Hydrologie prezentace_listopad 2011 [Režim kompatibility]
Hydrologie prezentace_listopad 2011 [Režim kompatibility]
Hydrologie prezentace_listopad 2011 [Režim kompatibility]
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Univerzita J.E.Purkyně Katedra technických věd Obor Vodní hospodářství 3904R023<br />
Studijní program Inženýrská ekologie , předmět Provoz vodohospodářských děl<br />
PREZENTACE PŘEDMĚTU<br />
PROVOZ VODOHOSPODÁŘSKÝCH DĚL<br />
III.díl – <strong>Hydrologie</strong> a hydrodynamika v provozu<br />
vodohospodářských děl<br />
11/<strong>2011</strong> odborný garant předmětu:Ing.J.Zídek V Roudnici zpracoval: Ing.J.Zídek,<br />
kreslil:Ing.L.Drahozal
HYDROLOGIE V PROVOZU VD<br />
<strong>Hydrologie</strong> je věda, která se systematicky, vlastními metodami a prostředky zabývá zákonitostmi výskytu a oběhu vody<br />
v přírodě.<br />
Část hydrologie, která poskytuje potřebná data pro provozní činnost a údržbu vodohospodářských děl se nazývá inženýrská<br />
hydrologie.<br />
Na výsledcích hydrologie staví hydrotechnika, zabývající se problematikou využití vodní energie, výstavbou přehrad, jezů,<br />
splavněním toků a všemi otázkami vodních cest, úpravy toků, zlepšení odtokových poměrů a ochran přilehlých území<br />
před povodněmi. Dále to jsou hydromeliorace, v jejichž rámci budujeme závlahy a odvodnění zemědělských<br />
pozemků, protierozní opatření v postižených nebo na erozi náchylných územích. Do této oblasti patří též hrazení<br />
bystřin a zakládání rybníků.<br />
Dále je to zdravotní inženýrství, problematika lázeňství, odvádění a čištění odpadních vod, zajišťování sídlišť a průmyslu<br />
pitnou a užitkovou vodou.<br />
Potřeba a spotřeba vody neustále narůstá. Řídící a koncepční úlohu zastává vodní hospodářství.<br />
<strong>Hydrologie</strong> využívá poznatky mnoha styčných oborů.<br />
meteorologie, zkoumající fyzikální změny a děje v ovzduší, klimatologie, zkoumající dlouhodobý režim počasí<br />
pedologie, geologie a hydrologie, zabývající se prostředím, do kterého se voda infiltruje,<br />
hydraulika, zabývající se klidem a pohybem vody a řada dalších jako agrotechnika, atd<br />
Část, zabývající se pozorováním, cílevědomým shromažďováním, klasifikací, tříděním a zpracováním získaného materiálu,<br />
se nazývá hydrografie.<br />
Hydrometrie, se věnuje návrhu vhodných přístrojů, metod měření a samotnému měření v terénu .<br />
J.Z.<br />
2
Koloběh vody na zemi<br />
• Působením sluneční energie se voda nepřetržitě vypařuje v množství, jež se odhaduje ročně na 519 000 km3. Hlavním<br />
zdrojem výparu jsou světová moře. Vypařená voda je transportována vzdušnými proudy.<br />
• Část par po čase kondenzuje a ve formě srážek padá buď zpět na mořskou hladinu nebo až na pevninu.<br />
Rozdělení vody na zemi<br />
• Souhrn vody na zemi nazýváme hydrosférou a její objem pokládáme prakticky za stálý. Celkový objem vody se odhaduje na 1,33.109 km3. Má<br />
pro přírodu základní význam – jednak se účastní převažující, většiny procesů fyzikálních, chemických i biologických, jednak je ve všech svých<br />
formách činitelem, který má závažnou účast při formování zemského povrchu.<br />
• Světová moře a oceány zaujímají plochu 70,5% zemského povrchu a je v nich obsaženo asi 1,3.109 km3 vody.<br />
J.Z.<br />
3<br />
• Z celkového množství vody na zemi připadá na vodu pevniny a vodu v atmosféře jen nepatrná část – kolem 1 %. V jezerech je asi 0,75.106 km3<br />
vody a v řekách 1,2.104 km3 . Množství vod, které ročně z povrchu zemského odteče, činí asi 37.103 km3.
Srážkoodtokový proces v povodí<br />
• Srážkoodtokovým procesem rozumíme postupnou transformaci srážky dopadající na povodí až na odtok vody<br />
uzávěrovým profilem povodí a je ovlivněn řadou činitelů. Především je to skupina klimatických činitelů. Sem patří<br />
vlastní časový a prostorový průběh spadlé příčinné srážky, vlhkost ovzduší, výpar, teplota ovzduší, rychlost a směr<br />
větru, atmosférický tlak apod.<br />
• Druhou skupinu tvoří geografičtí činitelé povodí. tj.: plocha, velikost, střední nadmořská výška, tvar, reliéf, říční síť,<br />
hydrogeologické poměry, vegetační pokryv apod.<br />
• Vlastní srážkoodtokový proces se skládá ze dvou dílčích transformací<br />
• V průběhu první – hydrologické transformace – jsou od srážky dopadající na povodí postupně odečítány hydrologické<br />
ztráty. Sem patří ztráta výparem – evapotranspirace (celkový výpar z povrchu vegetačního pokryvu, z pórů rostlin a<br />
z půdy), ztráta vlivem intercepce (zdržení vody na povrchu vegetace), ztráta navlháním, ztráta infiltrací vody do půdy<br />
a ztráta povrchovou retencí (plošný povrchový odtok nastane až po zaplnění nerovností terénu vodou).<br />
• Druhá transformace je hydraulická transformace kdy plošný povrchový odtok se postupně koncentruje v ronových a<br />
erozních rýhách a následně v říční síti až na odtok uzávěrovým profilem. Část celkového odtoku tvoří podzemní<br />
odtok.<br />
J.Z.<br />
4
Povodí<br />
• Povodí je základním pracovní jednotkou v hydrologii. Je to území, ze kterého všechna voda stéká k určitému místu na toku (uzávěrový profil).<br />
Jedná se tedy o sběrnou oblast toku. Jde přitom o veškerý odtok – povrchový i podzemní.<br />
• Povodí je orografické a hydrologické.<br />
J.Z. 5
ŘÍČNÍ SÍŤ – VODNÍ TOKY<br />
- Tok, který vtéká do moře, je 1. řádu, do něj se vlévají toky 2. řádu atd.<br />
- Veletok je velký hlavní tok, jež ústí do moře, ostatní střední řeky a větší toky se nazývají řekami a horské potoky s velkým sklonem nazýváme bystřiny.<br />
- Začátek řeky tvoří pramen (řeka může také vytékat z ledovce či jezera).<br />
- Horní tok koryto vymílá a v dolním toku se koryto zanáší.<br />
- Vlivem přirozené cirkulace vody u vnějšího (vypuklého - konkávního) se koryto vymílá a u vnitřního (vydutého - konverzního)<br />
se vytváří nános. Přechod mezi oblouky tvoří brod<br />
J.Z. 6
ŘÍČNÍ SÍŤ – VODNÍ STAVY, MĚŘENÍ PRŮTOKU<br />
V důsledku srážkoodtokového procesu v povodí se průtok v říční síti neustále mění, což se nejzřetelněji projevuje pohybem hladiny.<br />
Vztah polohy hladiny a průtoku při rovnoměrném ustáleném proudění je dán měrnou křivkou (konsumpční křivka).<br />
Pro určení průtoku v určitém profilu se zřizují měrné profily (vodočetné stanice). Tyto profily vyžadují stabilní a pravidelné koryto.<br />
Způsoby měření vodních stavů: laťový vodočet, limnigrafy.<br />
Nula vodočtu se dává pod nejnižší známou hladinu a nadmořská výška nuly vodočtu musí být vztažena ke třem pevným výškovým bodům.<br />
J.Z. 7
Nepřímé určení průtoku vychází například z polohy hladin, přepadové výšky, měření rychlosti proudění vody, měření průtočné plochy, součinitele<br />
drsnosti omočeného obvodu nebo sklonu hladin mezi dvěma hodnocenými profily v ustáleném rovnoměrném proudění.<br />
J.Z.<br />
8<br />
Měření vzdutosti hydrometrickou vrtulí se provádí ve svislicích příčných průřezu koryta a to u povrchu ,dna alespoň ve 3 bodech mezi tím.
REŽIM VODNÍCH TOKŮ – ČÁRY, ČETNOSTI A PŘEKROČENÍ<br />
- Z matematického hlediska hydrologické veličiny jsou náhodné procesy. Jejich velikost lze maximálně odhadnout podle pravděpodobnosti budoucího výskytu.<br />
- Základem určení pravděpodobnosti výskytu je dlouhodobé pozorování vodních stavů a průtoků. Ty se dále přepočítávají na průměrné stavy a průtoky.<br />
- Dlouhodobý průměrný průtok se nazývá hydrologický potenciál povodí k uzávěrovému profilu řeky.<br />
- Průměrný specifický odtok (m3/s/km2) udává vodnost toků.<br />
- Další důležitou charakteristikou toků jsou extrémní hodnoty. Jsou to nejvyšší a nejnižší hodnoty, která se vyskytly v určitém časovém období.<br />
-Pro odečet extrémních hodnot se používají pravděpodobnostní křivky.<br />
- f (Q) – hustota pravděpodobnosti udává pravděpodobnost výskytu realizace.<br />
- P (Q) – funkce pravděpodobnosti překročení udává pravděpodobnost dosažení a překročení<br />
- F (Q) – distribuční funkce – udává pravděpodobnost dosažení a nedostoupení.<br />
J.Z. 9
REŽIM VODNÍCH TOKŮ – VLIVY NA POVRCHOVÝ ODTOK,<br />
MAXIMÁLNÍ A MINIMÁLNÍ PRŮTOKY<br />
• Povrchový odtok (plošný i koncentrovaný) je jednou ze složek srážkoodtokového procesu.<br />
• Nejdůležitější součástí celého procesu jsou srážky, výpar, teplota a vlhkost ovzduší.<br />
• Odtok z území vzniká zejména z povrchového odtoku srážek, do koryt však se zpožděním dospěje i voda, která se vsákla do půdy.<br />
• Odtok je co do velikosti i co do časového rozdělení ovlivněn řadou činitelů geografických.<br />
• Tráva zdrsňuje povrch, zmenšuje proto rychlost odtoku a zvyšuje vsakování. Nesporný je vyrovnávací účinek lesního porostu na rozdělení<br />
odtoku.<br />
• Příčinou povodňových průtoků na malých povodích jsou přívalové deště.<br />
• Na velkých povodích jsou naopak příčinou povodní regionální deště a náhlé tání sněhové pokrývky.<br />
• V libovolném profilu na toku je možno znázornit průběh povodně hydrogramem povodně.<br />
• Objemem povodňové vlny se rozumí veškerý objem proteklé vody mezi počátkem a koncem povodně. Počátek a konec musí být zadán.<br />
• Povodně se klasifikují podle pravděpodobnosti překročení kulminačních průtoků, nebo se využívá průměrná doba opakování kulminačních<br />
průtoků N, respektive průměrná doba opakování objemů povodní.<br />
• Např. Q100 je průtok, který je dosažen nebo překročen v průměru 1 krát za 100 roků. Tento průtok ale může nastat ,nebo být překročen vícekrát<br />
jednom roce.<br />
• Do uzávěrového profilu se dostane voda nejprve z nejbližšího okolí, postupně tam však dospívá i voda vzdálenější, takže průtok stoupá tak<br />
dlouho, až k průřezu dospěje voda z hydraulicky nejvzdálenějšího místa povodí. Tuto dobu nazýváme kritickou dobou. Tato doba závisí na<br />
geografických činitelích povodí.<br />
• Při určení návrhového průtoku se z naměřených dat každý rok vybere jeden největší průtok. Pro tato data se sestrojí empirická čára překročení.<br />
• Setrvalé nízké a minimální průtoky (malé vody) v tocích jsou hospodářsky důležité, protože omezují využití vody pro zásobování průmyslu i<br />
obyvatelstva, pro účely energetické, závlahy a další. Projevuje se v nich také v největší míře znečištění toků.<br />
• Nejmenší průtoky vznikají v období, kdy na delší dobu přestává povrchový odtok, takže zásoby podzemní vody jsou značně vyčerpány.<br />
• Jako absolutní minimum Qabs min označujeme okamžitý nejmenší průtok, pozorovaný v daném měrném profilu v dlouholetém období.<br />
• Analogií N-letých maximálních průtoků QN jsou u malých vod N-leté minimální průtoky. Značí se QN, min a udávají hodnotu (hladinu) průtoku,<br />
která je v dlouhodobém průměru dosažena nebo nedostoupena jedenkrát za N roků. Odečítají se tedy z čáry nedostoupení (distribuční křivka) a<br />
do souboru pro zpracování se každý rok opěr vybírá nejmenší průměrný denní průtok.<br />
• Malé vody se popisují rovněž pomocí m-denních vod. Ty se značí Qm,d a udávají hodnotu (hladinu) průtoku, která je dosažena nebo překročena<br />
v dlouhodobém průměru po m dnů v roce.<br />
• Do souboru pro zpracování se tentokrát zahrnují všechny průměrné denní průtoky za celé pozorované období. Sestrojí se z nich dříve popsaným<br />
způsobem čára překročení, a ta se vyhladí teoretickou křivkou. Pravděpodobnostní osa se na závěr nahradí časovou osou. Pravděpodobnosti<br />
rovné 1 odpovídá 365.den v roce.<br />
J.Z.<br />
10
J.Z. 11
VODNÍ NÁDRŽE<br />
Pokud v povodí existují vodní nádrže, je vodní režim toků, které protékají těmito nádržemi směrem po toku ovlivněn.<br />
Nádrž je schopna jímat nadbytečný průtok vody v toku a shromažďovat jej pro pozdější využití, což se projevuje jejím plněním.<br />
V málovodném období je naopak schopna nalepšovat malé průtoky vody v toku, což se projeví jejím prázdněním.<br />
Morfologie údolí každé nádrže je popsána charakteristikami nádrže (batygrafickými křivkami). Jsou to čára zatopených ploch<br />
A (H) a čára zatopených objemů V (H). Udávají závislost mezi nadmořskou výškou vodní hladiny H a její plochou A, a<br />
mezi nadmořskou výškou vodní hladiny H a příslušným plněním nádrže V.<br />
Pro plnění těchto a dalších účelů jsou v nádržích vymezeny funkční prostory.<br />
V nejnižší části nádrže se nachází prostor stálého nadržení As, má objem Vs a hladinu Ms. Tento prostor se běžně nevyužívá<br />
a voda v něm, i když má nejnižší kvalitu, slouží jako tzv. „železná rezerva“. Jeho součástí je mrtvý prostor Am.<br />
Nad prostorem stálého nadržení leží velmi důležitý zásobní prostor Az. Ten slouží k zásobení převážně obyvatelstva,<br />
průmyslu a zemědělství vodou. Využívá se rovněž hydroenergeticky a retenčně<br />
Nad ním leží prostory ochranné. To jsou retenční prostor ovladatelný (pro manipulaci s odtokem vyžaduje přítomnost<br />
obsluhy), a retenční prostor neovladatelný , který leží nad korunou pevného bezpečnostního přelivu. Odtok z něj probíhá<br />
automaticky.<br />
Pouze u malých vodních nádrží – zejména rybníků, které plní jiné účely, není trvalá přítomnost obsluhy vyžadována. Takovéto nádrže jsou chráněny<br />
proti přelití pouze bezpečnostním přelivem. Transformační účinek povodňového průtoku retenčním prostorem neovladatelným je patrný<br />
v následném zobrazení<br />
J.Z.<br />
12
J.Z. 13
Srážky<br />
• Ochlazování ovzduší stoupá jeho nasycenost vodními parami. Když teplota klesne pod teplotu rosného bodu, sráží se část obsažené páry kolem<br />
kondenzačních jader, což jsou ionizované částice prachu, kouře, pylu nebo i molekuly plynů. Vznikají nepatrné kapičky vody nebo sněhové<br />
vločky, které tvoří oblaka a mlhy.<br />
J.Z. 14
Extrémní deště<br />
Deště charakterizujeme dobou trvání τ v minutách nebo hodinách a intenzitou i, což je množství vody,<br />
které spadne za jednotku času. Intenzitu vyjadřujeme v mm/min, v mm/h anebo jako specifickou vydatnost v l/s/ha či m3/s/km2.<br />
Regionální deště jsou dlouhodobé deště s velkou rozlohou. Obvykle mívají menší intenzitu. V nižších polohách nepřesahuje 80 mm za den.<br />
V horských krajích však může být 345 mm za den.<br />
Přívalové deště neboli lijáky jsou velmi vydatné krátkodobé deště, které zasahují poměrně malé plochy.<br />
Způsobují proto prudké rozvodnění malých toků<br />
Čím větší je intenzita lijáku, tím menší je jím zasažená plocha. Všeobecně intenzita lijáku klesá s jeho trváním.<br />
J.Z. 15
Měření srážek<br />
• Srážky se měří v soustavě srážkoměrných stanic dešťoměrem neboli ombrometrem. Ombrometr se<br />
skládá ze záchytné nálevky, jejíž okraj je 100 cm nad zemí a má plochu 500 cm2. Nálevka zasahuje do<br />
sběrné nádoby .Měření se provádí pravidelně každý den v 7 hodin ráno nebo i po jednotlivých větších<br />
deštích.<br />
• Dokonalejší údaje dostáváme zapisujícím dešťoměrem, ombrografem.<br />
• Na těžko přístupných místech, hlavně v horách, se měří celkový úhrn srážek za delší období pomocí<br />
totalizátoru. Jeho výška nad terénem je 3 až 5 m. Zachycené pevné srážky se v něm rozpustí v roztoku<br />
chloridu vápenatého (CaCl2) a chrání se před výparem vrstvou vaselinového oleje.<br />
J.Z. 16
Výpar<br />
• Vypařování vyplývá z neustálého pohybu molekul vody, který se stupňuje při nárůstu teploty. Některé molekuly přitom<br />
překonávají přitažlivost molekul sousedních a přecházejí do ovzduší. Opačný proces je kondenzace.<br />
• Výpar z vodní hladiny je poměrně nejjednodušší. U vodních nádrží je nejvýznamnější složkou ztrát vody. Tento výpar se<br />
v našich podmínkách pohybuje v rozmezí cca 1 až 3 mm za den a 200 až 800 mm za rok, především v závislosti na<br />
teplotě a nadmořské výšce.<br />
• Výpar z půdy závisí na vlastnostech půdy. Je možno říci, že výpar je tím menší, čím silnější je povrchová vrstva<br />
vysušené půdy. Drsný a zvlněný povrch přispívá k výparu více než povrch rovný a hladký. Větší výpar mají tmavé půdy.<br />
• Podstatný vliv na zmenšení výparu má zastínění půdy. Např. zastínění rostlinstvem může zmenšit výpar až na hodnotu<br />
20 %. Přitom však rostlinstvo zase naopak k výparu přispívá přímým vypařováním vláhy z povrchu listí – transpirací.<br />
• Transpirace je projevem životního procesu rostlin: kořeny rostlin se nasává podzemní voda, v níž jsou rozpuštěny živiny,<br />
a pak se listy částečně vypařuje. Živiny a část vody vytváří rostlinnou tkáň. Množství vody v gramech, kterého je<br />
zapotřebí pro vytvoření 1 g sušiny tkáně, je tzv. transpirační součinitel. Pohybuje se v mezích 250 až 700 g, nejčastější<br />
hodnota pro zemědělské kultury je 300 až 450 g.<br />
J.Z. 17
J.Z. 18
HYDRAULIKA V PROVOZU VODOHOSPODÁŘSKÝCH DĚL<br />
• Hydrauliku členíme na dvě základní části:<br />
• hydrostatiku – kapaliny v klidu<br />
• hydrodynamiku – kapaliny v pohybu<br />
• Fyzikální vlastnosti kapalin:<br />
– Hustota (měrná hmotnost): je hmotnost kapalin vztažená k objemu – kapaliny jsou málo stalčitelné<br />
– Soudržnost: kapaliny vykazují sice malou, ale určitou pevnost v tahu, tj. odpor proti oddělení částic kapaliny:<br />
teplotou se kapaliny roztahují, hustota se zmenšuje, výjimkou je voda, která od 0 – 4°C se smrš ťuje a teprve dalším<br />
vzestupem teplot také roztahuje.<br />
– Viskozita: při vzájemném pohybu částic důsledkem vnitřního tření (viskozity) vzniká smykové napětí v kapalinách.<br />
– Stlačitelnost: vlastnost zmenšit objem vlivem změny tlaku. Pojem nestlačitelnosti vody je opodstatněný při<br />
porovnání s plyny, ne pevnými látkami (ocel má 100 x menší stlačitelnost).<br />
– Povrchové napětí: působí na konkrétní ploše mezi kapalinou a plynem nebo mezi dvěma nemísícími se<br />
kapalinami. Způsobuje ulpívání vody na tělesech.<br />
– Kapilarita: povrchové napětí způsobuje zdvih (elevaci) respektive snížení (depresi) kapalin v úzkých trubicích (i<br />
pórech zemin), jemné písky mají zdvih až 0,5 m, jíly až 50 m).<br />
– Tepelná vodivost: schopnost kapalin vést teplo.<br />
– Ideální kapalina je :<br />
nestlačitelná, objemově stálá při změnách teplot, neviskozní.<br />
jedná se o zjednodušující zanedbávání fyzikálních vlastností kapalin při matematické analýze<br />
J.Z.<br />
19
HYDROSTATIKA V PROVOZU VODOHOSPODÁŘSKÝCH DĚL<br />
• Hydrostatika se zabývá kapalinami, které se nepohybují a jejich účinkem na tuhá tělesa.<br />
• Kapalina je v klidu, když výslednice sil vnějších (atmosferický tlak), objemových (tíha kapaliny) a vnitřních je nulová.<br />
• Tlak v kapalině:<br />
– Síly na libovolnou rovinatou plochu v kapalině za klidu jsou na plochu kolmé.<br />
– Tlak v libovolném bodě kapaliny, když je v klidu, je ve všech směrech stejný.<br />
– Statický tlak v kapalině se rovná hydrostatickému, zvětšenému o vnější tlak na povrch hladiny kapaliny. Vnější tlak je<br />
převážně konstantní do všech bodů kapaliny, ale hydrostatický roste úměrně s hloubkou.<br />
– Rovňové plochy mají statický tlak konstantní. Hladinová plocha tvoří povrch kapaliny.<br />
– Na zemi mají hladinové plochy kulovitý tvar. Pro malé části plochy se nahrazují vodorovnou hladinou.<br />
– Pascalův zákon.<br />
– Archimédův zákon: Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou silou, která se rovná tíze kapaliny tělesem<br />
vytlačené.<br />
J.Z. 20
J.Z. 21
J.Z. 22
J.Z. 23
PLOVÁNÍ TĚLES (PLAVIDEL)<br />
• PLOVÁNÍ PLAVIDEL<br />
• V souladu s Archimédovým zákonem plavidlo plove, když tíha plavidla je menší než vztlaková síla působící směrem vzhůru na plavidlo.<br />
• Vztlaková síla [F] na plavidlo se rovná tíze kapaliny o objemu ponořené části plavidla a působí vzhůru, v těžišti [C] ponořené části tělesa.<br />
• Vlastní tíha tělesa [G]působí dolů ve směru gravitace v těžišti. plavidla [T].<br />
• TÍHA TĚLESA [G] = hustota tělesa [ρ 1] x tíhové zrychlení [g] x objem tělesa [V]<br />
• G = ρgV<br />
• VZTLAKOVÁ SÍLA /F/ = hustota vody [ρ] x tíhové zrychlení [g ] x objem ponořené části tělesa [W]<br />
• F = ρgW<br />
• G > F těleso klesá ke dnu<br />
• G = F těleso se vznáší<br />
• G < F těleso plove<br />
• plavební osa je myšlená přímka, která jde těžištěm [T] působícího vztlak [C]<br />
• V klidové poloze má plavební osu ve svislé poloze.<br />
• stabilita plování tělesa je schopnost tělesa se vrátit po vychýlení do původní polohy, když přestala působit síla jež vychýlení způsobila.<br />
• metacentrum [M]je průsečík vztlakové síly s plavební osou při vychýlení plavidla.Metacentrická výška /hm/ je vzdálenost mezi těžištěm plavidla a metacentrem [M]<br />
• Metacentrická výška u námořních lodí musí být alespoň 0,3 – 0,7m<br />
• Podmínky stability plavidla jsou:<br />
• Působiště vztlakové síly [C] je nad těžištěm tělesa [T]<br />
• nebo [C] je pod [T], ale metacentrum /M/ je nad těžištěm T a platí že TC < TM (hvz < hM)<br />
• moment Ms při kterém se ještě plavidlo vrací do původní polohy<br />
• je: MS = ρx g x w TM sin α (platí v rozsahu α < 5 až 10 °)<br />
J.Z.<br />
24
HYDRODYNAMIKA<br />
• Hydrodynamika oproti hydrostatice je složitější věda. K výpočtům se používají zjednodušená<br />
schémata a opravné součinitele. Vychází se z ideální kapaliny a zavádí se pojem „proudové vlákno“.<br />
• Hydrodynamika se zabývá pohybem kapalin a jejich působením na tuhá tělesa.<br />
• Proudnice: jsou čáry vedené proudící ideální kapalinou tak, že jejich tečna má souhlasný směr<br />
s rychlostí v tomto místě.<br />
• Průtočný profil: je rovný řez kolmý k podélné ose vedení proudu kapaliny. Může být otevřený či<br />
uzavřený.<br />
• Průtok: objem kapaliny, který proteče průtočným průřezem za jednotku času.<br />
• Proudění ustálené (stacionární, permanentní) jsou hydraulické veličiny v čase neměnném, jež závisí<br />
pouze na své poloze.<br />
• Proudění rovnoměrné: je zvláštní případ pohybu ustáleného, při kterém jsou průtočné průřezy na<br />
celém úseku stejné (stejný příčný profil, sklon dna a drsnost koryta).<br />
• Rovnice kontinuity: vychází ze zákona o zachování hmotnosti, hmotnost tekutiny do elementu<br />
vtékající minus hmotnost tekutiny z elementu vytékající se rovná časové akumulaci hmotnosti.<br />
J.Z.<br />
25
J.Z. 26
J.Z. 27
VÝTOK KAPALINY OTVOREM Z NÁDOB<br />
• Výtok z nádoby je ustálený (odteklé množství kapalin doplňujeme) a neustálený (hladina v nádrži neustále klesá či stoupá).<br />
• Z hydraulického hlediska je výtok volný (do vzduchu), zatopený (kapalina vytéká pod hladinou) a částečně zatopený (vytéká<br />
částečně do vzd. do vody).<br />
J.Z. 28
PŘEPADY<br />
• Přepad je výtok kapaliny otvorem nahoře otevřeným.<br />
• Tvar a tloušťka přepadové stěny má podstatný vliv na proudění vody – ostrohranný, jezové a přehradní<br />
přelivy s širokou korunou a zvláštní typy (například šachtový).<br />
• Podle polohy dolní hladiny je přepad dokonalý a nedokonalý (zatopený).<br />
• Podle umístění přelivné hrany jsou přelivy čelní, šikmé, lomené a boční.<br />
J.Z. 29
J.Z. 30
Výpočet přepadu přes jezová tělesa<br />
Pro výpočet přepadového množství přes jezová tělesa můžeme použít rovnice podobné rovnici<br />
Boční kontrakce<br />
J.Z.<br />
31
USTÁLENÉ TLAKOVÉ PROUDĚNÍ VODY V POTRUBÍ<br />
• Potrubí rozdělujeme z hydraulického hlediska na tlakové a s volnou hladinou (kanalizační stoky).<br />
• Pro výpočet se použije Bernoulliho rovnice doplněná o ztráty vlivem potrubí.<br />
Hydraulické odpory - ztráty:<br />
<br />
<br />
místní ztráty;<br />
ztráty třením.<br />
h z<br />
=<br />
λ ⋅<br />
L<br />
d<br />
⋅<br />
2<br />
v<br />
2 ⋅ g<br />
h z<br />
2<br />
v<br />
= ∑ ζ ⋅<br />
2 ⋅ g<br />
J.Z. 32
J.Z. 33
KRITICKÉ, ŘÍČNÍ A BYSTŘINNÉ PROUDĚNÍ<br />
• Při konstantním průtoku kritické, říční a bystřinné proudění jsou vymezeny velikostí vynaložené energie na proudění kapaliny<br />
(energetická výška průřezu - E).<br />
• Nejmenší energie je vynaložena při kritické hloubce. Při menší hloubce, kdy nastává bystřinné proudění se zvyšuje rychlost a tím<br />
energetická výška. Při větší hladině, kdy nastává říční proudění, se rychlost sice zmenšuje, ale energetická výška se rovněž zvyšuje.<br />
• Při dosažení kritického proudění je dosažena kritická rychlost, která se rovná rychlosti šíření translačních vln na hladině. To<br />
znamená, že při bystřinném proudění kritická vlna nemůže postupovat proti proudu a při říčním může.<br />
• Kritickým sklonem Nk se nazývá sklon, při kterém v daném profilu protéká daný průtok Q v kritické hloubce hk.<br />
J.Z. 34
J.Z. 35
VODNÍ SKOK<br />
• vodní skok je jeden ze dvou způsobů, v tomto případě neplynulého přechodu z bystřinného proudění do říčního.<br />
• Jedná se o hydraulický jev vyskytující se zejména za přepadem přes jez či výtokem pod stavidlem<br />
• Vodním skokem kinetická energie při velké ztrátě celkové energie se mění až na energii potenciální.<br />
• Vodní skok je charakterizován vzájemnými hloubkami vodního skoku h1 (bystřinný) – těsně před vodním skokem a h2 (říční) těsně<br />
za vodním skokem.<br />
• Vzdálenost mezi těmito hloubkami se nazývá délka vodního skoku.<br />
• Rozdíl h2 – h1 = h3 se nazývá výška vodního skoku.<br />
• Vodní skok může být povrchový nebo s dnovým režimem.<br />
J.Z. 36
J.Z. 37
DIMENZOVÁNÍ VÝVARU JEZU<br />
• Část koryta pod jezem, kde probíhá přechod bystřinného proudění na říční vodním skokem je často snížena, a opevněna pro<br />
tlumení kynetické energie vody se nazývá vývar.<br />
• Vývar se dimenzuje tak, aby při všech průtocích vytvářel vzdutý vodní skok.<br />
• Protože většinou hloubka vody v korytě pod jezem je menší než h2 (říční), za účelem ochrany stability dna řeky koryto na délku<br />
vodního skoku se prohlubuje a opevňuje.<br />
J.Z. 38
SHYBKY<br />
• Vodní toky při křížení s místními překážkami (komunikace či jiný vodní tok) lze vést shybkou.<br />
• Hladina před shybkou musí být výše než za shybkou.<br />
• Vtok se umísťuje tak hluboko, aby se netvořil hladinový vír a do shybky nevnikal vzduch.<br />
J.Z. 39
NEROVNOMĚRNÉ USTÁLENÉ PROUDĚNÍ VODY<br />
V OTEVŘENÝCH KORYTECH<br />
• U přirozených řek se mění průřez (plocha, drsnost) a sklonové poměry koryta (rychlost) podél délky toku a proudění je proto<br />
nerovnoměrné (mění se v prostoru, není závislé na času).<br />
• Pro výklad teorie se používá konstantní průtok (v praxi se víceméně mění s časem).<br />
• Křivka vzdutí vzniká, když se do proudu postaví pevná překážka (např. pilíř mostu, jez).<br />
• Křivka vzdutí má vždy menší sklon než dno a asymptoticky se postupně proti proudu přibližuje původní nevzduté hladině.<br />
• Křivka snížení může vznikat vlivem rozšířením toku, prohloubením dna a směrem proti proudu rovněž splyne s původní hladinou.<br />
J.Z. 40
• Nerovnoměrný pohyb vody v otevřených korytech se řeší po úsecích, ve kterých se předpokládá, že průtočné profily a rychlost se mění spojitě. Řešení se pak<br />
provádí s využitím Berrnouliho rovnice.<br />
Měření začíná vždy v profilu s menšíma hloubkami vody<br />
J.Z. 41
DĚKUJI<br />
ZA<br />
POZORNOST<br />
JEZOVÁ ZDRŽ VD STŘEKOV<br />
SVATÝ VOJTĚCH PATRON PLAVCŮ<br />
J.Zídek<br />
J.Z.<br />
42