Hidraulika II. Hordalék: a felszíni vizekben a vízzel együtt (de nem feltétlen azonos sebességgel) mozgó szilárd anyagok gyűjtőneve

Átírás

1 Hordalékmozgás Hidraulika II. Hordalék: a felíni izekben a ízzel együtt (de nem feltétlen azonos sebességgel) mozgó ilárd anyagok gyűjtőnee Folyami hordalék: görgetett lebegtetett Tai hordalék: többnyire lebegtetett keésbé görgetett Hordalék mozgása - mederáltozás (medermorfológia) Szélsőségek: Folyók felső akaán árízkor iklagörgetegek mozgása, műtárgyak megrongálódása Folyók középső és alsó akaán lebegtetett hordalék kiülepedése, parti űrésű ízbázisokhoz tartozó beiárgási mederfelület eltömődése (kolmatáció)

2 Hordalék keletkezése: a kőzetek mállásáal és elbomlásáal Származás: a ízfolyás ízgyűjtőterületéről agy saját medréből és partjaiból Folyami hordalék: a többnyire a mederfenéken mozgó hordalék a görgetett hordalék a többnyire a íztestben mozgó hordalék a lebegtetett hordalék Görgetett hordalék (elegendően dura emcsék): a fenék közeli (turbulens) áramlások hatására a mederfenéken csúik, gördül, illete kisebb-nagyobb ugrásokat égez legfontosabb annak a határállapotnak a meghatározása, amelynél a nyugó hordalékem éppen megindul, illete az a tömeghozam, amellyel a görgete állított hordalékot az áramlás állítja Lebegtetett hordalék (elegendően finom emcsék): túlnyomórét a íztestben lebege, az áramlási sebességgel közel azonos sebességgel mozog általában egyenletesebb, mint a görgetett hordalékmozgás

3 Görgetett hordalékmozgás a Dráán

4 Fagyatásos mederanyag mintaétel a Dunán ( fkm, )

5 Fagyatásos mederanyag mintaétel a Dunán A kiemelt zaartalan mederminta alsó felülete Felül mintegy 10 cm astag homokos kaicsréteg, alatta dura kaicsból álló páncélozódott réteg

6 A zaartalan mederminta felíne leolatás után

7 Szemelolási görbe - 10 és 20 mm között emcsehiányos - 2 emcsepopuláció: korábbi görgetett hordalék, illete a páncélréteg a [%] d [mm]

8 Dunai mederanyagminták ( fkm, ) Alaktani izsgálat (Zingg-féle diagram; emcseátmérők: a>b>c) Duna ( fkm, , minta:5) Duna ( fkm, , minta:6) Korong Gömberű b/a 0.5 b/a Lapos Hengeres c/b c/b Duna ( fkm, , minta:7) Duna ( fkm, , minta:8) b/a 0.5 b/a c/b c/b

9 A hordalék és a mederanyag jellemzése: Azok a leglényegesebb tulajdonságok, amelyek a hordalék mozgásában erepet játanak (lehetőleg mind a görgetett és lebegtetett hordalékot, mind a medret alkotó anyagot jól jellemezzék) Az egyes hordalékemek jellemzése - a hordalékanyag együttes jellemzése Hordalékemek nagysága (többnyire abálytalan alakú emcse geometriai nagyságának jellemzése): ülepedési átmérő (a réecskéel azonos fajsúlyú, ele azonos sebességgel ülepedő gömb átmérője, d<0,1mm-re) itálási átmérő (az a itanyílás-méret, amelyen a emcse épp áthullik d>0,1mm-re, mert ilyen nyílású ita még kéíthető) néleges átmérő (annak a gömbnek az átmérője, melynek térfogata azonos a emcse térfogatáal, inkább elméleti jelentőségű) Hordalékem alakja, mint az ülepedési sebesség és átmérő, illete a hordalékem mozgásának lényeges befolyásolója. Pl. Heywood alapján a hordalékem k térfogatállandója (a em térfogata és a legstabilabb 3 helyzetben ett sík etületét burkoló kör átmérője alapján): πd V k, 6 π Pl. gömbre k 0, d d 6

10 A hordalékanyag leglényegesebb tulajdonsága a emnagyságok, pontosabban az ezek helyettesítésére beezetett pl. itálási emátmérők elolása és egymáshoz ionyított aránya (emösetételi görbe, mint egy közönséges elolásfüggény) Példa: a Duna egy Győr környéki jellemző elényének mederanyag emösetételi görbéi mederanyag-minta itálása alapján. A helyín:

11 Egy tipikus emcseösetételi görbe

12 A kiálatott elény mederáltozásai a kilencenes éekben

13 A hordalékemcse ülepedése, mint a íz sűrűségénél nagyobb testsűrűségű réecske ízben, a nehézségi erőtér hatására lefelé égzett mozgása. Az ülepedési sebesség elsősorban a emcse méreteitől, alakjától, testsűrűségétől és a íz ikozitási ionyaitól függ. Közelítően gömb alakú, d átmérőjű kis réecskékre (Stokes, 1851): wü Re Víz alatti súly: - ülepedési sebesség w ü d ν Közegellenállási erő: Stokes erint: - ún. emcse Reynolds-ám (azt mutatja meg, hogy az ülepedő réecske maga körül milyen áramlási (hidrodinamikai) ionyokat kelt) G G F F k Re cwρ A 2 3 d π g wü < 0,1 c w, ( ρ ρ ) 24 Re A d 2 π 4 F k d π 2 νρ wü 3πdνρwü, 2 w d 4 ü Állandósult sebességű ülepedés: d < 0,08 mm F k G 3πdνρ w 3 d π g( ρ ρ ) 6 ü w ü 1 18 gd ν 2 ρ ρ ρ d > 0,08mm F k 1 G 8 3 d π g( ρ ρ ) cwρπd wü w ü 3 4 g c w ρ ρ ρ d

14 A görgetett hordalékmozgás alapösefüggései Du Boys (1879): a hordalékmozgató erő ill. fenék-csútatófeültség mint fél-tapatalati ösefüggések beezetése Felteés egyerűsített esetre: permanens egyenletes ízmozgásnál a a fenék-csútatóerő munkájára fordítódik a helyzeti (agy piezometrikus) energia csökkenése. Ez egyúttal a hordalékmegmozdítást és mozgást létrehozó elsődleges erőhatás. Mederfelület-egységre eső értéke a fenék-csútatófeültség, melyet a cső- illete mederhidraulikában tanultak erint, a hidraulikus sugárral (éles medreknél a ízmélységgel) és az energiaonal eséséel (permanens egyenletes áramlás esetén megegyezően a fenék- és felíneséssel) kifejeze: τ γ RS ρghs 0 Beezetjük az ún. fenékcsútató sebességet: * τ 0 ρ ρgrs ρ Ha fenti két paraméter elér ill. meghalad egy az adott mederanyagra jellemző határértéket, a mederfelínen a hordalék mozogni kezd. A mozgás kezdete Shields (1936) erint az alábbi jellemzőktől függ:, ρ, ρ, ν, d, emcsealak * A jellemzőket kombinála beezetjük a csútatósebességgel képzett Reynolds- és Froude-ámot: * d Re *, Fr ν * 2 ρ* ( ρ ρ )gd Az adott ionyok ismeretében az ún. Shields-diagrammról leolasható a mozgás kezdetét jelentő állapot. grs ghs

15 Shields-diagramm * d Re *, Fr ν * 2 ρ* ( ρ ρ )gd

16 Mozgás elindulása - mederformák megjelenése, ándorlása, átáltozása (mederfelín fodrozódás, dűnék, antidűnék stb.) - isahatás pl. a mederérdességi ionyokban Görgetett hordalékhozam Időegység alatt, egységnyi élességen állított q h hordaléksúly (eredetileg kp/sm-ben). Meyer-Peter és Müller ( ) féltapatalati ösefüggése az egyik legelterjedtebb: ρ ρ ρ hs d 0, ,25 3 ρ 2 3 qh ( ρ ρ )gd d d 50% Lebegtetett hordalékmozgás Kimosódás műtárgyak körül Hordalékmozgás sekély taakban, a hullámzás erepe