Sedimenttransport en de bepaling ervan (met diagram)

Lees dit artikel om meer te weten te komen over de twee categorieën sedimenten die worden getransporteerd door water en de vastberadenheid ervan.

(1) Opgeschort sediment:

De bodemdeeltjes die door water worden getransporteerd zonder in contact te komen met de bodem van het kanaal worden suspensiemateriaal genoemd. De deeltjes worden in suspensie gehouden door de opwaartse component van de turbulente stroom. Het is natuurlijk waar dat sommige deeltjes naar beneden vallen op het bed, terwijl sommige deeltjes worden opgenomen door de stroom. In turbulente stroming verplaatsen de stijgende wervels sediment van zware bodemlagen naar de top. Aan de andere kant bezinken deeltjes onder de zwaartekracht.

In stabiele toestand bracht het sediment een opwaarts evenwicht met zich mee dat op de bodem was gevallen. Ook oefent het gewicht van gesuspendeerd sediment extra druk uit op het bed van het kanaal dat de vloeistofdruk overschrijdt. De opgehangen lastconcentratie 'C' op een hoogte y boven de bodem kan worden bepaald uit de bekende concentratie op een referentiepunt op hoogte 'a' boven de bodem. De gegeven vergelijking is

waar D de diepte van water is

w is, valsnelheid van een graan in stilstaand water

K is de universele constante van Von Karman = 0, 4

V is afschuifsnelheid = √τ 0 / p

p is gemiddelde dichtheid van water en

τ 0 is de intensiteit van de schuifspanning aan de onderkant

Evaluatie van de totale sedimentbelasting per meter breedte van het kanaal kan worden gemaakt door product van snelheid en concentratie over de gehele diepte te integreren.

(2) Bedbelasting:

Het is dat deel van het sediment dat langs de bodem van het kanaal beweegt. De korrels bewegen naar voren door te rollen, glijden of langs het bed te springen. De beweging van het sediment langs het bed is voornamelijk te wijten aan een vloeiende weerstand. Het is de totale tangentiële component van het gewicht van water in de lengte van het kanaal.

Het wordt gegeven door uitdrukking:

vloeiende trekkracht = v W AS ... (1)

waarin v W = is eenheidsgewicht van water;

A is een dwarsdoorsnede-oppervlak; en

S is bedhelling

De trekkracht is de vloeistofweerstand per oppervlakte-eenheid en wordt gegeven door A te delen door de bevochtigde omtrek P.

Dus τ 0 = v W RS

Voor brede kanalen R = D

τ 0 = v W DS

Wanneer de waarde van de trekkracht zodanig is dat de korrels net beginnen te bewegen, wordt dit de kritische trekkracht genoemd en wordt dit aangeduid met de term 'τ cr '.

Voor brede kanalen met gladde bedding wordt τ cr gegeven door de relatie

τ cr = 0.047 (v - vw ) d

waarin v het eenheidsgewicht is van sediment en

d is korreldiameter.

Aldus kan worden gezien dat de snelheid van transport van de bedlading een functie is van het verschil van X en X. Het is natuurlijk niet zo rechtlijnig omdat met een toename van de aantrekkende kracht de bedvormen veranderingen ondergaan en ribbels worden gevormd. Deze ribbels creëren vormweerstand en absorberen een deel van de trekkracht. Twee vergelijkingen die over het algemeen worden gebruikt bij het bepalen van de snelheid van transport van bedladingen worden gegeven door Meyer-Peter en Einstein.

Meyer-Peter's vergelijking:

Het stelt dat de bedbelasting vervoerd door water in kilogram per meter breedte wordt gegeven door vergelijking

qB is de transportsnelheid van de bedbelasting in kg / m / uur.

