DIKTAAT VLOEISTOFMECHANICA KOLLEGE b 7 3 B
DE HARMONISCHE METHODE
I N H O U D
§ 1 I n l e i d i n g
§ 2 Het h e r l e i d e n van de d i f f e r e n t i a a l - v e r g e l i j k i n g e n
I n i e i d i n g • : ; • / ... .
B i j v e r s c h i l l e n d e c i v i e l - t e c h n i s c h e p r o j e k t e n wordt men gekonfronteerd met
een type lange golven, w a a r b i j de v a r i a t i e s van de w a t e r s p i e g e l (het
piëzo-metrisch niveau) en de debieten (de stroomsnelheden) a l s een min o f meer
p e r i o d i e k e f u n k t i e kunnen worden opgevat.
Hoewel de i n d i t aanhangsel be;...indelde t h e o r i e een ruimere toepassing v i n d t ,
.wordt i n het volgende met name gedacht aan g e t i j g o l v e n , d i e z i c h v o o r t p l a n
-t e n i n zee- o f r i v i e r - a r m e n e.d. (Del-ta-gebied).
I n d i e n waterbouwkundige werken moeten worden u i t g e v o e r d , zoals het aanleggen
van havens, het u i t v o e r e n van baggerwerken, het maken van a f s l u i t i n g e n e.d.,
dan z a l dat steeds een ingreep i n het g e t i j - r e g i e m betekenen.
Berekeningen z i j n nu v o o r a l nodig om vooraf de konsekwenties van een
voerge-nomen v e r b e t e r i n g vast t e s t e l l e n . Met name het vinden van een optimale
op-l o s s i n g brengt een g r o o t ' a a n t a op-l noodzakeop-lijke berekeningen met z i c h mee.
I n Nederland werden de eerste getij-berekeningen u i t g e v o e r d naar a a n l e i d i n g
van het p l a n t o t a f s l u i t i n g van de Zuiderzee. I n het kader van het onderzoek
door de "Staatscommissie Zuiderzee", werd door p r o f . Lorentz voor het eerst
de,Harmonische Methode toegepast. Om een analytische o p l o s s i n g m o g e l i j k t e
maken werd een methode aangegeven om de niet-analytiï-sche u i t d r u l t k i n g
Q | Q
| i n
de weerstandstenn t e vervangen door een l i n e a i r e u i t d r u k k i n g k Q.
De i n de t i j d konstante f a c t o r k wordt bepaald door een arbeidsvoorwaarde t e
s t e l l e n ( l i t . 1, I 9 2 6 ) . I n d i e n de f u n k t i e Q kan worden beschreven-als een
enkelvoudige sinusvormige f u n k t i e :
Q = Q^(x). cos (ü3^t-<!)(x)) ,
dan v i n d t men voor k de uitdruJcking;
k = |- Q, - 0,85 Q, ( z i e k o l l e g e b T 3 A ) . ,
3TT
1 1 • ' .
I n d i e n men t e maken k r i j g t met een benedenrivieren-gebied, dan speelt i n h e t
algemeen de "permanente" afvoer een b e l a n g r i j k e r o l . Door p r o f . Mazure werd
de "methode Lorentz" u i t g e b r e i d voor gevallen met een konstante bovenafvoer.
Daarbij werd voor Q g e s t e l d :
2
-Bovendien werden de v a r i a t i e van de diepte tengevolge van de getijbeweging
en de z.g. B e r n o u l l i t e r m i n de berekeningen opgenomen. Voor het l i n e a r i
-seren, van de weerstandsterm we.rd gebruik gemaakt van een
Fourierreeksont-w i j d i e l i n g ( l i t . 2 , 1 9 3 7 ) .
.Omdat een benadering van het g e t i j door een konstante + êên harmonische
kpniponent nog a a n z i e n l i j k van de w e r k e l i j k h e i d kan a f w i j k e n , werd l a t e r de
door Mazure ontwikkelde methode u i t g e b r e i d voor f u n k t i e s met meer dan êên
harmonische komponent. Voor h e t l i n e a r i s e r e n van de weerstandsterm werd
door Stroband een meer algemeen b r u i k b a r e methode o n t w i k k e l d , d i e i n het
k o l l e g e b 7,3B wordt behandeld.
Met.,. d:eze, methode i s het m o g e l i j k een a n a l y t i s c h e oplossing t e geven voor
problemen, w a a r b i j de f u n k t i e s h en Q kunnen worden beschreven a l s resp.:
(1:.-. I.) h
= h ^ ( x ) + h ^ ( x ) cos
.{ü).,t
-K
.|(l
) } . + h g f x ) cos {2w.|t-nK2(x)}, ^
( 1 - 2 )
Q - Q,^(x) +
q^ix)
cos {a).|t-(!).,(x)} +
q^ix)
cos
{2m.^t~<^^ix)}
I n d i e n de f u n k t i e s meer dan êên harmonische komponent mogen b e l a t t e n ,
zo-als . b i j laatstbedoelde methode h e t geval i s , spreekt men van een
meervou-,dige harmonische methode.
.Het i s ^ i n , p r i n c i p e , m o g e l i j k om een a n a l y t i s c h e oplossingsmethode u i t t e
werken, w a a r b i j de f u n k t i e s h en Q meer dan twee harmonische komponenten
mogen.bevatten. B i j de p r a k t i s c h e u i t w e r k i n g b l i j k t echter dat een
i.teratie-proces moet worden u i t g e v o e r d , waardoor, het t e v e r r i c h t e n
reken-werk b i j f u n k t i e s met twee harmonischen ( l i t . 3 , ^9^1) reeds zeer
omvang-r i j k wüi'dL.. Vctn de benadeomvang-ring, d i e b i j laatsIgeaoemdé methode Wöx-ut gevolgd,
worden de grote l i j n e n aangegeven i r i het s t e n c i l : '"Hèt P r i n c i p e van de
Meervoudige Harmonische Method,e". ; ^ •.
I n het onderstaande wordt het p r i n c i p e van de oplossingsmethode meer i n
d e t a i l u i t g e w e r k t . Ter w i l l e van de eenvoud wordt b i j de a f l e i d i n g e n voor
wat b e t r e f t de f u n k t i e s h en Q t o c h s l e c h t s êên harmonische komponent
"meegenomén": • , . , x. ; • : .
( l - 3) • h = h ^ ( x ) + h.^(x) coë' {tü'.|t
-K.^
(x)} ' '
( 1 ~ )+) Q - Q,^(x) + Q.,(x) cos {üj.|t-<j>^(x)}
•:. o o r s p r o n k e l i j k e d i f f e r e n t i a a l - v e r g e l i j k i n g e n .worden h e r l e i d door i n a l l e
termen voor h en Q steeds het i n ( l 3 ) en ( l k) gestelde t e s u b s t i t u
-eren. D a a r b i j wordt de u i t d r u k k i n g
Q | Q
| i n de weerstandsterm vervangen door
I n § 2 wordt uitgegaan van de;bevregingsvergelijking en de
continuïteits-v e r g e l i j k i n g , waarcontinuïteits-van de a f l e i d i n g i n het k o l l e g e b T3A i s behandeld.
Na enige algemene opmerkingen wordt van de termen i n de
bewegingsverge-l i j k i n g eerst het gedrag van de faktoren
•1 , • . - 1 2b •
en —
2 2 2
g A C A a ^
r
nader bes-chouwd.
Daarna wordt e l k van de termen i n de b e w e g i n g s v e r g e l i j k i n g i n z i j n geheel
beschouwd. Vervolgens wordt de continuïteitsvergelijking h e r l e i d .
Tenslotte b l i j k e n de o o r s p r o n k e l i j k e d i f f e r e n t i a a l - v e r g e l i j k i n g e n (DVn)
t e kunnen worden vervangen door twee s t e l s e l s van DVn:
- e e n ' s t e l s e l v e r g e l i j k i n g e n met u i t s l u i t e n d termen, d i e konstant z i j n
i n de t i j d ;
- een s t e l s e l V e r g e l i j k i n g e n met tei-men, d i e sinusvormig variëren i n de
' t i j d met een f r e k w e n t i e iHy • , . , . .
Tijdens de a f l e i d i n g b l i j k t s t e e d s ' d u i d e l i j k welke invloeden worden'verwaar
loosd. D i t geeft de m o g e l i j k h e i d t e vdjzen op de konsekwenties van het
n i e t - l i n e a i r e k a r a k t e r van de d i f f e r e n t i a a l - v e r g e l i j k i n g e n . Vooral d i t f a c e t
van de benadering i s van belang, omdat het ons i n de gelegenheid s t e l t de
vervormingsverschijnselen, d i e z i c h b i j het v o o r t p l a n t e n van lange golven
i n de natuur voordoen, t e l e r e n b e g r i j p e n .
Aan nex. emae van s v/uruen eyxöu u.c
(^ca-xncaxJ-O'^'-J-VL'- ^ ^ X J . J - ^ - ^ . V - ^ . . • —o-l i j k i n g e n gegeven voor g e v a -l -l e n , w a a r b i j ?^ 0.
Met deze v e r g e l i j k i n g e n i s een a n a l y t i s c h e oplossing m o g e l i j k voor de v o o r t
-p l a n t i n g van de eerste harmonische kom-ponent van een g e t i j g o l f (Mg-kom-ponent)
i n een b e n e d e n r i v i e r , w a a r b i j een konstante bovenafvoer i n rekening-moet
worden gebracht.
I n d i e n Q = O wórdt g e s t e l d , volgen u i t deze v e r g e l i j k i n g e n de g e l i n e a r i s e e r
-de d i f f e r e n t i a a l - v e r g e l i j k i n g e n vooi • -de v o o r t p l a n t i n g van•een sinusvormige
lange g o l f zonder bovenafvoer. Deze vereenvoudigde v e r g e l i j k i n g e n komen
overeen' met d i f f e r e n t i a a l .vergeli jkingen.., , die reeds i n h e t . c o l l e g e bT3A z i j n a f
-g e l e i d ("methode L o r e n t z " ) . Voor het oplossen van d e z e _ l i n e a i r e DVn kan
-
!
+
-§ A Hët h e r l e i d e n van de d i f f e r e n - b i a a l - v e r g e l i j k i n g e n .
De v o o r t p l a n t i n g van lange golven i n open l e i d i n g e n kan worden beschreven
met de volgende d i f f e r e n t i a a l - v e r g e l i j k i n g e n , b e w e g i n g s v e r g e l i j k i n g :
(2 -
1) ^
_L_ ^ 1 Q | Q
|-f- 2 b 3h_
continuïteitsvergelijking:
(2 - 2) ^ \r _9h
: 9x " 9t
Voor''de a f l e i d i n g , van deze v e r g e l i j k i n g e n en de d a a r b i j gemaaütte v e r o n d e r s t e l
-l i n g e n wordt verwezen naar het d i k t a a t "Lange Go-lven i n Leidingen",
De bpdemhelling 1.^^ i s g e l i j k n u l g e s t e l d . De x-as v a l t samen met, de lengte-as
van de beschouwde l e i d i n g .
B i j het afleiden.van de v e r g e l i j k i n g e n (2 - l ) , en (2 - 2) i s het, debiet'Q i n de
r i c h t i n g van de p o s i t i e v e x-as p o s i t i e f g e s t e l d . I n de verdere beschouwingen
wordt v e r o n d e r s t e l d c.-.t de ebstroom p o s i t i e f i s , omdat de p o s i t i e v e x-as wordt
gekozen vanaf de landinwaarts gelegen randvoorwaarde naar de zee t o e . I n de
meeste gevallen z a l ' d e ' r i c h t i n g van de konstante bovenafvoer samenvallen
met de r i c h t i n g vari de èb-stroom, zodat ook deze een p o s i t i e f t e k e n ' k r i j g t
( z i e f i g u u r ) . I n een systeem van benedenrivieren met v e l e taklcen en s p l i t s i n g s
-punten z i j n uitzonderingen m o g e l i j k .
pos. , stuw
Z E E ^ , ^ , i _ _
. . . x+ — ' .
I n het volgende wordt voor de v e r g e l i j k i n g e n (2 - l ) en (2 - 2) een o p l o s s i n g
g e s t e l d , dié de volgende gedaante h e e f t :
(2 .-
3 ) ^ ~ \ ^1 ^ \
^1 ^'^^
t- K ^ ) , , „, :( 2 - 1 + ) Q - -f-
Q
.
, - + Q, cos (w.| t-(j>.j)
Verondersteld wordt dus dat de f u n k t i e s .h en Q op elke p l a a t s x„kunnen worden
bes.chreven met:
-' 'éeiï iö de t i j d konstante term en • . . .
een'fünktie, d i e i n de t i j d sinusvormig v a r i e e r t met een frekwentie
OJ - 2ïï ',• w a a r b i j T = de periode. ' '
T
De grootheden
Q ^ .
, , ^ en
K
.^ , en z i j n f u n k t i e s van
Hoewel de grootheid langs een r i v i e r kan v a r i e r e n (door k w e l , verdamping e.d.)
wordt deze i n het volgende konstant verondersteld.
De termen i n het r e c h t e r l i d van de b e w e g i n g s v e r g e l i j k i n g ( 2 - 1 ) z i j n
verhang-termen, resp. t r a a g h e i d s - , weerstands- en B e r n o u l l i - t e r m .
Het d w a r s p r o f i e l van b.v. een r i v i e r z a l i n de x ~ r i c h t i n g (geul-as) v r i j
g r i l l i g v a r i e r e n . De fafctoren A, b, a^= de hydraulisclie s t r a a l , en i n p r i n c i p e
ook C, v a r i e r e n i n de x - r i c h t i n g . B i j elke berekeningsmethode i s men daarom
ge-noodzaakt èén r i v i e r - o ' . d . i h een a a n t a l ( n i e t t e g r o t e ) vakken tè'verdelen.
Voor e l k vak wordt u i t de t e r beschikking staande gegevens een gemiddeld
dwars-p r o f i e l bedwars-paald.
Het d w a r s p r o f i e l , dat r e p r e s e n t a t i e f i s g e s t e l d voor een vak (sekt.ie) , wordt
wat b e t r e f t het stroomvoerend p r o f i e l meestal nog geschematiseerd t o t een
b a J t p r o f i e l . Het schematiseren van een systeem v e r e i s t enig i n z i c h t en z a l
steeds een enigszins s u b j e k t i e f k a r a k t e r dragen. Het i s dan ook gewenst, dat
de i n v l o e d van de schematisatie op de nauwkeurigheid wordt nagegaan.
I n onderstaande f i g u u r z i j n enkele grootheden aangegeven, d.ie voor het volgende
van belang z i j n .
b
s
b(h) ^ b ( t )
mi ddenst
and-'-L.W.
H.W.
2
r e f . v l a k
o
a
a ( t )
m
a
o
h(t)=M + h (t'.). ; .de. midcLènstand i s h t.o.v. een r e f e r e n t i e - v l a k .
O
1
o
De diepte van het b a k p r o f i e l t.o.v. de middenstand a = a + h ;
, , m
O O," " , . : " ,.is .aft) = ,a^^ + h.,(t).. .
b a
De hydraulische s t r a a l ' a = A'' s
r
O b +2a -.
- • • s
Hèt stroomvoérend p r o f i e l i s . A ( t ) = A + b h ( t ) = b (a + h ( t ) )
m s s m
De bergende breedte b i s voor het gem. d w a r s p r o f i e l nog een f u n k t i e van.de
waterstand h.^t),.
.
.
.
I n de termen van de b e w e g i n g s v e r g e l i j k i n g (2 ~ l ) komen achtereenvolgens-de
vólgende f a k t o r e n voor:
de f a k t o r _ J , vaak aangeduid met m
II !t
1 , " "
'
^
W
• • • C^A^a ^
r
2b , " " " b
gA2 ^
Deze f a k t o r e n , d i e zoals u i t het voorgaande b l i j k t v a r i e r e n met de waterstand
h ( t ) 5 z u l l e n nu nader worden beschouwd.
Herleiden van de f a k t o r m =
-~-gA
We kunnen achteréenv.olge.ns s c h r i j v e n :
T
i
l
l 1 ^ . 1 1
m
gA % b^ a g b^ (a^4- h^) = g b^ ajnjï) " gA^
a i a
m • . m
PQQP _^-JL____ -(^g beschouwen a l s de l i m i e t van de som van een meetkundige
1
a
m
reeks .;.,et reden r =^''^^ , w a a r b i j < a , kunnen we deze u i t d r u k k i n g benaderen
m
met de reeks:
1 - N -i- - V ^
a a 2 a 3
^ T
-Opm.: deze reeks k r i j g t men ook door d e ^ f u n k t i e ( l + -~) t e benaderen
m
met een z.g. binomiaalreeks-ontwikkeling ( z i e l a t e r ) .
Substitueren we voor h.j = h.j cos (w^jt'.;.-•.
K
:-.^ ) , dan vinden we na het. toepassen
van enkele gonioregels:
1 - — cos (to.t ,-
K..) +
— -{cos 2 (wJ:; -
K
J
+ 1 }
-m 2a
m . .
^3
lla^
m
{cos 3 (ü).^t - K.|) + 3 cos (tü.jt
/;K.^-,)} . + . . . .•h2 , ,h.
h^ ' '
(1 + - ^ r -
P
^ c o s (ü)^t -
K^)
{ r + r • = ••••••'>
2a m
m m
2a'
- cos 2 (üJ^jt
m
De f a k t o r m kunnen vre nu a l s v o l g t uitdruldcen:
(2-5)
1 1
gA gA^
O6
V7e kunnen'aciitereènvolgens s'chrijven;
1
1
-••2
••2.' •
C A a
C b a a
_;2 '2 £• '
s r
C b' a —
s a
1
r 2 2 3
~ C b a-^
a s
1
—C b (a + n.)
a s m.
, 1
De koëfficiënt C v a r i e e r t i n geringe mate met de waterstand'. Deze
g r o o t h e i d wordt i n de p r a k t i j k bepaald door het wiskimdig model van
een r i v i e r g e d e e l t e t e i j k e n voor een bestaande t o e s t a n d , waarvan door
meting voldoende gegevens bekend z i j n . ••
Op die manier verandert het k a r a k t e r van deze koëfficiënt enigszinö,
omdat de w i j z e van schematiseren ( f o u t e n ) de waarde van C z a l
beïn-vloeden. Het gevolg van dezie gang van .zaken i s .da.t d^; g r o o t h e i d Q i n
deze benadering konstant wordt g e s t e l d .
A l s we a b u i t e n haakjes brengen en v a s t s t e l l e n dat — • i n de meeste
m a
g e v a l l e n nagenoeg ongevoelig i s voor v a r i a t i e s 'van de w a t e r s p i e g e l dan
kunnen we s c h r i j v e n :
w
1
a
b.
C2^2 : ™ ^3 (^ ^ M )3
s a m a
m m
J
2 2
C A a
m rm
1
m
We z u l l e n de uitdruliki.ng
,reeks~ontwiklceling:
1
- • h 3
(1 + • " )
a
m ,
- benaderen met een
binömit..^l-a l g
h
We vinden a l s a - — en ïï - -
3-a
m
h. _3 n.) '->•.
h.
m
m
Substitueren we i n deze u i t d r u k k i n g h.| = h.^ cos (ü).jt -
K . ^ )
dan
vinden we: o
2 ^°^ï 3,
1 „ L cos (ü).jt"K.|) + - ^ COS ('W.|t-K:..j ) — y - cos, ..(ü).^t-K.j )
4-m
m
Ha verder uitwerken kan men yoor. w s c h r i j v e n : m
9
-(2-7)
w
(2-8)
{'n^-n^j cos((jü.jt - iCj) + rig cos 2(a)^t
m
waarin:
a
m
m
a,
m
r2
h h
a a
m m
(2-9)
Deze f a k t o r kan op dezelfde w i j z e worden aangepakt a l s de "beide v o r i g e ,
echter dat l o o n t meestal de moeite n i e t . De B e r n o u l l i - t e r m i s i n v e e l
ge-v a l l e n i n absolute waarde k l e i n t.o..ge-v.,de andere termen..
De v a r i a t i e van de f a k t o r b t . g . v . de v a r i a t i e s van de waterspiegel i s
daarom verwaarloosbaar.
We s t e l l e n :
b =
e
2b . - r 2 \
gA
m
Voor het bepalen van t ^ f " cLe gemiddelde waarde van b; wordt verwe
naar b l z . 22.
zen
Herleiden van 'de vérsnéllingsterm
1 9Q
Voor de v e r s n e l l i n g s t e r m -j — kan met (2-5).. worden geschreven;
jA '
Om
{iï^ - cos'(a).|t
- K^)
+ n^ cos 2 (w"!--
K + ..
1 ^
10
-9Q^
We hebben g e s t e l d Q = Q + Q cos ( u . t - cfi.) en omdat - r r ~ = o i s v e r o n d e r s t e l d
. , „ . , ' , ' . ' • . 0 • ,1 ; : • I I ,• . • •vinden we:
1 „ _ ' <
~ -T-
{n - n, cos (üj.t -
KJ +• n. cos 2 (ai.t ~
KJ + . . * . } w.Q. s i n
(w.-gA
O1
1
1
2
I
I I I
I Im
.
.
; ,
{ n ^ s i n (to^t
m
'^^) - cos {(li^t - K.^) s i n (w.^t:- -y.^)
ng cos 2
{ui^t
-K
:.|)
s i n (w^^t - + .... }
w^^l
g/v"'
^ m
{n s i n (w.t - é) ~ n. s i n (2u.t -
K
-.
<j) ) - ^ s i n
(
K
» (j) )
O1
II
'
l
x
I '- - | s i n (3
(0
.,t -2 - ( , * - , ) - s i n (w^^t - 2
K.^ +
4>^)
.. ,}>
We kunnen de verkregen uitdruklcing. a l s v o l g t s p l i t s e n i n groepen van termen
met een zelfde f r e k w e n t i e :
('2 - 1:0,).. konstante; termen;
^ m
termen met de f r e a u e n t i e w.
- 1(2 - 11)
'^n - '^2
Q ,s i n (w,t - <|)J +
T ; : : ; ; - . Ü J -Q
.^
s i n (w^^t ~ 2tc^+ <!)..,) +
gA "^1 "1
^ m
2gA ^1
m
termen met de f r e q u e n t i e 2a)
"1 '^1 ^1
2gA
m
s i n (2u).|t •- ) +
- 11
Nadere beschouwing van de twee termen met de frekwentie _u) • _
^ _
^ ^
De aiaplituden van de twee termen i n
( 2 - 11
) verhouden z i c h a l s n^ : ^
Gelet op
( 2 - 6 )
kunnen wC'voor deze verhouding dus s c h r i j v e n : • '
"2
1 +
2 a
2 a
m
m
m
= 2 +
=
2 ( 1+
)ha
m
I n onderstaai-.de t a b e l i s de waarde van deze verhouding voor v e r s c h i l l e n d e
waarden van a^ opgegeven.
a /
verhouding van de amplituden van beide termen
1
6
2
18
3
38
6 6
5
102I s de verhouding dus voldoende g r o o t , dan kunnen we de tweede term
verwaarlozen. I n onze,beschouwingen v e r o n d e r s t e l l e n we, dat d i t inderdaad
het geval i s en we l a t e n derhalve de tweede terra met de frekwentie
Ü
).| b u i t e n
beschouwing. ^
I n p l a a t s van
( 2 - 1 1 )
wordt verder gew-erkt m.et:
' ( 2
-
1 2 )gA,
m
12
-Herleiden van de B e r n o u l l i - t e r m
Voor.dë2;e term kan met iiet, i n
( 2 - 9 )
gestelde worden geschreven:
2 b
o f na s u b s t i t u t i e Van
( 2
~ li-);, voor Q en
2b
^ 8h ._, • _o_ 3h
>2
^ 8t
. 2
" at
gA gA,
m
9h
(2 - 3) voor h ( = o )
2 b
-^2 ^%
"^1 ^'^1*
- cü,| s i n (tü^jt - K.|)
m
Hieriait .-volgt na vermenigvuldigen en s p l i t s e n : .
( 2 - 13
) konstante term:
b u.h., ^
—
- Q s m ((j) - K . )
term met, de f r e k w e n t i e ai
2b ..Q..^
— - h ^ t - K.,) =
gA^
m
2b
Q 8h,
0 0t-gA'
8t
m
( 2
- l i | )
term met de f r e k w e n t i e
2Ü)^;
V l ^ l ^ l
s m
(2w
.|t - - )
m
Herleiden van de weerstandsterm
Rekening houdende met de reeds hêïleide weerstandsfaktor'
2 2
G A
a-en met
( 2 - 1 + )
kunnen we voor de weerstandsterm s c h r i j v e n :
(2 -
1 5 )
iQlQ ^ _ _ _ _ _ _
1
c V a M c V a )
r r m
{ n ^ - n.|Cos(
0 ) .K
.J)+ n^cos (to.|t ~
K
.J )+
.}
^Q^ + Q.|Cos (a).|t + Q^cos (ü).|t
-De u i t d r u k k i
i n g
{Q ^ + c o s(Cü.jt
-
(f),^,Q^+Q.| cos
{ui^ - )
i s een n i e t a n a l y
„ 13
moeten we genoemde f a k t o r t r a c h t e n t e s c h r i j v e n i n de vorm van'een a n a l y t i
-sche uitdruldsing.
