Sediment Transport og dens bestemmelse (med diagram)

Les denne artikkelen for å lære om de to kategoriene av sediment som transporteres av vann og dets bestemmelse.

(1) Suspended Sediment:

Jordpartiklene som transporteres med vann uten å komme i kontakt med bunnen av kanalen kalles suspendert sediment. Partiklene holdes i suspensjon av den oppadgående komponenten av turbulent strøm. Det er selvfølgelig sant at noen partikler faller ned på sengen mens noen partikler blir plukket opp av strømmen. I turbulent strømning overfører de stigende eddiene sediment fra store sedimentkonsentrasjonsbunnlag mot toppen. På den annen side settes partikler ned under tyngdekraften.

Under stabil tilstand overførte sedimentene oppoverbalanser med det som falt på bunnen. Også vekten av suspendert sediment utøver ytterligere trykk på sengen av kanalen som er over væsketrykket. Den suspenderte belastningskonsentrasjonen 'C' i en høyde y over bunnen kan bestemmes ut fra den kjente konsentrasjonen ved et referansepunkt i høyden "a" over bunnen. Ligningen er gitt

hvor D er dybde på vann

w er fallhastighet av et korn i stille vann

K er Von Karmans universelle konstant = 0, 4

V er skjærhastighet = √τ ₀ / p

p er gjennomsnittlig tetthet av vann og

τ ₀ er intensitet av skjærspenning nederst

Evaluering av total sedimentbelastning per meter bredde på kanalen kan gjøres ved å integrere produkt av hastighet og konsentrasjon over hele dybden.

(2) Sengbelastning:

Det er den delen av sediment som beveger seg langs bunnen av kanalen. Kornene beveger seg fremover ved å rulle, glide eller hoppe langs sengen. Bevegelsen av sediment langs sengen skyldes hovedsakelig væsketrykk. Det er den totale tangentielle komponenten av vekten av vann i enhetslengden av kanalen.

Det er gitt ved uttrykk:

væsketrykk = v _W AS .... (1)

hvor v _W = er enhetsvekt av vann;

A er tverrsnittsareal; og

S er sengen helling

Traktive kraft er væsketrykket per område og er gitt ved å dele A ved fuktig omkrets P.

Dermed er ₀ = v _W RS

For brede kanaler R = D

τ ₀ = v _W DS

Når verdien av trekkraft er slik at kornene bare begynner å bevege seg, kalles det kritisk trekkraft og betegnes med termen 'τ _cr '.

For brede kanaler med jevn seng τ _cr er gitt ved forhold

τ _cr = 0, 047 (v - _vw ) d

hvor v er enhetens vekt av sediment og

d er korndiameter.

Således kan det ses at hastigheten på sengelasttransport er en funksjon av forskjellen mellom X og X. Det er selvfølgelig ikke så rett fremover, fordi med en økende inntrengende kraft går sengevannene under endringer og krusninger dannes. Disse krusninger skaper formmotstand og absorberer en del av trekkraft. To likninger som vanligvis brukes til å bestemme hastigheten til sengelasttransport, er gitt av Meyer-Peter og Einstein.

Meyer-Peters likning:

Det står at sengelasten transportert med vann i kilo per meter bredde er gitt ved ligning

qB er hastigheten på transport av sengelast i kg / m / time.

τ ₀ er trekkraft intensitet på seng i kg / m ²

n 'er Mannings koeffisient for korn på en ren seng uten krusninger. Det kan hentes fra ligning

n '= (Ks) ^1/6 / 76

K _s er effektiv korndiameter i mm. Det tilsvarer gjennomsnittlig korndiameter for tett avskårne ensartede korn. Det kan tas som d ₆₅ eller verdien av diameteren enn hvilken 65% av materialet er finere for gradert sand.

n er faktisk verdi av bemanningskoeffisient på sengen med krusninger.

τ _cr er kritisk trekkraft i kg / m ²

Einstein er likning:

Einstein vedtok statistisk tilnærming og avledet bedlastfunksjon for likevektshastighet av sengelasttransport når antall avsatte og skurepartikler var samme. Han likte sannsynligheten for at partikkelen ble uthulet til sannsynligheten for at vekten av løftet partikkel er mindre enn nedsenket vekt. Ved å utlede denne ligningen har han gjort antall antagelser og vedtatt mange eksperimentelle koeffisienter. Sannsynligheten for bevegelse av sengenpartikkelen er gitt av ham som

I forholdet ovenfor er alle parametere som ɸ, Ψ, Ƞ ₀, A, B konstanter. Ψ, er en dimensjonsløs skjærparameter mens ɸ er dimensjonsløs transportparameter.

Når sengematerialet består av ensartet kornmateriale, reduseres ulike parametere til ɸ = ɸ og Ψ = Ψ og så videre.

Siden forholdet ovenfor er tungvint, korrelerte han ytterligere to dimensjonsløse parametre ɸ og Ψ som ɸ = f (Ψ) for praktiske formål.

For ensartet sengemateriale ble forholdet representert ved en kurve på semi-logaritmisk tomt med ligning

0, 465 ɸ = e ^{-0, 391 Ψ}

Han ga verdi av ɸ ved å følge ligningen:

Hvor

G er spesifikk gravitasjon av kornene;

d er kornets diameter;

g er akselerasjon på grunn av tyngdekraften

v _w er spesifikk vekt av vann

Andre symboler har tilsvarende betydninger som allerede er gitt tidligere.

Han ga også forhold for ɸ som

Ψ = (G - 1) d / R'S

Hvor

R 'er hydraulisk middelradius som ville eksistere dersom sengen ble avrundet. Når bruken av rugositetskoeffisient representerer granulær ruhet, kan bare R 'beregnes ut fra Mannings likning.

For å forenkle prosedyren ga han en kurve på loggpapir som ɸ = f (Ψ) for å bruke arbeid og er gitt i figur 9.5.

Einstein-Browns Relasjon:

Brown plottet dataene på logglogg-plottet og fant at alle dataene reduseres til en enkelt lineær funksjon av skjemaet

ɸ = 40 / (Ψ) ³

Dette forholdet har også vist seg å være nyttig ved beregning av bedlasttransport i visse tilfeller. Problem 9.7. I en varierende bred kanal ble konsentrasjonen av suspendert last funnet å være 500 ppm ved 0, 4 m over sengen. Hvis hastigheten på fallet av et korn i stillvann er 0, 04 m / sek og kanalens hellingshøyde er 1 i 4500, bestemmer den suspenderte belastningskonsentrasjonen ved 0, 8 m over sengen av kanalen. Ta dybde på strømmen som 2 m.

Løsning:

Trinn 1. C _a ved 0, 4 m over sengen = 500 ppm = 500 x 10-6 x 10 ³ = 0, 5 kg / m ²