PROPAGAREA SCURGERII PRIN ALBIE • Procesul hidraulic de propagare a scurgerii prin albie este foarte complex, in special in timpul viiturilor, datorita modului diferit de formare si variabilitatii conditiilor reale in care se desfasoara curgerea apei. • Rugozitatea si morfologia, albiei variaza foarte mult in spatiu, ceea ce face ca procesul hidraulic al propagarii viiturilor sa fie tridimensional, cu directia principala de curgere in lungul cursului de apa. • Curentii transversali care apar se datoresc in special revarsarii si retragerii viiturilor peste grinduri precum si vitezelor diferite de curgere ale apei in albia minora si in cea majora. • De asemenea, morfologia si rugozitatea albiei variaza in timp, in special in cazul albiilor din materiale-aluvionare. Un calcul exact al propagarii viiturilor prin albie ar trebui sa tina seama si de modificarea, pe durata de producere a viiturii, a caracteristicilor albiei. Se mentioneaza ca variatia in timp si spatiu a caracteristicilor albiei este cauzata si de lucrarile hidrotehnice.
Transcript
PROPAGAREA SCURGERII PRIN ALBIE
• Procesul hidraulic de propagare a scurgerii prin albie este foarte complex, in special in timpul viiturilor, datorita modului diferit de formare si variabilitatii conditiilor reale in care se desfasoara curgerea apei.
• Rugozitatea si morfologia, albiei variaza foarte mult in spatiu, ceea ce face ca procesul hidraulic al propagarii viiturilor sa fie tridimensional, cu directia principala de curgere in lungul cursului de apa.
• Curentii transversali care apar se datoresc in special revarsarii si retragerii viiturilor peste grinduri precum si vitezelor diferite de curgere ale apei in albia minora si in cea majora.
• De asemenea, morfologia si rugozitatea albiei variaza in timp, in special in cazul albiilor din materiale-aluvionare. Un calcul exact al propagarii viiturilor prin albie ar trebui sa tina seama si de modificarea, pe durata de producere a viiturii, a caracteristicilor albiei. Se mentioneaza ca variatia in timp si spatiu a caracteristicilor albiei este cauzata si de lucrarile hidrotehnice.
PROPAGAREA SCURGERII PRIN ALBIE
• Undele de viitura ce se propaga pe cursurile inferioare ale riurilor isi reduc volumul prin retinerea lui in depresiunile din lunca riului. 0 parte din volumul retinut se infiltreaza si contribuie la alimentarea raului dupa trecerea viiturii, iar cealalta parte se pierde prin evaporatie.
• Propagarea pe un sector de riu a unei unde de viitura este influentata de debitul ce curge initial prin albie si de tipul viiturii: singulara sau compusa. Astfel, la propagarea unei viituri biundice, primul virf se va atenua mai mult decit al doilea, datorita faptului ca la deplasarea celui de al doilea varf anumite depresiuni din albia majora sint pline cu apa retinuta din primul virf al viiturii.
• Propagarea prin albie a undelor de viitura este influentata de asemenea de aportul lateral. Astfel, la confluenta riului principal cu un afluent important, caracteristicile scurgerii se schimba foarte mult prin aparitia in anumite situatii a efectului de remuu datorita bararii de catre afluent a scurgerii prin albie.
PROPAGAREA SCURGERII PRIN ALBIE
• Datorita acestor procese complexe, undele de viitura care se propaga pe un sector de riu sau de canal isi modifica forma si volumul.
• Modificarea volumului, in sensul reducerii lui, are loc de regula la propagarea viiturilor pe sectoare de riu care au albii majore foarte mari.
• Modificarea formei si a pozitiei in timp a undelor de viitura este cauzata in special de urmatoarele fenomene: atenuare, dezatenuare, translatie si subsidenta. Aceste fenomene se suprapun si nu apar izolat decat in cazuri cu totul particulare.
• Fenomenul de atenuare este preponderent in cazul sectoarelor de riu cu lunci inundabile foarte mari, iar cel de translatie in cazul canalelor.
• Atenuarea undelor de viitura se datoreaza intarzierii scurgerii unei parti din volumul undei afluente prin stocarea temporara in albia majora astfel incit prin sectiunea aval a sectorului de riu iese mai intai partea din unda de viitura care nu a fost intirziata si apoi restul, mai putin pierderile prin evaporatie, infiltratie si stagnare in locurile mai joase ale luncii.
PROPAGAREA SCURGERII PRIN ALBIE
PROPAGAREA SCURGERII PRIN ALBIE
• Undele de viitura care se propaga pe un sector de rau isi pot reduce debitul maxim ca urmare a procesului de alungire a undei din cauza vitezelor diferite de curgere in lungul raului. Acest fenomen se numeste subsidenta si difera de fenomenul de atenuare a undelor in care apare ca element principal retinerea unei parti din volumul undei de viitura in albia majora.
• Fenomenul de dezatenuare a undelor (fata de regimul natural) apare in cazul indiguirii raurilor si/sau amenajarii in cascada a unor lacuri de aucmulare de capacitate foarte mica.
• In general, atat in regim indiguit cat si in regim natural, miscarea apei este nepermanenta.
• Scurgerea care se produce pe scurte perioade de timp, la debitul maxim si debitul anterior undei de viitura poate fi considerata ca o miscare cvasipermanenta.
PROPAGAREA SCURGERII PRIN ALBIE
• Studiul procesului de propagare a undelor de viitura analizeaza modul in care viiturile se transforma in urma parcurgerii unui sector de riu.
• Cercetarile asupra acestui proces (care au o istorie mai mare de 120 de ani), au urmat doua directii distincte:
• o prima directie promovata mai cu seama de hidraulicieni a fost aeeea de a incerca, prin diferite metode, sa determine solutiile sistemuIui de ecuatii diferentiale cu derivate partiale care descriu miscarea nepermanenta a apei in albii. Au rezultat in acest mod numeroase modele care descriu foarte bine propagarea undelor de viitura, pe care majoritatea cercetatorilor Ie numesc modele hidraulice. In functie de numarul termenilor (a fortelor) considerati in ecuatia de miscare, modelele hidraulice se impart in modele dinamice, modele de difuzie si modele cinematice.
• Cea de a doua directie dezvoltata in special de hidrologi, care au descris procesul de propagare global prin relatii matematice mai simple, obtinind modele robuste, cunoscute foarte adesea sub numele de modele hidrologice.
PROPAGAREA SCURGERII PRIN ALBIE
• Modelele hidrologice si modelele hidraulice se bazeaza pe aceleasi priincipii fizice, ele difera numai prin gradul de aproximatie utilizat in descrierea fenomenului.
• Diferentierea dintre modele este strins legata de nivelul de cercetare (scara de timp si de spatiu) la care este descrisa miscarea apei prin albie.
• Hidraulicianul nu este preocupat, ca fizicianul sau chimistul, de miscarea fiecarui atom sau moleculede apa ci de ansamblul lor adica de debit. Si el neglijeaza o serie de detalii ale procesului cum ar fi: structura turbulenta a miscarii, stratul limita, etc. si studiaza doar caracteristicile generale ale miscarii fluidului la nivelul fiecarei sectiuni a unui rau.
• Hidrologul, spre deosebire de hidraulician, nu este preocupat de ce se intampla in fiecare sectiune a unui sector de rau, interesul lui major fiind acela de a afla ce se intampla cu o unda de viitura pe un intreg sector de rau.
Ecuatiile Saint-Venant
Ecuatia de continuitate
Unde:
Q = Debit
A = suprafata sectiune transversala
x = distanta
t = timp
qL = aport lateral
I = debit intrare
O = debit iesire
S = acumulare
or
Ecuatiile Saint-Venant
Ecuatia de miscare (de momente)
Ecuatia undei de difuzie(fara termenul inertial)
Ecuatia undei cinematice(fara termenul de presiune)
Unde:
V = viteza
y = adancimea apei
t = timp
x = distanta
g = acceleratia gravitationala
So = panta albiei
Sf = panta de frecare
Ecuatiile Saint-Venant
Observatorul
vede astfel
procesele
pentru unda
dinamica
Observatorul
vede astfel
procesele
pentru unda
cinematica
• Toate modelele hidraulice utilizează ecuaţia de continuitate, ceea ce le diferenţiază fiind numărul de termeni din ecuaţia energiei.
• Cuplarea ecuaţiei de continuitate cu ecuaţia dinamică, în diversele ei forme, va conduce la modelul undei dinamice, modelul undei de difuzie sau la modelul undei cinematice.
• Dacă modelul de propagare este de tipul undei cinematice, relaţia dintre Qşi H este biunivocă (unui H îi corespunde o valoare unică a lui Q şi invers).
• Dimpotrivă, în cazul undei dinamice, cheia limnimetrică prezintă o buclă, deoarece în perioada de creştere a undei de viitură panta suprafeţei libere este mai mare decât în faza de descreştere, ceea ce face ca pentru acelaşi H,
debitele pe râu să fie mai mari în faza de creştere decât în faza de descreştere a hidrografului.
• În principiu, modelul undei cinematice se poate aplica atunci când panta patului albiei este mare. În cazul unor pante mici ale patului, se impune utilizarea undei de difuzie sau a undei dinamice ca model matematic al mişcării apei prin albie; cu alte cuvinte, factorii inerţiali şi de presiune nu mai pot fi neglijaţi.
