Sediment Transport og dets bestemmelse (med diagram)

Læs denne artikel for at lære om de to kategorier af sedimenter transporteret af vand og dets bestemmelse.

(1) Suspended Sediment:

Jordpartiklerne, der transporteres med vand uden at komme i kontakt med bunden af ​​kanalen kaldes suspenderet sediment. Partiklerne holdes i suspension ved den opadgående komponent af turbulent strøm. Det er selvfølgelig rigtigt, at nogle partikler falder ned på sengen, mens nogle partikler plukkes op af strømmen. I turbulent flow overfører de stigende eddier sediment fra bundfældninger af tung sedimentkoncentration mod toppen. På den anden side sætter partikler sig ned under tyngdekraften.

Under stabil tilstand overførte sedimenterne opadgående saldi med det faldne på bunden. Også vægten af ​​suspenderet sediment udøver yderligere tryk på sengen af ​​kanalen, som overstiger væsketrykket. Den suspenderede belastningskoncentration 'C' i en højde y over bunden kan bestemmes ud fra den kendte koncentration ved et referencepunkt i højden "a" over bunden. Den givne ligning er

hvor D er dybden af ​​vand

w er faldhastighed af et korn i stillt vand

K er Von Karmans universelle konstant = 0, 4

V er forskydningshastighed = √τ 0 / p

p er den gennemsnitlige tæthed af vand og

τ 0 er intensiteten af ​​forskydningsspænding i bunden

Evaluering af total sedimentbelastning pr. Meter bredde af kanalen kan laves ved at integrere produkt af hastighed og koncentration over hele dybden.

(2) sengeladning:

Det er den del af sediment, som bevæger sig langs bunden af ​​kanalen. Kornene bevæger sig fremad ved at rulle, glide eller hoppe langs sengen. Bevægelsen af ​​sediment langs sengen skyldes hovedsagelig væsketræ. Det er den samlede tangentielle komponent af vægt af vand i enhedslængde på kanalen.

Det er givet ved udtryk:

væskestræk = v W AS .... (1)

hvor v W = er vægtenhed af vand;

A er tværsnitsareal; og

S er sengen hældning

Traktive kraft er væsken træk pr. Enhedsareal og er givet ved at dividere A ved befugtet perimeter P.

Således er T = 0 W RS

For brede kanaler R = D

τ 0 = v W DS

Når værdien af ​​trækkraft er sådan, at kornene bare begynder at bevæge sig, kaldes det kritisk trækkraft og betegnes med udtrykket 'τ cr '.

For brede kanaler med glat seng τ cr er givet ved relation

τ cr = 0, 047 (v - vw ) d

hvor v er enhedsvægten af ​​sediment og

d er korndiameter.

Således kan det ses, at hastigheden af ​​bedbelastningstransport er en funktion af forskellen mellem X og X. Det er selvfølgelig ikke så lige fremad, fordi sengformerne med en forøget indflydende kraft undergår ændringer, og krusninger dannes. Disse krusninger skaber form modstand og absorberer en del af trækkraft. To ligninger, der almindeligvis anvendes til bestemmelse af hastighed til sengelasttransport, er givet af Meyer-Peter og Einstein.

Meyer-Peters ligning:

Det hedder, at sengelasten transporteret med vand i kilogram pr. Meter bredde er givet ved ligning

qB er transporthastigheden af ​​sengelast i kg / m / time.

τ 0 er trækkraftintensitet på sengen i kg / m 2

n 'er Mannings koefficient for korn på en almindelig seng uden krusninger. Det kan fås fra ligning

n '= (Ks) 1/6 / 76

K s er effektiv korndiameter i mm. Det svarer til den gennemsnitlige korndiameter for tæt adskilte ensartede korn. Det kan tages som d 65 eller værdien af ​​diameteren, end hvilken 65% af materialet er finere for graderet sand.

n er den faktiske værdi af bemandings koefficient på sengen med krusninger.

τ cr er kritisk trækkraft i kg / m2

Einsteins ligning:

Einstein vedtog statistisk tilgang og afledt bedlastfunktion for ligevægtshastigheden af ​​sengelaststransport, når antallet af aflejrede og skurepartikler var ens. Han ligestillede sandsynligheden for, at partikel eroderes til sandsynligheden for, at vægten af ​​den løftede partikel er mindre end nedsænket vægt. Ved udledningen af ​​denne ligning har han lavet antal antagelser og vedtaget mange eksperimentelle koefficienter. Sandsynligheden P for bedpartikelbevægelsen er givet af ham som

I ovenstående relation er alle parametre som ɸ, Ψ, Ƞ 0, A, B konstanter. Ψ, er en dimensionløs forskydningsparameter, mens ɸ er dimensionløs transportparameter.

Når sengematerialet består af ensartet kornmateriale, reduceres forskellige parametre til ɸ = ɸ og Ψ = Ψ og så videre.

Da ovenstående forhold er besværligt, korrelerede han yderligere to dimensionsløse parametre ɸ og Ψ som ɸ = f (Ψ) til praktiske formål.

For ensartet sengemateriale blev forholdet repræsenteret ved en kurve på semi-logaritmisk plot med ligning

0, 465 ɸ = e -0, 391 Ψ

Han gav værdi af ɸ ved at følge ligningen:

Hvor

G er kornets specifikke tyngdekraft;

d er kornets diameter;

g er acceleration på grund af tyngdekraft

v w er den specifikke vægt af vand

Andre symboler har de tilsvarende betydninger allerede givet tidligere.

Han gav også forhold til ɸ som

Ψ = (G - 1) d / R'S

Hvor

R 'er hydraulisk middelradius, der ville eksistere, hvis sengen blev afrundet. Når den anvendte rugositetskoefficient repræsenterer granulær ruhed, kan kun R 'beregnes ud fra Mannings ligning.

For at forenkle proceduren gav han en kurve på log-logpapir som ɸ = f (Ψ) til brug i brug og er angivet i figur 9.5.

Einstein-Browns Forhold:

Brown plottet dataene på log-log-plot og fandt, at al data reduceres til en enkelt lineær funktion af formularen

ɸ = 40 / (Ψ) 3

Dette forhold er også fundet nyttigt ved beregning af bedlasttransport i visse tilfælde. Problem 9.7. I en varierende bred kanal viste koncentrationen af ​​suspenderet belastning at være 500 ppm ved 0, 4 m over sengen. Hvis hastigheden for et korns fald i stillt vand er 0, 04 m / sek og kanalens hældning er 1 i 4500 bestemmer den suspenderede belastningskoncentration ved 0, 8 m over kanalens seng. Tag dybden af ​​strømmen som 2 m.

Opløsning:

Trin 1. C a ved 0, 4 m over seng = 500 ppm = 500 x 10-6 x 10 3 = 0, 5 kg / m 2

Problem:

Ved hjælp af Meyer-Peters ligning beregnes mængden af ​​sengelast transporteret af vandet i en bred kanal med følgende dimensioner: