Sediment Transport och dess bestämning (med diagram)

Läs den här artikeln för att lära dig om de två kategorierna av sediment som transporteras av vatten och dess beslutsamhet.

(1) Suspended Sediment:

Jordpartiklarna som transporteras med vatten utan att komma i kontakt med botten av kanalen kallas suspenderat sediment. Partiklarna hålls i suspension av den uppåtgående komponenten av turbulent ström. Det är naturligtvis sant att vissa partiklar faller ner på sängen medan vissa partiklar plockas upp av flödet. I turbulent flöde överför de stigande eddierna sediment från tunga sedimentkoncentrations bottenlager mot toppen. Å andra sidan lägger partiklar ner under tyngdkraften.

Under stabilt tillstånd överförde sediment uppåtgående balanser med det som föll på botten. Även vikten av suspenderat sediment utövar ytterligare tryck på bädden av kanalen som överskrider vätsketrycket. Den suspenderade belastningskoncentrationen "C" i en höjd y ovanför botten kan bestämmas från den kända koncentrationen vid en referenspunkt vid höjden "a" ovanför botten. Den givna ekvationen är

där D är djupet av vatten

w är fallhastighet av ett spannmål i stillvatten

K är Von Karmans universella konstant = 0, 4

V är skjuvhastighet = √τ ₀ / p

p är genomsnittlig densitet av vatten och

τ ₀ är intensitet av skjuvspänning i botten

Utvärdering av den totala sedimentbelastningen per meter bredd av kanalen kan göras genom att integrera produkt av hastighet och koncentration över hela djupet.

(2) Sängbelastning:

Det är den delen av sediment som rör sig längs kanalens botten. Kornen rör sig framåt genom att rulla, glida eller hoppa längs sängen. Sedimentets rörelse längs sängen beror främst på vätsketryck. Det är den totala tangentiella komponenten av vikten av vatten i kanalens längd.

Den ges genom uttryck:

vätsketryck = v _W AS .... (1)

där v _W = är enhetsvikt av vatten;

A är tvärsnittsarea; och

S är sänglängning

Dragkraft är vätsketrycket per område och ges genom att A delas av fuktad omkrets P.

Således är ₀ = v _W RS

För breda kanaler R = D

τ ₀ = v _W DS

När värdet av dragkraft är sådant att kornen bara börjar röra sig kallas det kritisk dragkraft och betecknas med termen 'τ _cr '.

För breda kanaler med jämn säng τ _cr ges av relation

τ _cr = 0, 047 (v - _vw ) d

där v är enhetsvikt av sediment och

d är korndiameter.

Således kan det ses att satsen för bäddbelastningstransport är en funktion av skillnaden mellan X och X. Det är givetvis inte så rakt framåt, eftersom bäddsformerna med en ökad intensiv kraft undergår förändringar och krusningar bildas. Dessa krusningar skapar formmotstånd och absorberar en del av dragkraft. Två ekvationer som allmänt används vid bestämning av hastighet till sänglasttransport ges av Meyer-Peter och Einstein.

Meyer-Peters ekvation:

Det anges att sängbelastningen transporterad med vatten i kilo per meter bredd ges av ekvation

qB är satsen för transport av sängbelastning i kg / m / h.

τ ₀ är dragkraftstyrka på sängen i kg / m ²

n 'är Mannings koefficient för kornen på en vanlig säng utan krusningar. Det kan erhållas från ekvation

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

K _s är effektiv korndiameter i mm. Den är lika med genomsnittlig korndiameter för tätt fördelade likformiga korn. Det kan tas som d ₆₅ eller diameterns värde än vad 65% av materialet är finare för graderade sandar.

n är det verkliga värdet av bemanningens koefficient på sängen med krusningar.

τ _cr är kritisk dragkraft i kg / m ²

Einsteins ekvation:

Einstein antog statistiskt tillvägagångssätt och härledd bäddbelastningsfunktion för jämviktshastigheten för bäddtransporter när antalet avsatta och skurmade partiklar var samma. Han likställde sannolikheten för att partikeln eroderades till sannolikheten att vikten av upphöjd partikel är mindre än nedsänkt vikt. Vid härledningen av denna ekvation har han gjort antal antaganden och antagit många experimentella koefficienter. Sannolikheten P för bäddpartikelrörelsen ges av honom som

I ovanstående relation är alla parametrar som ɸ, Ψ, Ƞ ₀, A, B konstanter. Ψ, är en dimensionslös skjuvparameter medan ɸ är dimensionell transportparameter.

När sängmaterialet består av likformigt kornmaterial reduceras olika parametrar till ɸ = ɸ och Ψ = Ψ och så vidare.

Eftersom ovanstående förhållande är besvärligt, korrelerade han ytterligare två dimensionslösa parametrar ɸ och Ψ som ɸ = f (Ψ) för praktiska ändamål.

För enhetligt bäddmaterial representerades förhållandet av en kurva på halvlogaritmisk plot med ekvation

0, 465 ɸ = e ^{-0, 391 Ψ}

Han gav värde av ɸ genom att följa ekvation:

Var

G är kornets specifika gravitation;

d är kornets diameter;

g är acceleration på grund av gravitationen

v _w är den specifika vikten av vatten

Andra symboler har liknande betydelser som redan givits tidigare.

Han gav också relation för ɸ som

Ψ = (G - 1) d / R'S

Var

R 'är hydraulisk medelradie som skulle existera om sängen var avränkt. När den använda ryggkoefficienten representerar granulär grovhet kan endast R 'beräknas från Mannings ekvation.

För att förenkla proceduren gav han en kurva på loggpapperet som ɸ = f (Ψ) för att arbeta och anges i figur 9.5.

Einstein-Browns relation:

Brown plottade data på log-log-plot och fann att all data minskar till en enda linjär funktion i formuläret

ɸ = 40 / (Ψ) ³

Detta förhållande har också visat sig vara användbart vid beräkning av sänglasttransport i vissa fall. Problem 9.7. I en varierande bred kanal befanns koncentrationen av suspenderad last vara 500 ppm vid 0, 4 m över bädden. Om hastigheten för fallet av ett spannmål i stillvatten är 0, 04 m / s och kanalens lutningslängd är 1 i 4500 bestämmer den upptagna belastningskoncentrationen vid 0, 8 m över kanalens bädd. Ta djupet av flödet som 2 m.

Lösning:

Steg 1. Ca vid 0, 4 m över sängen = 500 ppm = 500 x 10-6 x 10 ³ = 0, 5 kg / m ²