τ 0 is de trekkrachtintensiteit op het bed in kg / m 2

n 'is de coëfficiënt van Manning voor de korrels op een vlak bed zonder rimpelingen. Het kan worden verkregen uit de vergelijking

n '= (Ks) 1/6 / 76

K s is effectieve korreldiameter in mm. Het is gelijk aan de gemiddelde korreldiameter voor dicht bij elkaar geplaatste uniforme korrels. Het kan worden genomen als d 65 of de waarde van de diameter dan die 65% van het materiaal is fijner voor gegradeerde zand.

n is de werkelijke waarde van de coëfficiënt van de bemanning op het bed met rimpelingen.

τ cr is kritische trekkracht in kg / m 2

Einstein's vergelijking:

Einstein gebruikte een statistische benadering en een afgeleide bedbelastingsfunctie voor de evenwichtssnelheid van het transport van de bedlading wanneer het aantal afgezette en geschuurde deeltjes hetzelfde was. Hij stelde de waarschijnlijkheid dat het deeltje wordt geërodeerd gelijk aan de waarschijnlijkheid dat het gewicht van het opgeheven deeltje minder is dan het ondergedompelde gewicht. Bij het afleiden van deze vergelijking heeft hij een aantal veronderstellingen gemaakt en veel experimentele coëfficiënten toegepast. De waarschijnlijkheid P van beweging van het beddeeltje wordt door hem gegeven als

In de bovenstaande relatie zijn alle parameters zoals ɸ, Ψ, Ƞ 0, A, B constanten. Ψ, is een dimensieloze schuifparameter terwijl ɸ een dimensieloze transportparameter is.

Wanneer het bedmateriaal is samengesteld uit uniform korrelmateriaal, worden verschillende parameters gereduceerd tot ɸ = ɸ en Ψ = Ψ enzovoort.

Omdat de bovenstaande relatie omslachtig is, correleerde hij verder twee dimensieloze parameters ɸ en Ψ als ɸ = f (Ψ) voor praktische doeleinden.

Voor uniform bedmateriaal werd de relatie weergegeven door een curve op semi-logaritmische plot met vergelijking

0.465 ɸ = e -0.391 Ψ

Hij gaf de waarde van ɸ door de vergelijking te volgen:

Waar

G is soortelijk gewicht van de korrels;

d is de diameter van de korrels;

g is versnelling als gevolg van de zwaartekracht

v w is soortelijk gewicht van water

Andere symbolen hebben de vergelijkbare betekenissen al eerder gegeven.

Ook gaf hij een relatie voor ɸ als

Ψ = (G - 1) d / R'S

Waar

R 'is de hydraulische gemiddelde straal die zou bestaan ​​als het bed niet zou worden geplooid. Wanneer de gebruikte ruwheidcoëfficiënt een korrelige ruwheid vertegenwoordigt, kan alleen R 'worden berekend uit de vergelijking van Manning.

Om de procedure te vereenvoudigen gaf hij een curve op log-log-papier als ɸ = f (Ψ) voor werkgebruik en wordt gegeven in Fig. 9.5.

Einstein-Brown's relatie:

Brown plaatste de gegevens in de log-log-plot en vond dat alle gegevens terugliepen tot een enkele lineaire functie van het formulier

ɸ = 40 / (Ψ) 3

Deze relatie blijkt ook nuttig te zijn voor het berekenen van het ladingtransport in bepaalde gevallen. Probleem 9.7. In een breed kanaal varieerde de concentratie gesuspendeerde lading 500 ppm op 0, 4 m boven het bed. Als de snelheid van vallen van een korrel in stilstaand water 0, 04 m / sec is en de bedhelling van het kanaal 1 in 4500 is, bepaal dan de opgehangen ladingsconcentratie op 0, 8 m boven het bed van het kanaal. Neem de stromingsdiepte als 2 m.

Oplossing:

Stap 1. C a op 0, 4 m boven het bed = 500 ppm = 500 x 10- 6 x 10 3 = 0, 5 kg / m2

Probleem:

Gebruik de vergelijking van Meyer-Peter om de hoeveelheid bedbelasting te berekenen die door het water wordt getransporteerd in een breed kanaal met de volgende afmetingen: