PROVOZ VODOHOSPODÁŘSKÝCH DĚLIII.díl – Hydrologie a hydrodynamika v provozu

vodohospodářských děl

PREZENTACE PŘEDMĚTU

11/2010 odborný garant p ředmětu:Ing.J.Zídek V Roudnici zpracoval: Ing.J.Zídek,kreslil:Ing.L.Drahozal

Univerzita J.E.Purkyn ě Katedra technických v ěd Obor Vodní hospodá řství 3904R023Studijní program Inženýrská ekologie , p ředmět Provoz vodohospodá řských d ěl

J.Z.

HYDROLOGIE V PROVOZU VD

Hydrologie je věda, která se systematicky, vlastními metodami a prostředky zabývá zákonitostmi výskytu a oběhu vody v přírodě.

Část hydrologie, která poskytuje potřebná data pro provozní činnost a údržbu vodohospodářských děl se nazývá inženýrskáhydrologie .

Na výsledcích hydrologie staví hydrotechnika , zabývající se problematikou využití vodní energie, výstavbou přehrad, jezů, splavněním toků a všemi otázkami vodních cest, úpravy toků, zlepšení odtokových poměrů a ochran přilehlých územípřed povodněmi. Dále to jsou hydromeliorace , v jejichž rámci budujeme závlahy a odvodnění zemědělských pozemků, protierozní opatření v postižených nebo na erozi náchylných územích. Do této oblasti patří též hrazeníbystřin a zakládání rybníků.

Dále je to zdravotní inženýrství , problematika lázeňství, odvádění a čištění odpadních vod, zajišťování sídlišť a průmyslu pitnou a užitkovou vodou.

Potřeba a spotřeba vody neustále narůstá. Řídící a koncepční úlohu zastává vodní hospodá řství . Hydrologie využívá poznatky mnoha styčných oborů.

meteorologie, zkoumající fyzikální změny a děje v ovzduší, klimatologie, zkoumající dlouhodobý režim počasípedologie, geologie a hydrologie, zabývající se prostředím, do kterého se voda infiltruje,

hydraulika, zabývající se klidem a pohybem vody a řada dalších jako agrotechnika , atdČást, zabývající se pozorováním, cílevědomým shromažďováním, klasifikací, tříděním a zpracováním získaného materiálu,

se nazývá hydrografie .Hydrometrie , se věnuje návrhu vhodných přístrojů, metod měření a samotnému měření v terénu .

2

J.Z.

Koloběh vody na zemi

• Působením sluneční energie se voda nepřetržitě vypařuje v množství, jež se odhaduje ročně na 519 000 km3. Hlavním zdrojem výparu jsou světová moře. Vypařená voda je transportována vzdušnými proudy.

• Část par po čase kondenzuje a ve formě srážek padá buď zpět na mořskou hladinu nebo až na pevninu.

• Souhrn vody na zemi nazýváme hydrosférou a její objem pokládáme prakticky za stálý. Celkový objem vody se odhaduje na 1,33.109 km3. Mápro přírodu základní význam – jednak se účastní převažující, většiny procesů fyzikálních, chemických i biologických, jednak je ve všech svých formách činitelem, který má závažnou účast při formování zemského povrchu.

• Světová moře a oceány zaujímají plochu 70,5% zemského povrchu a je v nich obsaženo asi 1,3.109 km3 vody.

• 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 vody a v řekách 1,2.104 km3 . Množství vod, které ročně z povrchu zemského odteče, činí asi 37.103 km3.

Rozdělení vody na zemi

3

J.Z.

Srážkoodtokový proces v povodí

• Srážkoodtokovým procesem rozumíme postupnou transformaci srážky dopadající na povodí až na odtok vody uzávěrovým profilem povodí a je ovlivněn řadou činitelů. Především je to skupina klimatických činitel ů. Sem patřívlastní časový a prostorový průběh spadlé příčinné srážky, vlhkost ovzduší, výpar, teplota ovzduší, rychlost a směr větru, atmosférický tlak apod.

• Druhou skupinu tvoří geografi čtí činitelé povodí. tj.: plocha, velikost, střední nadmořská výška, tvar, reliéf, říční síť, hydrogeologické poměry, vegetační pokryv apod.

• Vlastní srážkoodtokový proces se skládá ze dvou dílčích transformací• V průběhu první – hydrologické transformace – jsou od srážky dopadající na povodí postupně odečítány hydrologické

ztráty. Sem patří ztráta výparem – evapotranspirace (celkový výpar z povrchu vegetačního pokryvu, z pórů rostlin a z půdy), ztráta vlivem intercepce (zdržení vody na povrchu vegetace), ztráta navlháním, ztráta infiltrací vody do půdy a ztráta povrchovou retencí (plošný povrchový odtok nastane až po zaplnění nerovností terénu vodou).

• Druhá transformace je hydraulická transformace kdy plošný povrchový odtok se postupně koncentruje v ronových a erozních rýhách a následně v říční síti až na odtok uzávěrovým profilem. Část celkového odtoku tvoří podzemní

odtok.

4

J.Z.

Povodí

• Povodí je základním pracovní jednotkou v hydrologii. Je to území, ze kterého všechna voda stéká k určitému místu na toku (uzávěrový profil). Jedná se tedy o sběrnou oblast toku. Jde přitom o veškerý odtok – povrchový i podzemní.

• Povodí je orografické a hydrologické.

5

J.Z.

ŘÍČNÍ SÍŤ – VODNÍ TOKY

- Tok, který vtéká do moře, je 1. řádu, do něj se vlévají toky 2. řádu atd.

- 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.

- Začátek řeky tvoří pramen (řeka může také vytékat z ledovce či jezera).- Horní tok koryto vymílá a v dolním toku se koryto zanáší.- Vlivem přirozené cirkulace vody u vnějšího (vypuklého - konkávního) se koryto vymílá a u vnitřního (vydutého - konverzního)

se vytváří nános. Přechod mezi oblouky tvoří brod

6

J.Z.

ŘÍČNÍ SÍŤ – VODNÍ STAVY, MĚŘENÍ PRŮTOKU

V důsledku srážkoodtokového procesu v povodí se průtok v říční síti neustále mění, což se nejzřetelněji projevuje pohybem hladiny.Vztah polohy hladiny a průtoku při rovnoměrném ustáleném proudění je dán měrnou křivkou (konsumpční křivka).Pro určení průtoku v určitém profilu se zřizují měrné profily (vodočetné stanice). Tyto profily vyžadují stabilní a pravidelné koryto.Způsoby měření vodních stavů: laťový vodočet, limnigrafy.Nula vodočtu se dává pod nejnižší známou hladinu a nadmořská výška nuly vodočtu musí být vztažena ke třem pevným výškovým bodům.

7

J.Z.

Nepřímé určení průtoku vychází například z polohy hladin, přepadové výšky, měření rychlosti proudění vody, měření průtočné plochy, součinitele drsnosti omočeného obvodu nebo sklonu hladin mezi dvěma hodnocenými profily v ustáleném rovnoměrném proudění.

Měření vzdutosti hydrometrickou vrtulí se provádí ve svislicích příčných průřezu koryta a to u povrchu ,dna alespoň ve 3 bodech mezi tím.

8

J.Z.

REŽIM VODNÍCH TOKŮ – ČÁRY, ČETNOSTI A PŘEKROČENÍ

- Z matematického hlediska hydrologické veličiny jsou náhodné procesy. Jejich velikost lze maximálně odhadnout podle pravděpodobnosti budoucího výskytu.- Základem určení pravděpodobnosti výskytu je dlouhodobé pozorování vodních stavů a průtoků. Ty se dále přepočítávají na průměrné stavy a průtoky.- Dlouhodobý průměrný průtok se nazývá hydrologický potenciál povodí k uzávěrovému profilu řeky.- Průměrný specifický odtok (m3/s/km2) udává vodnost toků.- Další důležitou charakteristikou toků jsou extrémní hodnoty. Jsou to nejvyšší a nejnižší hodnoty, která se vyskytly v určitém časovém období.-Pro odečet extrémních hodnot se používají pravděpodobnostní křivky.- f (Q) – hustota pravděpodobnosti udává pravděpodobnost výskytu realizace.- P (Q) – funkce pravděpodobnosti překročení udává pravděpodobnost dosažení a překročení- F (Q) – distribuční funkce – udává pravděpodobnost dosažení a nedostoupení.

9

J.Z.

REŽIM VODNÍCH TOKŮ – VLIVY NA POVRCHOVÝ ODTOK, MAXIMÁLNÍ A MINIMÁLNÍ PRŮTOKY

• Povrchový odtok (plošný i koncentrovaný) je jednou ze složek srážkoodtokového procesu.• Nejdůležitější součástí celého procesu jsou srážky, výpar, teplota a vlhkost ovzduší.• Odtok z území vzniká zejména z povrchového odtoku srážek, do koryt však se zpožděním dospěje i voda, která se vsákla do půdy.• Odtok je co do velikosti i co do časového rozdělení ovlivněn řadou činitelů geografických.• Tráva zdrsňuje povrch, zmenšuje proto rychlost odtoku a zvyšuje vsakování. Nesporný je vyrovnávací účinek lesního porostu na rozdělení

odtoku.• Příčinou povodňových průtoků na malých povodích jsou přívalové deště.• Na velkých povodích jsou naopak příčinou povodní regionální deště a náhlé tání sněhové pokrývky.• V libovolném profilu na toku je možno znázornit průběh povodně hydrogramem povodně.• Objemem povodňové vlny se rozumí veškerý objem proteklé vody mezi počátkem a koncem povodně. Počátek a konec musí být zadán.• Povodně se klasifikují podle pravděpodobnosti překročení kulminačních průtoků, nebo se využívá průměrná doba opakování kulminačních

průtoků N, respektive průměrná doba opakování objemů povodní.• 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

jednom roce.• Do uzávěrového profilu se dostane voda nejprve z nejbližšího okolí, postupně tam však dospívá i voda vzdálenější, takže průtok stoupá tak

dlouho, až k průřezu dospěje voda z hydraulicky nejvzdálenějšího místa povodí. Tuto dobu nazýváme kritickou dobou. Tato doba závisí na geografických činitelích povodí.

• Při určení návrhového průtoku se z naměřených dat každý rok vybere jeden největší průtok. Pro tato data se sestrojí empirická čára překročení.• Setrvalé nízké a minimální průtoky (malé vody) v tocích jsou hospodářsky důležité, protože omezují využití vody pro zásobování průmyslu i

obyvatelstva, pro účely energetické, závlahy a další. Projevuje se v nich také v největší míře znečištění toků.• Nejmenší průtoky vznikají v období, kdy na delší dobu přestává povrchový odtok, takže zásoby podzemní vody jsou značně vyčerpány.• Jako absolutní minimum Qabs min označujeme okamžitý nejmenší průtok, pozorovaný v daném měrném profilu v dlouholetém období.• Analogií N-letých maximálních průtoků QN jsou u malých vod N-leté minimální průtoky. Značí se QN, min a udávají hodnotu (hladinu) průtoku,

která je v dlouhodobém průměru dosažena nebo nedostoupena jedenkrát za N roků. Odečítají se tedy z čáry nedostoupení (distribuční křivka) a do souboru pro zpracování se každý rok opěr vybírá nejmenší průměrný denní průtok.

• Malé vody se popisují rovněž pomocí m-denních vod. Ty se značí Qm,d a udávají hodnotu (hladinu) průtoku, která je dosažena nebo překročena v dlouhodobém průměru po m dnů v roce.

• Do souboru pro zpracování se tentokrát zahrnují všechny průměrné denní průtoky za celé pozorované období. Sestrojí se z nich dříve popsaným způsobem čára překročení, a ta se vyhladí teoretickou křivkou. Pravděpodobnostní osa se na závěr nahradí časovou osou. Pravděpodobnosti rovné 1 odpovídá 365.den v roce.

10

J.Z. 11

J.Z.

VODNÍ NÁDRŽE

Pokud v povodí existují vodní nádrže, je vodní režim toků, které protékají těmito nádržemi směrem po toku ovlivněn.Nádrž je schopna jímat nadbytečný průtok vody v toku a shromažďovat jej pro pozdější využití, což se projevuje jejím plněním.V málovodném období je naopak schopna nalepšovat malé průtoky vody v toku, což se projeví jejím prázdněním.Morfologie údolí každé nádrže je popsána charakteristikami nádrže (batygrafickými křivkami). Jsou to čára zatopených ploch

A (H) a čára zatopených objemů V (H). Udávají závislost mezi nadmořskou výškou vodní hladiny H a její plochou A, a mezi nadmořskou výškou vodní hladiny H a příslušným plněním nádrže V.

Pro plnění těchto a dalších účelů jsou v nádržích vymezeny funkční prostory.V nejnižší části nádrže se nachází prostor stálého nadržení As, má objem Vs a hladinu Ms. Tento prostor se běžně nevyužívá

a voda v něm, i když má nejnižší kvalitu, slouží jako tzv. „železná rezerva“. Jeho součástí je mrtvý prostor Am.Nad prostorem stálého nadržení leží velmi důležitý zásobní prostor Az. Ten slouží k zásobení převážně obyvatelstva,

průmyslu a zemědělství vodou. Využívá se rovněž hydroenergeticky a retenčněNad ním leží prostory ochranné. To jsou retenční prostor ovladatelný (pro manipulaci s odtokem vyžaduje přítomnost

obsluhy), a retenční prostor neovladatelný , který leží nad korunou pevného bezpečnostního přelivu. Odtok z něj probíháautomaticky.

Pouze u malých vodních nádrží – zejména rybníků, které plní jiné účely, není trvalá přítomnost obsluhy vyžadována. Takovéto nádrže jsou chráněny proti přelití pouze bezpečnostním přelivem. Transformační účinek povodňového průtoku retenčním prostorem neovladatelným je patrný v následném zobrazení

12

J.Z. 13

J.Z.

• Ochlazování ovzduší stoupá jeho nasycenost vodními parami. Když teplota klesne pod teplotu rosného bodu, sráží se část obsažené páry kolem kondenzačních jader, což jsou ionizované částice prachu, kouře, pylu nebo i molekuly plynů. Vznikají nepatrné kapičky vody nebo sněhovévločky, které tvoří oblaka a mlhy.

Srážky

14

J.Z.

Extrémní dešt ě

Deště charakterizujeme dobou trvání τ v minutách nebo hodinách a intenzitou i, což je množství vody, 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. Regionální deště jsou dlouhodobé deště s velkou rozlohou. Obvykle mívají menší intenzitu. V nižších polohách nepřesahuje 80 mm za den.V horských krajích však může být 345 mm za den. Přívalové deště neboli lijáky jsou velmi vydatné krátkodobé deště, které zasahují poměrně malé plochy.Způsobují proto prudké rozvodnění malých tokůČím větší je intenzita lijáku, tím menší je jím zasažená plocha. Všeobecně intenzita lijáku klesá s jeho trváním.

15

J.Z.

Měření srážek

• Srážky se měří v soustavě srážkoměrných stanic dešťoměrem neboli ombrometrem. Ombrometr se skládá ze záchytné nálevky, jejíž okraj je 100 cm nad zemí a má plochu 500 cm2. Nálevka zasahuje do sběrné nádoby .Měření se provádí pravidelně každý den v 7 hodin ráno nebo i po jednotlivých větších deštích.

• Dokonalejší údaje dostáváme zapisujícím dešťoměrem, ombrografem.• Na těžko přístupných místech, hlavně v horách, se měří celkový úhrn srážek za delší období pomocí

totalizátoru. Jeho výška nad terénem je 3 až 5 m. Zachycené pevné srážky se v něm rozpustí v roztoku chloridu vápenatého (CaCl2) a chrání se před výparem vrstvou vaselinového oleje.

16

J.Z.

Výpar

• Vypařování vyplývá z neustálého pohybu molekul vody, který se stupňuje při nárůstu teploty. Některé molekuly přitom překonávají přitažlivost molekul sousedních a přecházejí do ovzduší. Opačný proces je kondenzace.

• Výpar z vodní hladiny je poměrně nejjednodušší. U vodních nádrží je nejvýznamnější složkou ztrát vody. Tento výpar se v našich podmínkách pohybuje v rozmezí cca 1 až 3 mm za den a 200 až 800 mm za rok, především v závislosti na teplotě a nadmořské výšce.

• Výpar z p ůdy závisí na vlastnostech půdy. Je možno říci, že výpar je tím menší, čím silnější je povrchová vrstva vysušené půdy. Drsný a zvlněný povrch přispívá k výparu více než povrch rovný a hladký. Větší výpar mají tmavé půdy.

• Podstatný vliv na zmenšení výparu má zastínění půdy. Např. zastínění rostlinstvem může zmenšit výpar až na hodnotu 20 %. Přitom však rostlinstvo zase naopak k výparu přispívá přímým vypařováním vláhy z povrchu listí – transpirací.

• Transpirace je projevem životního procesu rostlin: kořeny rostlin se nasává podzemní voda, v níž jsou rozpuštěny živiny, a pak se listy částečně vypařuje. Živiny a část vody vytváří rostlinnou tkáň. Množství vody v gramech, kterého je zapotřebí pro vytvoření 1 g sušiny tkáně, je tzv. transpirační součinitel. Pohybuje se v mezích 250 až 700 g, nejčastějšíhodnota pro zemědělské kultury je 300 až 450 g.

17

J.Z. 18

J.Z.

HYDRAULIKA V PROVOZU VODOHOSPODÁŘSKÝCH DĚL

• Hydrauliku členíme na dvě základní části:• hydrostatiku – kapaliny v klidu• hydrodynamiku – kapaliny v pohybu• Fyzikální vlastnosti kapalin:

– Hustota (měrná hmotnost): je hmotnost kapalin vztažená k objemu – kapaliny jsou málo stalčitelné– Soudržnost: kapaliny vykazují sice malou, ale určitou pevnost v tahu, tj. odpor proti oddělení částic kapaliny:

teplotou se kapaliny roztahují, hustota se zmenšuje, výjimkou je voda, která od 0 – 4°C se smrš ťuje a teprve dalším vzestupem teplot také roztahuje.

– Viskozita: při vzájemném pohybu částic důsledkem vnitřního tření (viskozity) vzniká smykové napětí v kapalinách.– Stlačitelnost: vlastnost zmenšit objem vlivem změny tlaku. Pojem nestlačitelnosti vody je opodstatněný při

porovnání s plyny, ne pevnými látkami (ocel má 100 x menší stlačitelnost).– Povrchové napětí: působí na konkrétní ploše mezi kapalinou a plynem nebo mezi dvěma nemísícími se

kapalinami. Způsobuje ulpívání vody na tělesech.– Kapilarita: povrchové napětí způsobuje zdvih (elevaci) respektive snížení (depresi) kapalin v úzkých trubicích (i

pórech zemin), jemné písky mají zdvih až 0,5 m, jíly až 50 m).– Tepelná vodivost: schopnost kapalin vést teplo.– Ideální kapalina je :

nestlačitelná, objemově stálá při změnách teplot, neviskozní.jedná se o zjednodušující zanedbávání fyzikálních vlastností kapalin při matematické analýze

19

J.Z.

HYDROSTATIKA V PROVOZU VODOHOSPODÁŘSKÝCH DĚL

• Hydrostatika se zabývá kapalinami, které se nepohybují a jejich účinkem na tuhá tělesa.• Kapalina je v klidu, když výslednice sil vnějších (atmosferický tlak), objemových (tíha kapaliny) a vnitřních je nulová.• Tlak v kapalině:

– Síly na libovolnou rovinatou plochu v kapalině za klidu jsou na plochu kolmé.– Tlak v libovolném bodě kapaliny, když je v klidu, je ve všech směrech stejný.– Statický tlak v kapalině se rovná hydrostatickému, zvětšenému o vnější tlak na povrch hladiny kapaliny. Vnější tlak je

převážně konstantní do všech bodů kapaliny, ale hydrostatický roste úměrně s hloubkou.– Rovňové plochy mají statický tlak konstantní. Hladinová plocha tvoří povrch kapaliny.– Na zemi mají hladinové plochy kulovitý tvar. Pro malé části plochy se nahrazují vodorovnou hladinou.– Pascalův zákon.– Archimédův zákon: Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou silou, která se rovná tíze kapaliny tělesem

vytlačené.

20

J.Z. 21

J.Z. 22

J.Z. 23

J.Z.

PLOVÁNÍ TĚLES (PLAVIDEL)

• PLOVÁNÍ PLAVIDEL• V souladu s Archimédovým zákonem plavidlo plove, když tíha plavidla je menší než vztlaková síla působící směrem vzhůru na plavidlo.• Vztlaková síla [F] na plavidlo se rovná tíze kapaliny o objemu ponořené části plavidla a působí vzhůru, v těžišti [C] ponořené části tělesa.• Vlastní tíha tělesa [G]působí dolů ve směru gravitace v těžišti. plavidla [T].• TÍHA TĚLESA [G] = hustota tělesa [ρ 1] x tíhové zrychlení [g] x objem tělesa [V]• G = ρgV• VZTLAKOVÁ SÍLA /F/ = hustota vody [ρ] x tíhové zrychlení [g ] x objem ponořené části tělesa [W]• F = ρgW• G > F těleso klesá ke dnu• G = F těleso se vznáší• G < F těleso plove• plavební osa je myšlená přímka, která jde těžištěm [T] působícího vztlak [C]• V klidové poloze má plavební osu ve svislé poloze.• stabilita plování tělesa je schopnost tělesa se vrátit po vychýlení do původní polohy, když přestala působit síla jež vychýlení způsobila.• metacentrum [M]je průsečík vztlakové síly s plavební osou při vychýlení plavidla.Metacentrická výška /hm/ je vzdálenost mezi těžištěm plavidla a metacentrem [M]• Metacentrická výška u námořních lodí musí být alespoň 0,3 – 0,7m• Podmínky stability plavidla jsou:• Působiště vztlakové síly [C] je nad těžištěm tělesa [T]• nebo [C] je pod [T], ale metacentrum /M/ je nad těžištěm T a platí že TC < TM (hvz < hM)• moment Ms při kterém se ještě plavidlo vrací do původní polohy• je: MS = ρx g x w TM sin α (platí v rozsahu α < 5 až 10 °)

24

J.Z.

HYDRODYNAMIKA

• Hydrodynamika oproti hydrostatice je složitější věda. K výpočtům se používají zjednodušenáschémata a opravné součinitele. Vychází se z ideální kapaliny a zavádí se pojem „proudové vlákno“.

• Hydrodynamika se zabývá pohybem kapalin a jejich působením na tuhá tělesa.• Proudnice: jsou čáry vedené proudící ideální kapalinou tak, že jejich tečna má souhlasný směr

s rychlostí v tomto místě.• Průtočný profil: je rovný řez kolmý k podélné ose vedení proudu kapaliny. Může být otevřený či

uzavřený.• Průtok: objem kapaliny, který proteče průtočným průřezem za jednotku času.• Proudění ustálené (stacionární, permanentní) jsou hydraulické veličiny v čase neměnném, jež závisí

pouze na své poloze.• Proudění rovnoměrné: je zvláštní případ pohybu ustáleného, při kterém jsou průtočné průřezy na

celém úseku stejné (stejný příčný profil, sklon dna a drsnost koryta).• Rovnice kontinuity: vychází ze zákona o zachování hmotnosti, hmotnost tekutiny do elementu

vtékající minus hmotnost tekutiny z elementu vytékající se rovná časové akumulaci hmotnosti.

25

J.Z. 26

J.Z. 27

J.Z.

VÝTOK KAPALINY OTVOREM Z NÁDOB

• Výtok z nádoby je ustálený (odteklé množství kapalin doplňujeme) a neustálený (hladina v nádrži neustále klesá či stoupá).

• Z hydraulického hlediska je výtok volný (do vzduchu), zatopený (kapalina vytéká pod hladinou) a částečně zatopený (vytékáčástečně do vzd. do vody).

28

J.Z.

PŘEPADY

• Přepad je výtok kapaliny otvorem nahoře otevřeným.• Tvar a tloušťka přepadové stěny má podstatný vliv na proudění vody – ostrohranný, jezové a přehradní

přelivy s širokou korunou a zvláštní typy (například šachtový).• Podle polohy dolní hladiny je přepad dokonalý a nedokonalý (zatopený).• Podle umístění přelivné hrany jsou přelivy čelní, šikmé, lomené a boční.

29

J.Z. 30

J.Z.

Výpočet přepadu p řes jezová t ělesaPro výpočet přepadového množství přes jezová tělesa můžeme použít rovnice podobné rovnici

Boční kontrakce

31

J.Z.

USTÁLENÉ TLAKOVÉ PROUDĚNÍ VODY V POTRUBÍ

• Potrubí rozdělujeme z hydraulického hlediska na tlakové a s volnou hladinou (kanalizační stoky).• Pro výpočet se použije Bernoulliho rovnice doplněná o ztráty vlivem potrubí.

g

vh z ⋅

⋅= ∑ 2

2

ζ

� místní ztráty;

� ztráty třením.

HydraulickHydraulickéé odpory odpory -- ztrztráátyty::

g

v

d

Lh z ⋅

⋅⋅=2

2

λ

32

J.Z. 33

J.Z.

KRITICKÉ, ŘÍČNÍ A BYSTŘINNÉ PROUDĚNÍ

• Při konstantním průtoku kritické, říční a bystřinné proudění jsou vymezeny velikostí vynaložené energie na proudění kapaliny (energetická výška průřezu - E).

• Nejmenší energie je vynaložena při kritické hloubce. Při menší hloubce, kdy nastává bystřinné proudění se zvyšuje rychlost a tím energetická výška. Při větší hladině, kdy nastává říční proudění, se rychlost sice zmenšuje, ale energetická výška se rovněž zvyšuje.

• Při dosažení kritického proudění je dosažena kritická rychlost, která se rovná rychlosti šíření translačních vln na hladině. To znamená, že při bystřinném proudění kritická vlna nemůže postupovat proti proudu a při říčním může.

• Kritickým sklonem Nk se nazývá sklon, při kterém v daném profilu protéká daný průtok Q v kritické hloubce hk.

34

J.Z. 35

J.Z.

VODNÍ SKOK

• vodní skok je jeden ze dvou způsobů, v tomto případě neplynulého přechodu z bystřinného proudění do říčního.

• Jedná se o hydraulický jev vyskytující se zejména za přepadem přes jez či výtokem pod stavidlem

• Vodním skokem kinetická energie při velké ztrátě celkové energie se mění až na energii potenciální.

• Vodní skok je charakterizován vzájemnými hloubkami vodního skoku h1 (bystřinný) – těsně před vodním skokem a h2 (říční) těsněza vodním skokem.

• Vzdálenost mezi těmito hloubkami se nazývá délka vodního skoku.

• Rozdíl h2 – h1 = h3 se nazývá výška vodního skoku.

• Vodní skok může být povrchový nebo s dnovým režimem.

36

J.Z. 37

J.Z.

DIMENZOVÁNÍ VÝVARU JEZU

• Část koryta pod jezem, kde probíhá přechod bystřinného proudění na říční vodním skokem je často snížena, a opevněna pro tlumení kynetické energie vody se nazývá vývar.

• Vývar se dimenzuje tak, aby při všech průtocích vytvářel vzdutý vodní skok.

• Protože většinou hloubka vody v korytě pod jezem je menší než h2 (říční), za účelem ochrany stability dna řeky koryto na délku vodního skoku se prohlubuje a opevňuje.

38

J.Z.

SHYBKY

• Vodní toky při křížení s místními překážkami (komunikace či jiný vodní tok) lze vést shybkou.

• Hladina před shybkou musí být výše než za shybkou.

• Vtok se umísťuje tak hluboko, aby se netvořil hladinový vír a do shybky nevnikal vzduch.

39

J.Z.

NEROVNOMĚRNÉ USTÁLENÉ PROUDĚNÍ VODY V OTEVŘENÝCH KORYTECH

• U přirozených řek se mění průřez (plocha, drsnost) a sklonové poměry koryta (rychlost) podél délky toku a proudění je proto nerovnoměrné (mění se v prostoru, není závislé na času).

• Pro výklad teorie se používá konstantní průtok (v praxi se víceméně mění s časem).

• Křivka vzdutí vzniká, když se do proudu postaví pevná překážka (např. pilíř mostu, jez).• Křivka vzdutí má vždy menší sklon než dno a asymptoticky se postupně proti proudu přibližuje původní nevzduté hladině.

• Křivka snížení může vznikat vlivem rozšířením toku, prohloubením dna a směrem proti proudu rovněž splyne s původní hladinou.

40

J.Z.

• 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 provádí s využitím Berrnouliho rovnice.

Měření začíná vždy v profilu s menšíma hloubkami vody

41

J.Z.

DĚKUJI ZA POZORNOST

J.Zídek

SVATÝ VOJTĚCH PATRON PLAVCŮ

JEZOVÁ ZDRŽ VD ST ŘEKOV

42