Sedimenttransport und seine Bestimmung (mit Diagramm)

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die beiden vom Wasser transportierten Sedimentklassen und deren Bestimmung.

(1) suspendiertes Sediment:

Die Bodenteilchen, die durch Wasser transportiert werden, ohne mit dem Boden des Kanals in Berührung zu kommen, wird als suspendiertes Sediment bezeichnet. Die Partikel werden durch die aufwärts gerichtete Komponente des turbulenten Stroms in Suspension gehalten. Es ist natürlich wahr, dass einige Partikel auf das Bett fallen, während einige Partikel von der Strömung aufgenommen werden. Bei turbulenter Strömung transportieren die aufsteigenden Wirbel Sedimente aus den unteren Sedimentkonzentrationsschichten nach oben. Auf der anderen Seite setzen sich Partikel unter der Schwerkraft ab.

Unter stabilen Bedingungen beförderten die Sedimente mit dem auf den Boden gefallenem Gleichgewicht nach oben. Auch das Gewicht des suspendierten Sediments übt einen zusätzlichen Druck auf das Bett des Kanals aus, der über dem Fluiddruck liegt. Die hängende Lastkonzentration 'C' in einer Höhe y über dem Boden kann aus der bekannten Konzentration an einem Referenzpunkt in Höhe "a" über dem Boden bestimmt werden. Die gegebene Gleichung ist

wo D die Wassertiefe ist

w ist die Fallgeschwindigkeit eines Getreides in ruhigem Wasser

K ist von Karmans Universalkonstante = 0, 4

V ist die Schergeschwindigkeit = √τ 0 / p

p ist die mittlere Dichte von Wasser und

τ 0 ist die Intensität der Scherspannung im unteren Bereich

Die Bewertung der gesamten Sedimentlast pro Meter Breite des Kanals kann durch Integrieren des Geschwindigkeits- und Konzentrationsprodukts über die gesamte Tiefe erfolgen.

(2) Bettlast:

Es ist der Teil des Sediments, der sich am Boden des Kanals entlang bewegt. Die Körner bewegen sich vorwärts, indem sie am Bett rollen, gleiten oder springen. Die Sedimentbewegung entlang des Bettes ist hauptsächlich auf den Flüssigkeitszug zurückzuführen. Es ist die gesamte tangentiale Komponente des Gewichts des Wassers in der Einheitslänge des Kanals.

Es wird durch den Ausdruck gegeben:

Strömungswiderstand = v W AS…. (1)

wobei v W = Gewichtseinheit von Wasser ist;

A ist Querschnittsfläche; und

S ist Betthang

Die Zugkraft ist der Fluidwiderstand pro Flächeneinheit und wird durch Division von A durch benetzten Umfang P angegeben.

Somit ist τ 0 = v W RS

Für breite Kanäle gilt R = D

τ 0 = v W DS

Wenn der Wert der Zugkraft so ist, dass sich die Körner gerade bewegen, wird dies als kritische Zugkraft bezeichnet und mit dem Ausdruck "τ cr " bezeichnet.

Für breite Kanäle mit glattem Bett ist τ cr als Relation gegeben

τ cr = 0, 047 (v - v w ) d

wobei v das Gewicht des Sediments ist und

d ist der Korndurchmesser.

Man kann also sehen, dass die Geschwindigkeit des Transports der Bettlasten eine Funktion der Differenz von X und X ist. Es ist natürlich nicht so geradlinig, weil mit zunehmender Anziehungskraft die Bettformen sich ändern und Welligkeiten gebildet werden. Diese Wellen erzeugen einen Formwiderstand und nehmen einen Teil der Zugkraft auf. Zwei Gleichungen, die im Allgemeinen zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Transports der Bettladung verwendet werden, werden von Meyer-Peter und Einstein gegeben.

Meyer-Peters-Gleichung:

Darin heißt es, dass die durch Wasser transportierte Bettlast in Kilogramm pro Meter Breite durch die Gleichung angegeben wird

qB ist die Transportgeschwindigkeit der Bettlast in kg / m / h.

τ 0 ist die Zugkraftintensität auf dem Bett in kg / m 2

n 'ist der Manning-Koeffizient für die Körner auf einem einfachen Bett ohne Wellen. Es kann aus der Gleichung erhalten werden

n '= (Ks) 1/6 / 76

K s ist der effektive Korndurchmesser in mm. Es ist der mittlere Korndurchmesser für dicht beabstandete gleichförmige Körner. Es kann als d 65 oder der Wert des Durchmessers angenommen werden, bei dem 65% des Materials für abgestufte Sande feiner sind.

n ist der tatsächliche Wert des Koeffizienten der Besatzung auf dem Bett mit Wellen.

τ cr ist die kritische Zugkraft in kg / m 2

Einsteins Gleichung:

Einstein wählte einen statistischen Ansatz und eine abgeleitete Bettlastfunktion für die Gleichgewichtsrate des Bettlasttransports, wenn die Anzahl der abgelagerten und gereinigten Partikel gleich war. Er setzte die Wahrscheinlichkeit des Abtragens von Partikeln mit der Wahrscheinlichkeit gleich, dass das Gewicht des angehobenen Partikels geringer ist als das untergetauchte Gewicht. Bei der Ableitung dieser Gleichung hat er eine Anzahl von Annahmen getroffen und viele experimentelle Koeffizienten angenommen. Die Wahrscheinlichkeit P der Bettteilchenbewegung wird von ihm als gegeben

In der obigen Beziehung sind alle Parameter wie ɸ, Ψ, Ƞ 0, A, B Konstanten. Ψ ist ein dimensionsloser Scherparameter, während ɸ dimensionsloser Transportparameter ist.

Wenn das Bettmaterial aus einem einheitlichen Kornmaterial besteht, reduzieren sich verschiedene Parameter auf ɸ = ɸ und Ψ = Ψ und so weiter.

Da die obige Beziehung mühsam ist, korrelierte er aus praktischen Gründen zwei dimensionslose Parameter ɸ und Ψ zu ɸ = f (Ψ).

Für das Material mit gleichförmigem Bett wurde die Beziehung durch eine Kurve auf einer halblogarithmischen Kurve mit Gleichung dargestellt

0, 465 e = e -0, 391

Er gab den Wert von ɸ durch folgende Gleichung:

Woher

G ist das spezifische Gewicht der Körner;

d ist der Durchmesser der Körner;

g ist die Erdbeschleunigung

v w ist das spezifische Gewicht von Wasser

Andere Symbole haben die bereits zuvor ähnliche Bedeutung.

Er gab auch Beziehung für ɸ as

= (G - 1) d / R'S

Woher

R 'ist der hydraulische mittlere Radius, der existieren würde, wenn das Bett nicht gerippt wäre. Wenn der verwendete Rugosity-Koeffizient eine granulare Rauheit darstellt, kann nur R 'aus der Manning-Gleichung berechnet werden.

Zur Vereinfachung der Prozedur gab er eine Kurve auf Log-Log-Papier als ɸ = f (Ψ) für den Arbeitsgebrauch an und ist in Abb. 9.5 angegeben.

Einstein-Browns Beziehung:

Brown zeichnete die Daten in der Protokollprotokolldarstellung und stellte fest, dass alle Daten auf eine einzige lineare Funktion des Formulars reduziert werden

ɸ = 40 / (Ψ) 3

Diese Beziehung hat sich in bestimmten Fällen auch für die Berechnung des Transports der Ladefläche als nützlich erwiesen. Problem 9.7. In einem Kanal mit variabler Breite wurde gefunden, dass die Konzentration der schwebenden Last bei 0, 4 m über dem Bett 500 ppm betrug. Wenn die Fallgeschwindigkeit eines Getreides in stillem Wasser 0, 04 m / s beträgt und die Gefällesteigung des Kanals 1 in 4500 beträgt, bestimmen Sie die Schwebebeladungskonzentration bei 0, 8 m über der Schüttung des Kanals. Nehmen Sie die Strömungstiefe auf 2 m.

Lösung:

Schritt 1. C a bei 0, 4 m über dem Bett = 500 ppm = 500 x 10-6 x 10 3 = 0, 5 kg / m 2

Problem:

Berechnen Sie mithilfe der Meyer-Peters-Gleichung die Menge der durch das Wasser transportierten Bettlast in einem breiten Kanal mit den folgenden Abmessungen: