły wyporu

• wydłużenie fartucha poziomego powoduje zmniejszenie siły wyporu

• wydłużenie dolnej ścianki szczelnej powoduje zwiększenie siły wyporu

1 - stan wyjściowy

2 - wydłużenie ścianki dolnej

3 - wydłużenie ścianki górnej

Wypiętrzanie gruntu

(przebicie )

Wartość krytyczna gradientu - wyznacza się z warunku równowagi pomiędzy siłą wyporu działającą na wypierane warstwy gruntu a jego ciężarem

Warunek równowagi sił

γ - ciężar objętościowy wody

ho - wysokość piezometryczna

F·l - objętość wypieranego gruntu

n - porowatość gruntu

γ_s - ciężar objętości elementu

(1-n)( γ_s - γ) - ciężar objętości gruntu z uwzględnieniem wyporu

gdy I_kr zostanie przekroczony to grunt zostanie wyparty

dla

=2,62 - 2,68  n= 0,36

≈1

≈1

Zabezpieczenie przed możliwością powstania zjawiska wyporu gruntu

1.
 zwiększenie C (wydłużenie dolnej ścianki)

2. Obliczenie słupa gruntu za dolną ścianka

Stateczność budowli piętrzących

Obciążenie

• duże siły poziome od parcia wody

• działanie parcia wód filtracyjnych

• ciężar właściwy

Rozpatrując założenia

1. podstawowy układ obciążeń

obciązenie występujące przy pełnej sprawności budowli przy normalnym poziomie piętrzenia NPP lub piętrzenie przy Qm jeśli poziom ten jest wyższy on NPP

• ciężar własny konstrukcji

• parcie hydrostatyczne i hydrauliczne przy NPP lub Qm

• parcie wód filtracyjnych przy prawidłowo działających drenażach i uszczelnieniach NPP i najniższym obliczeniowym położeniu zwierciadła wody np. zapory ziemne

• parcie gruntu i rumowiska odkładanego

• parcie wody, wiatru, śniegu

2. wyjątkowy układ obciążeń

• siła parcia hydrostatycznego i hydrodynamicznego przy przepływach kontrolnych

• parcie wód filtracyjnych przy nieszczelnych lub źle działających uszczelnieniach

Stateczność na przesunięcie

Wskaźnik porowatości - stosunek sumy sił utrzymujących do sumy sił przesuwających w kierunku spodziewanego przesunięcia

Do obciążenia pionowego skierowanego ku dołowi może należeć

• ciężar własny

• składowe pionowe obciążenia woda

Siła wyporu (a-b)

Pg - suma sił poziomych działających od strony górnej wody Można tu uwzględnić :

• parcie rumowiska

• parcie poziome wody

• parcie wody i wiatru

Parcie górnej wody na odcinku (a-c)

Pd - suma sił poziomych działających od strony dolnej wody (b-d)

Ecd, Ebd - parcie gruntu od strony dolnej wody (a-e; b-f)

tgφ - kąt tarcia wewnętrznego gruntu

C - spójność gruntu

F - rzut poziomy przesunięcia gruntu

WYKŁAD V

13.03.2006

Siły utrzymujące (biernie)

(G-W)*tgφ - siła tarcia w płaszczyźnie przesunięcia

C*F - siła spójności

E_bd - siła odporu

Siły bierne pojawiają się wówczas gdy pojawia się przesunięcie

Siły przesuwające (czynne)

• parcie wody

• parcie czynne gruntu

Siły czynne - siły działające niezależnie od stanu równowagi

C = 0

E_bd = 0

E_cg = E_cd (E_cg - E_cd = 0)

W miejsce tgφ wprowadza się współczynnik tarcia betonu względem podłoża gruntu Funkcja zależy od rodzaju gruntu (tablice)

 wartość dopuszczalna

Sposoby zwiększenia współczynnika pewności na przesunięcie

Możliwość poprawienia stateczności na przesunięcie

1. zwiększenie ciężaru budowli (siła G) (poszerza się próg jazu)

2. Zmniejszenie siły wyporu następuje przez

• wydłużenie fundamentu poziomego

• wydłużenie ścianki szczelnej od strony GW

• zastosowanie dodatkowej ścianki szczelnej od GW zazwyczaj na początku fartucha

• skrócenie ścianki szczelnej lub usunięcie od strony dolnej wody DW

Drenaż w korpusie jazu i płycie wypadowej

3. Zastosowanie nachylonej płaszczyzny fundamentu w stronę GW

Korzystny rozkład sił działających na budowle które zwiększają współczynnik prawdopodobieństwa Wszystkie siły działające na budowle rozkładamy na składowe styczne i prostopadłe do pola płaszczyzny przesunięcia

4. Zazębienie fundamentu

Stateczność na wypłynięcie

W przypadku gdy obciążenie poziome niewiele przewyższa siłę wyporu

Wskaźnik pewności na wypłynięcie - stosunek obciążeń siły pionowych w kierunku dołowi do siły wyporu
Dopuszczalna wartość zależy od klasy budowli k = 1,1 dla wszystkich klas

Stateczność na wywrócenie (obrót) budowli na podłożu skalnym

Wskaźnik pewności na wywrócenie - jest to stosunek momentów utrzymujących obliczonych względem krawędzi od powierzchni fundamentu do momentów wywracających

Metoda stanów granicznych oceny stateczności budowli piętrzenia

Należy wykonać metodą zawartą w Rozporządzeniu z 1996 r.

- efekt działania stabilizującego suma rzutów wszystkich sił przeciwdziałających przesunięciu lub suma momentów przeciwdziałających obrotowi

- efekt działania destabilizującego wartość obciążeń powodujących przesunięcie lub moment sił powodujący obrót budowli

m - jest współczynnikiem m = 0,8 na przesunięcie i na obrót

Współczynnik koncentracji zniszczenia budowli (zalezy od klasy budowli) - stanowi mnożnik zwiększający obciążenie i uwzględnia skutki ewentualnej katastrofy budowli

Stosowany jest również mnożnik w postaci układu obciążeń

• współczynnik obciążenia

• współczynnik korelacji

• współczynnik .........

Współczynniki uwzględniają prawdopodobieństwo wystąpienia obciążeń o wartościach większych od tych obciążeń normalnych

Naprężenia normalne w podstawie fundamentu

1. stan budowlany: działa ciężar własny

3. stan eksploatacyjny: przy danym poziomie piętrzenia (w obliczeniach pojawia się siła wyporu)
   

Warunki jakie powinny spełniać naprężenia

2. największe naprężenia σ' lub σ'' powinno być mniejsze od σ_dop dla danego gruntu

σ'≤ σ_dop lub σ''≤ σ_dop

4. najmniejsze naprężenia pod fundamentem powinno spełniać warunek że

σ₁''≤ P_A lub σ₂''≤ P₂

P₂ - z wykresu ciśnień na obrys podziemny budowli

Jeśli nie jest spełniony ten warunek że σ₂''≤ P₂ to należy zmniejszyć siłę wyporu

WYKŁAD VI

20.03.2006

Rozwiązania konstrukcyjne jazów

1. jaz z filarami wolnostojącymi - całkowita siła parcia wody jest przekazywana na filary

Rozwiązanie to stosuje się w przypadku gdy spodziewane jest równomierne osiadanie konstrukcji. Konstrukcja charakteryzuje się dużym zużyciem betonu a mniejszym zużyciem stali

3. o konstrukcji dokowej - dokowe przęsło jazu składa się z filaru połączonego z płyta Może ona być wykonana w całości

Ten typ stosuje się gdy

• całkowita szerokość jazu nie jest duża i dochodzi do 20 - 30 m

• nie występują różne warunki gruntowe pod poszczególnymi gruntami gdy ten warunek nie jest spełniony to stosuje się konstrukcję z szeregu doków

Konstrukcję z szeregu doków stosuje się gdy

• występuje ciągłe obciążenie od progów

• siły od filarów powodują momenty zginające i jest konieczność zbrojenia progów jazów

Zalety:

• zmniejszenie naprężenia w gruncie

Progi jazowe

1. kształt zależny jest od położenia korony progu ponad dnem rzeki

a) rzędna korony progu jest wyższa niż rzędna dna rzeki próg niski

m - współczynnik wydatku zależy od kształtu progu (gdy współczynnik jest większy można ściąć część od strony GW lub stosuje się łuk kołowy o promieniu r)

2. Progi wysokie - rzędna korony progu jest znacznie wyższa od rzędnej dna

Profil Graagera - Oficerova

Powstał on przy założeniu że profil przelewu wyznacza rzędne nieznacznie wyższe niż te na których układa się dolną krawędź strumienia swobodnego

Ogólna postać równania krzywoliniowego

Jeśli są większe przepływy od Ho może dojść do oderwania się strumienia Może to doprowadzić do zjawiska konwitacji

Konwitacja - zjawisko wzrostu pęcherzyków pary lub gazu rozpuszczonego w wodzie w wyniku lokalnego obniżenia ciśnienia do ciśnienia wrzenia

	10,3	0,75
T (C)	100	40

Korozja kawitacyjna - pęcherzyki pary które powstawaj w wyniku niskiego ciśnienia zanikają w sposób nagły po przedostaniu się do strefy wyższego ciśnienia Gdy będzie to w kierunku ścianek to uderzenie cieczy w ściankę powoduje zniszczenie materiału

Filar jazowy zasuwowy

Filary służą do umieszczenia w nich zamknięć

Filar w planie

b_min = 3,5*e

e₁ ; e₂ < e

λ₁ ; λ₂ < λ

W przypadku gdy jest duża szerokość to stosuje się podpory na kołach λ = 0,5 - 0,6 m

Odstęp a1 powinien być tak przyjęty aby po założeniu zamknięć remontowych powstał pomiędzy nimi a zamknięciem górnym odstęp 1 - 1,2 m

ROZPORZĄDZENIE

Klasa budowli	I	II	III	IV
a	1,5	1,0	0,7	0,5
b	1,0	0,7	0,5	0,5

Przyczółki jazu - stanowią ograniczenia jazu od strony naturalnego brzegu rzeki częścią charakterystyczną są skrzydła górne i dolne

Skrzydła prostopadłe - usytuowane prostopadle do kierunku płynięcia wody

Skrzydła ukośne

Skrzydełka zaokrąglone

Przekrój poprzeczny ścianki przyczółka

Filtracje wokół przyczółków

1. obliczenie uszczelnionej drogi filtracji (zabezpieczenie przed sufozją)

Charakterystyka filtracji za przyczółkami

• swobodne zwierciadło wody gruntowej (krzywa depresji)

• przepływ przestrzenny (X,Y,Z)

2. wyznaczanie położenia zwierciadła wody uproszczenie do przepływu płaskiego w płaszczyźnie poziomej

Można stosować metodę Blighe i Lena

WYKŁAD VII

27.03.2006

FARTUCHY POZIOME

2. fartuchy z gliny - stosuje się przy piętrzeniach do 15 m grunty z którego są wykonane fartuchy muszą mieć mały współczynnik filtracji 10^-6 m/s

Grubość fartucha - w zależności od gradientu

- różnica wysokości piezometrycznej z góry i z dołu fartucha

I_dop - gradient dopuszczalny dla gliny (6-8)

d - grubość fartucha

Dobrze musi być wykonane miejsce styku fartucha z budowlą Gdy powstanie szczelina ok. 1 cm to fartuch przestaje spełniać swoją role.

4. Fartuch z płyt betonowych lub żelbetowych przy piętrzeniu ponad 10 m nie potrzeba ubezpieczeń układane wprost na dnie cieku Grubość pyty

I_dop 20 - 30 W miejscach styków fartucha muszą być uszczelnienia taśmą uszczelniającą

Ścianki szczelne

• stalowe ścianki szczelne stosowane przy głębokościach min 5m - 25m najczęściej przy głębokościach 10 - 15 m

• drewniane ścianki szczelne - przy małych jazach przy głębokościach do 6 m min długość ścianki 2,5 m Ścianka powinna być dobrze połączona z budowlą

Płyta wypadowa

W celu rozproszenia wody stosuje się nadbudowę w postaci zębów

• zęby proste

• progi zębate Rehbocka
  

Progi zębate powodują przemieszczenie stref dużych prędkości ku powierzchni strumienia prowadzi to do zmniejszenia rozmycia cieku za niecką Nie mają one wpływu na długość i na wymiary niecki. Na początku niecki mogą być zastosowane rozdzielacze strumienia

• zwiększenie głębokości sprzężonej h1

• zmniejszenie prędkości V1

• zmniejszenie drugiej głębokości sprzężonej h2

• zmniejszenie głębokości niecki

Dzięki rozdzielaczom można zmniejszyć głębokość o ok. 10%

Szykany - w obrębie niecki wypadowej elementy do rozbicia płynącej wody. Kształtem zbliżone są do trapezu

Maksymalna wysokość szykan 2 m. Głębokość niecki można zmniejszyć o ok. 15% po zastosowaniu szykan. Natomiast głębokość niecki po zastosowaniu szykan i rozdzielaczy może zostać zmniejszona nawet do 30%

Do budowy szykan stosuje się beton o lepszej wytrzymałości i odporności na korozje kawitacyjne ponieważ w miejscach krawędzi powstaje podciśnienie i powstaje tam zjawisko kantacji (korozji kawitacyjnej) W celu zmniejszenia intensywności tego zjawiska można stosować

• okucia stalowe krawędzi szykan

• wykładziny z blach stalowych

Ubezpieczenia dna poniżej budowli

Prędkość wody jest na tyle duża że należy stosować ubezpieczenia dna i skarp na danym odcinku

Wymagania ogólne ubezpieczeń

• wymiary i ciężar elementów ubezpieczających powinien być taki aby nie nastąpiło ich przesunięcie pod wpływem działania wody

• powierzchnia umocnienia - szorstka po stronie wody zmniejszająca prędkość przy dnie

• ubezpieczenie powinno być wodoprzepuszczalne

• układane na filtrze odwrotnym

Rodzaje umocnień

• płyty betonowe - wymiary w zależności od rodzaju budowli 0,5 x 0,5 m do 50 x 50 m grubość od 0,15 - 1,0 m

• bloki betonowe - trylinki, pustobetony, dyble

• płyty ażurowe (umocnienia brzegów)

• narzuty kamienne - materiał naturalny jako umocnienia mogą one być łatwo unoszone przez wodę dlatego stosuje się pale wbijane w szachownice pale faszynowe

• ubezpieczenia z kamienia w koszach z siatki metalowej

• Gabiony - skrzynie w kształcie prostopadłościanu wypełnione kamieniami układane jedna na druga

• Materace faszynowe

WYKŁAD VIII

3.04.2006

Maksymalna głębokość rozmycia (wybój)

Θ - kąt między pierwotnym dnem a linią wypadu z dnem wyboju

Bezpiecznym przyjmuje się ctgθ ≥ 12 - 14

Odległość L = 12,75*^0.5max

Metoda Rossinskiego - opiera się na założeniu że proces rozmycia kończy się gdy wybój osiąga wymiary przy których średnia prędkość przepływu będzie równa prędkości nierozmywalnej Vn Średnia prędkość rozmywalna
gdzie q - wydatek jednostkowy; t - głębokość w punkcie maksymalnego rozmycia gdy

to proces rozmycia będzie zakończony

- prędkość przy głębokości 1 m

k₁ - wzmożenie burzliwości strumienia

k₁ - zależnie jest od wykończenia jazu

k₁ = 1,7 - gdy umocnienie zakończone jest pionowym zabezpieczeniem

k₁ = 1,05 - gdy za wypadem wykonany jest wykop

q - przyjmuje się wartość maksymalną

h_max - t - h_o

L = h_max*ctgθ - l

Długość ubezpieczenia - ustala się na podstawie obliczeń wybranymi wzorami na podstawie wyników badań modelowych dane z praktyki pochodzące z obserwacji analogicznych budowli

Długość ubezpieczenia w bezpiecznych rozwiązaniach powinno spełniać warunki

1. ctgθ ≥ 12 - 14

1. Lw < L < 2Lw  Lw - długość wypadu

1. 15*h_kr ≤ L ≤ 25*h_kr  h_kr - głębokość krytyczna

1. 8*Ho ≤ L ≤ 12*Ho  Ho - głębokość dolnej wody

Ubezpieczenia wyboju

1. wykonanie za ubezpieczeniem dna ubezpieczenia z materacu faszynowego

2. zastosowanie ścianki szczelnej na końcu ubezpieczenia

3. sztuczne pogłębienie dna za wypadem

Ubezpieczenia koryta poniżej jazu

1. gdy występuje fartuch z gliny stanowi to zabezpieczenie jego przed rozmyciem

1. w zależności gdy próg jest wysoki to prędkość na GW ubezpieczenia nie są potrzebne lecz gdy jest fartuch to stosuje się ubezpieczenie jako jego ochronę

1. gdy próg jest niski - duże prędkości przepływu szczególnie w pobliżu filarków dlatego długość ubezpieczeń będzie większa niż na pozostałych częściach przęsła

ZASTAWKI

Zastawkami - nazywamy małe jazy stosowane na rowach odwadniających i nawadniających oraz niewielkich ciekach naturalnych Służą do spiętrzania wody na stosunkowo krótki okres w którym przeprowadza się napełnienie Jaz o świetle do 1,5m konstrukcja jest znacznie uproszczona niż zwykłe jazy.

Część stała (betonowa)

Część ruchoma (zamknięcia)

Piętrzą wodę do ok. 60 cm

a) Zastawki przenośne - wykonane z blachy stalowej wykonane w betonowych wnękach mogą być wykończone ceownikiem

- Zastawki bez wnęk

Zastawka utrzymuje się w tym poziomie dzięki tarciu w miejscu styku zamknięcia z okładziną kanału

b) Zastawki stałe - konstrukcje monolityczne ze stali lub żelbetonu z elementów prefabrykowanych. Rozwiązania te są stosowane przy większych rozmiarach

światło 60 - 150 cm

piętrzenie 60 - 120 cm

- Zastawka z elementów prefabrykowanych

- Zastawka o konstrukcji dokowej

- Zastawki z małych bloków betonowych

- Zastawki ze ścianek szczelnych

- Cała budowla będąca prefabrykatem

WYKŁAD IX

10.04.2006

Małe zamknięci płaskie

• zastawki o konstrukcji drewnianej są wykonywane z bali drewnianych grubość ich 6-8 cm połączone są ze sobą za pomocą wpustów i wzmocnione konstrukcyjnie za pomocą płaskowników i kątowników

szerokość zamknięć 1-1,5 m

mogą dojść do 2m

wysokość od 0,7 do 1,25 m

Grubość wynika z obliczeń

1. sprawdzamy naprężenia dopuszczalne na zginanie

M - moment maksymalny

W - wskaźnik wytrzymałości dla przekrojów prostokątnych

1- jednostkowa szerokość

k - naprężenia dopuszczalne dla drewna

 q, l, h podawane w [cm]

2. Dopuszczalna strzałka ugięcia (wynika z warunków eksploatacji)

J - moment bezwładności przekroju

E - współczynnik sprężystości dla drewna E = W⁴ [MPa]

f_dop - dopuszczalna strzałka ugięcia

 q

 q, l, h podawane w [cm]

Małe zamknięcia płaskie - o konstrukcji stalowej wykonane zwykle z blachy stalowej o grubości 6 [mm] Konstrukcja musi być usztywniona. Na krawędziach blachy umieszcza się kątowniki lub ceowniki stalowe

szerokość zamknięć ok. 4,0 m

wysokość ok 1,2 m

Stosowane są uszczelnienia w miejscu styku z betonem

• uszczelnienia dolne

• uszczelnienia boczne

Siła wyciągowa zastawki

P - siła która działa prostopadle do powierzchni tarcia

μ - współczynnik tarcia zależny od materiału

Siła wyciągowa

- ciężar zastawki

Współczynnik tarcia μ

Stal po stali μ = 0,3

Stal po stali z uwzględnieniem zanieczyszczeń μ = 0,5

Drewno po stali μ = 0,6

Zmniejszyć siłę tarcia można poprzez

• podparcie ślizgowe

• podparcie toczne (na kołach) w tym przypadku potrzebne są uszczelnienia boczne

Mechanizmy wyciągowe małych zamknięć

1. Mechanizm śrubowy

• drąg gwintowany

• koło

stosowany przy małych zamknięciach gdy siła wyciągowa jest < 15 kN (jedna osoba)

2. Mechanizm z przekładniami zębatymi

Siła wyciągową 15 - 25 kN jedna osoba

Zapory ziemne

Często spotykana budowla; rozwój wynika z:

• małego kosztu robót ziemnych w związku z możliwością mechanizacji robót

• możliwość budowy zapór prawie z każdego materiału gruntowego

• wyczerpanie się miejsc dogodnych do budowli zapór betonowych

Zapory ziemne nie ustępują zaporom betonowym

Stosuje się je od kilku metrów do kilkuset metrów

Zapora z narzutu kamiennego 325 m (Rogun 1990)

Zaporami ziemnymi - nazywane są budowle których główny masyw zapewnia stateczność gruntu Materiał zapewniający stateczność rumosz skalny

Dobór wymiarów

Δh - zapas wysokości

m - współczynnik nachylenia zależny od strony odwodnej

m₁ - współczynnik nachylenia zależny od strony odpowietrznej

WYKŁAD X

24.04.2006

Dobór wymiarów zapory

Zapas wysokości Δh ponad poziom piętrzenia

Zależy od wysokości fali na zbiorniku powstałym w wyniku zbudowanej zapory Przyjmuje się że największa fala nie może się przelać przez koronę zapory

Parametry fali - wysokość fali h

• długość fali L

Parametry zależą od : - prędkości wiatru W

- długości rozbicia fali D

Długość rozbicia fali - długość wolnej powierzchni wody znajdującej się pod działaniem wiatru wzdłuż linii prostopadłej do zapory

Max prędkość wiatru 15 - 20 m/s

Wysokość nabiegania fali na skarpę (hw)

Spiętrzenie eoliczne (he)

Liczone jest to wzorami empirycznymi

hw- zależy od:

• długości (L), wysokości fali (h)

• od kąta nachylenia skarpy odwodnej (a) (lub współczynnika m)

• od rodzaju ubezpieczenia skarpy odwodnej (płyta betonowa narzut kamienny

he zależy od

• W,D,H, Θ - kąt między osią podłużną zbiornika a kierunkiem wiatru (przyjmuje się że Θ = 0)

Δh = hw + he + C C - zapas wysokości zależy od klasy danej budowli

Szerokość korony zapory „b” zależy od wymagań komunikacyjnych czasami wykorzystuje się jako drogę komunikacyjną przez dolinę rzeki. Jeśli koroną nie prowadzi się drogi to szerokość przyjmuje się 4- 5 m minimalna szerokość 3 m i nawierzchnia korony musi być ubezpieczona(kamień żwir, odarniowanie, obsiew trawą) nachylenie skarpy wykonuje się w kierunku zbiornika (ok2%) jeżeli koroną prowadzona jest droga to szerokość wynika z przepisów budowy dróg.

Nachylenie skarp:

• odwodnej - daje się łagodniejsze nachylenie niż skarpy odpowietrznej

Wstępnie przyjmuje się nachylenie skarp i oddzielnie sprawdza skarpę odwodną i odpowietrzna

Grunty sypkie (piaszczyste) najczęściej wykorzystywane uzależnione od wysokości zapory do 15 m 1:2 - 1:3

Wysokość zapory 7 - 10 m na skarpie odpowiewtrznej wykonuje się tzw ławeczkę (w połowie wysokości)

Ławeczka ma za zadanie

• złagodzenie spadku skarpy

• odprowadzenie wody deszczowej

Duże wysokości ławeczki co 7- 10 m

Typy konstrukcyjne zapór ziemnych

• zabezpieczenia przeciwfiltracyjne są potrzebne i mają na celu

o zmniejszenie ilości wody przefiltrującej przez korpus i podłoże zapory

o obniżenie krzywej depresji

o zabezpieczenie przed niekorzystnymi zmianami w gruncie korpusu i złoża (sufozja, erozja, przebicie, kohezja)

Podział typów zapór:

1. ze względu na zabezpieczenia filtracyjne dzieli się je na

• jednorodne

• niejednorodne

o z strefowane

o z uszczelnieniami

 z ekranami

 z rdzeniami

Zapora jednorodna

Zapora z strefowana - grunty o niższej przepuszczalności umieszczone są w środku zapory k1<k

Zapora z uszczelnieniami - z ekranami wykonuje się w korpusie zapory od strony odwodnej (narzut kamienny, gliny, iły)

• ekrany z płyt betonowych lub żelbetowych

31. ekrany na skarpie odwodnej

- ekrany z zastosowaniem geomembran

Zapory z rdzeniem - uszczelnienie jest wewnątrz korpusu zapory znajdującą się w osi zapory

• rdzeń z materiału gruntowego

• gliny iły

WYKŁAD XI

8.05.2006

Zapory z rdzeniem - rdzeń z betonu, żelbetonu lub asfaltobetonu

Uszczelnienia podłoża

2. przesłony pionowe - mogą być z gruntu spoistego z betonu lub żelbetu ze ścianek szczelnych lub stalowych oraz zastrzyków uszczelniających (w przypadku podłoża skalnego) z roztworów cementowych

Przesłona w podłożu powinna stanowić przedłużenie elementów uszczelniających korpus zapory

Przesłona pionowa powinna przecinać całą warstwę wodonośną sięgając do warstwy nieprzepuszczalnej

3. fartuchy poziome - wykonuje się w przypadku gdy budowa geologiczna podłoża uniemożliwia wykonanie uszczelnień pionowych

- warstwa nieprzepuszczalna jest na dużej głębokości

Wykonane z:

• gliny, iły

• płyty żelbetowe lub betonowe

• geomembrana, folie (na dużych długościach)

FILTRACJA PRZEZ ZAPORE JEDNORODNĄ NA POZIOMIE NIEPRZEPUSZCZALNYM

(obliczenia wykonuje się w przekroju prostopadłym do osi zapory i przyjmuje się za przepływ ustalony)

Podłoże przyjmuje się za nieprzepuszczalne gdy

Założenie Dupita

Ponieważ „I” ma mały udział w filtracji można zastosować

- wydatek filtracji

- położenie krzywej depresji

GROBLA PROSTOKĄTNA

Obliczenie wzorem Dupita

- wydatek

- położenie krzywej depresji

KLIN OD STRONY DOLNEJ

- Prędkość- filtracji

- Wydatek

- wydatek całkowity

Dokładne rozpatrzenie zapory

I grobla prostokątna

Równanie krzywej depresji

dla

II klin dolny

FILTRACJA PRZEZ ZAPORY

Jednorodna z drenażem wewnętrznym korpusu

Wzór Dupita

z rozwiązania

Wzór na obliczenie wydatku

Krzywa depresji

Zapora z rdzeniem

Dla zapory tej można przeprowadzić obliczenia jak dla zapory jednorodnej lecz poszerzonej w stosunku do danej zapory z rdzeniem Poszerzenie wyznacza się w te sposób że rdzeń o współczynniku filtracji „k₁” i szerokości „t” był równy wydatkowi przez poszerzenie współczynnika filtracji takiego samego „k” i szerokości T

WYKŁAD XII

15.05.2006

Filtracja przez zaporę z rdzeniem

Przez rdzeń z poszerzeniem

1.

2. Poszerzenie budowli w celu wyznaczenia filtracji przez zaporę daje jednakowy

• wydatek

• położenie krzywej depresji

3. Przeniesienie wyników na zaporę z rdzeniem

• wydatek jest dla zapory zastępczej

• krzywa depresji przemieszczenie rzędnych na odcinku ab i cd

DRENAŻE ZAPORY ZIEMNEJ

• są stosowane w celu obniżenia ciśnienia wody w porach gruntowych - co powoduje poprawę warunków stateczności

• służą do ujęcia i odprowadzania wód przesączających się przez korpus budowy

1. filtry odwrotne - wykonane z materiałów naturalnych ( żwir pospółka) materiały syntetyczne geowłókniny

DRENAŻ POWIERZCHNIOWY

Zabezpieczenie przed sufozją nie powoduje obniżenia krzywej depresji

DRENAŻ RUROWY

- wykonany z rur prefabrykowanych a materiał dowolny z reguły nie stosuje się rurek drenarskich min Ř 0,3 m średnicy na tym rurociągu zakłada się studzienki drenarskie co 50 - 100 m

DRENAŻ KAMIENNY

Umocnienie skarp odwodna i odpowietrzna

1. odwodne - ubezpieczamy przed falowaniem na wysokości zwierciadła wody jest zabezpieczenie od działania lodu i deszczu czy wiatru

1. odpowietrzna - wymaga ubezpieczeń zboczy przed działaniem czynników atmosferycznych deszczu wiatru i przez zwierzęta

Rodzaje umocnień

1. gdy zapora kamienna, żwir, tłuczeń, to umocnienia są niepotrzebne

1. grunty drobnoziarniste - obsiew trawą, darniowanie, zakrzewienie, zadrzewienie

Pas skarpy w pobliżu drenazu nie zadrzewiamy i nie zakrzewiamy nie należy stosowac drzew w przypadku małych jazów

Rodzaje umocnień

2. narzut kamienny - zapory w terenach górskich gdy spodziewane są duże osiadania zapory ok. 50 % kamiennego narzutu powinno mieć odpowiednio duży ciężar aby ubezpieczenie nie było naruszone w wyniku falowania

2. płyty betonowe - lub żelbetowe mogą pękać w wyniku osiadania budowli wytwarzane na miejscu lub fabrykowane

max wymiar płyt betonowych 4x8 m

6 -15 m

grubość 0,15 - 0,20 m

0,12 - 0,20 m

Minimalna powierzchnia płyty 20 m² płyty w dolnej części podparte są krawężnikiem

WYKŁAD XIII

22.05.2006

Urządzenia zrzutowe zapór ziemnych

Urządzenia upusty

przelewowe

przelewy przelewy upusty denene upusty

czołowe stokowe spusty (całkowite) denne

opróżnienie zbiornika

Rozporządzenie 1996 przy Qk - należy przyjmować że użyte są wszystkie urządzenia do przepuszczenia wody

Zdolność przelewu powinna wynosić minimum 80% przepływu miarodajnego

Przelewy czołowe - urządzenia przelewowe w korpusie zapory np. jazy betonowe w dolnej części może być wykonany upust

Przelewy stokowe - urządzenia używane poza korpusem zapory na zboczu przekraczanej doliny cieku odpowiada ukształtowaniu terenu

Upusty denne

Urządzenia zrzutowe zespolone - charakteryzują się tym że w jednej budowli łączą się przelew do przeprowadzenia wód i spust przeznaczony do opróżnienia zbiornika

Przelew (upust) wieżowy

Płaskie filtracje ustalone

Potencjał prędkości

wyznaczamy h i podstawimy

równanie ciągłości przepływu

równanie różniczkowe cząstkowe 2 rzędu

• równanie LaPlacea`e

Ř - potencjał prędkości

równanie Laplace`a

Warunki brzegowe zadane na granicach obszaru ruchu szukanej funkcji lub jej pochodnej stanowią warunki jednoznacznego rozwiązania

Właściwości płaskiego przepływu filtracyjnego

Równanie linii prądu

różniczka zupełna funkcji to funkcja prądu

Własności funkcji prądu

2. na danej linii prądu funkcja prądu ma stałą wartość
   

2. wydatek przez dowolną krzywą poprowadzoną z obszaru filtracji a i b równy jest różnisy funkcji prędkości a i b

funkcja pędu jest związana z wydatkiem filtracyjnym - róznica pomiędzy dwoma liniami pędu która to oznacza ilość wody jaka pomiędzy nimi płynie

Siatka hydrodynamiczna filtracji Ř (x,y) = const - linie ekwipotencjalne lub inaczej linie jednakowego potencjału Ψ (x,y) = const - linie pędu

Siatka - nazywa się zbiór linii ekwipotencjalnych i linii prądu siatka stanowi rozwiązanie danego przepływu filtracyjnego

Siatka jest ortogonalna tzn. linie prądu i linie ekwipotencjalne przecinają się pod kątem prostym

• na danej linii ekwipotencjalnej funkcje potencjału ma stałą wartość zaś na danej linii prądu zaś funkcja ma tą wartość również stałą

• funkcja potencjału i funkcja prądu spełniają równanie Laplacea

• jest możliwość zamiany Ψ w Ř ponieważ są to funkcje spręzone

Filtracja płaska w płaszczyźnie poziomej Filtracja za przyczółkami

Warunki brzegowe (filtracja pod jazem)

- linie dna stanowiska dolnego GH - linie ekwipotencjalne przyjmuje się

(np. piezometryczne h = 0)

C - stała ; C  ∞

- linia dla stanowiska górnego A∞B - linia ekwipotencjalna

• obrys podziemny budowli BCDEFG ; warstwy nieprzepuszczalnej A∞ - H∞

- wydatek pod budowlą

• linia obrysu
  

• warunek przepuszczalności
  

ZAPORA ZIEMNA

Obliczenie na podstawie siatki hydrodynamicznej filtracji - linie ekwipotencjalne są wyznaczone w ten sposób że różnica potencjałów prędkości jest stała na sąsiednich liniach i tak samo linie prądu że różnica między potencjałami jest stała

WYKŁAD

29,06,2006

Obliczanie na podstawie siatki hydrodynamicznej filtracji

Różnica wysokości piezometrycznej na dwu sąsiednich liniach ekwipotencjalnych

n- liczba linii ekwipotencjalnych

Gradient hydrauliczny

Prędkość filtracji

Wydatek filtracji między sąsiednimi liniami prądu

Całkowity wydatek pod budowlą

m - liczba linii prądu

Ciśnienie Pj na linii ekwipotencjalnej

Wykres ciśnienia
na obrys podziemny budowli

Obliczenia gdy krzywe są tylko liniami ekwipotencjalnymi

• gradienty filtracyjne

• prędkość filtracji

18. ciśnienie

Wydatek filtracji

Wydatek całkowity q

Metody wyznaczania siatki hydrodynamicznej filtracji

• metoda analogii hydrodynamicznej

• badanie na modelu oparta jest analogii pomiędzy przepływem wody w gruncie w przepływem prądu stałego

• metoda numeryczna - numeryczne rozwiązanie metody Laplacea programy komputerowe

Przepławki dla ryb - jazy i zapory stanowią przeszkodę dla ryb (ryby mogą przeskoczyć budowle mającą ok. 1 m ). Przepławki są to urządzenia do przejścia ryb z poziomu dolnej wody do górnej i odwrotnie Przepławki mają za zadanie zredukowanie prędkości przepływu wody do wartości odpowiadającej możliwością pokonania tej prędkości przez ryby

Prędkości przepływu wody pokonywane przez ryby

Rodzaj ryby	Prędkości [m/s]
-21 karpiowate -22 łososiowate -23 pozostale gatunki i małe ryby	Ok. 1,5 Ok. 2,0 Ok. 1.0

Zależność prędkości od temperatury wody - im wyższa temperatura tym prędkość wody którą mogą pokonać ryby jest większa

Zależność od długości ryby L

spełnienie prawa prawdopodobieństwa Froude`a

Powtarzalność wysiłku

Nieregularne prędkości przepływu - przy dnie sa mniejsze prędkości niż w korycie

Przepławki o jednakowym nachyleniu wykonane są z betonu lub kamienia koryta o przekroju prostokątnym o spadku odpowiadającym predkości przepływu pokonywanej przez ryby

W korytach gładkich prędkości są duże a spadki raczej niewielkie

<5%

Vprzepływu Szerokość Głębokość

0,8-2,0 m/s 1,6-3,0 m 0,4-1,5 m

Kamień wbetonowany w podłoże

Średnice 30-80 cm

10-30

w odległości ok. 20 cm od siebie

Dwa spadki - jeden większy w pobliży środka rzeki

- mniejszy w pobliżu brzegu

ZALETY

• wytwarzają dogodne warunki lokalne

• zmniejszenie prędkości w pobliżu kamieni i oderwanie strumienia

• większe straty energii

Przepławki o jednostajnym nachyleniu ma zwiększoną szorstkość na dnie progu a na ściankach poprzeczki

spadki Szerokość Głębokość

15-20% 0,8-2,0 m/s 0,4-1,5 m

Przepławki komorowe - stanowi koryto betonowe o zestopniowanym dnie i podzielone jest na szereg komór (basenów) o różnym poziomie zwierciadła wody w tych basenach. Utworzone przez ścianki działowe są przegrody W przegrodach wykonane otwory po przeciwnych stronach na dnie i u góry ścianki

Parametry :

• różnica poziomów wody w basenach 0,15 - 0,8

• długość basenu - 1,2-5,0 m

• szerokość 1,5 - 5,0 m

• głębokość basenu 0,6 - 2,0 m

Najczęściej stosowane sa przepławki w linii łamanej

Miejsca odpoczynku

(komora odpoczynku)

Otwory przesmykowe

0,4 x 0,4 - 0,5 x 0,5

Grubość ścianki ok. 10 cm

Przepławki szczelinowe - ściany czołowe mają szczeliny wycięte szczeliny na całej długości komory Szczeliny znajdują się po tej samej stronie budowy

Na dnie umieszcza się kamienie o średnicy ok. 30 cm

Zmienny poziom w rzece nie spływa na sprawność przepławek

---