B i j een h e r l e i d i n g van deze u i t d r x i k k i n g kunnen we twee mogelijkheden
onderscheiden: '
-< Q
1
(er doen z i c h kenteringen v o o r ) ;
(er treden geen kenteringen op, geen t e k e n w i s s e l i n g )
en aan door Q, dah s c h r i j
-1 ^
Düiden we de g r o o t s t e der beide grootheden
ven we i n het algemeen voor Q Q:
(2 -
1 6 ) . . ^
Q Q = {m +m,cós(a),t-(j),) •+ m^cos2(co t-({) )+m cos3(w.t-(f) )+ . = ..}
O
1
I I d I I J ' IHet bepalen van de coëfficiënten m^, m.| , ra^, m^, enz. kan op v e r s c h i l l e n d e
w i j z e n gedaan worden:
l e ) door F o u r i e r - r e e k s o n t w i k k e l i n g . . ( l i t . 2, 193?)
2e) door o n t w i k k e l i n g i n een machtreeks ( l i t . 3,
1 9 ^ 7 ) .
I n d i t k o l l e g e z a l de onder 2e) bedoelde methode behandeld worden.
Eerst worden de gevallen beschouwd, w a a r b i j z i c h geen kenteringen voordoen.
1 i r n v i e e r t de''.waarde va.n O xn de t i . i d , doch h e e f t steeds
h e t z e l f d e teken.
I n d i e n Q p o s i t i e f i s , d.w.z. dat de r i c h t i n g van samenvalt met de r i c h
-t i n g van de p o s i -t i e v e x-as (de r e k e n r i c h -t i n g ) , dan kunnen we s c h r i j v e n :
Q | Q | ^ Q
2
{ Q ^
+ cos (to.|t-(j)^)}
= {'l + Acos(üJ.jt-<l)^)}^,
waarin A
Of w e l :
Q I Q
Ü 3 O $ A ^
1
2 2
{1
4- 2A cos (ü)^t - (|)^) + A cos (w^t-(|).j)}
2
.We vinden, .voor de .uitdrukking (-2 -
1 6 )
i n d i t . geval dus;
(2 -
1 7 )m.^- o m^-- O etc,
Op. MjAaSË. '. A z i j n de waarden van m^.
m
.
^ en , op het l i n k e r gedeelte van de
g r a f i e k u i t g e z e t a l s f u n c t i e van A.
Voor het geval dat
Q
.
^ = i s A =
1
en treden e r nog j u i s t geen. kenteringen
op. De f a k t o r e n i n de reeks worden dan achtereenvolgens
m
1
,5
5 Ml =
2
en
_ 1I n d i e n
Q
.
^ = o i s A = o;' er i s dan dus geen g e t i j s t r o o m raeer aanwezig.
We vinden dan =
1
,
m
.
^ = o en = o ,
I n dat geval vinden we voor de vreerstandsterm: ' • ' : '
• i
" C^X^aT" Chêzy).
Opm. :
I n v e e l g e v a l l e n z a l men de p o s i t i e v e x-as zodanig k i e z e n , dat p o s i t i e f i s
D i t i s echter n i e t nodig. I n d i e n een konstante afvoer een r i c h t i n g h e e f t ,
drc tegehgesteld i s aan ue gekozen p o s i t i e v e x r i c h t i n g , dan kunnen we s c h r i j
-ven i n d i e n
^ I f t h . , ; {^o * %cos(ü).,.t-(l).|,)}
.{.Q^ +.Q^cos(tü.|..t-<|).|)}
= - { Q Q + Q
.|COs(w^t-(j),|)} ^
2 ' ^ l p.
= - { 1
+ cos (W^t-rj,^) } ^
s t e l l e n we weer ^ - A , O^A^
-1
dan kunnen we s c h r i j v e n :
Q|Q|^ {
1
+ A cos(üj.jt-<}).j ) } 2 = - Q2
{1
+2Acos(üJ^t-4).| )+A^cos^((«.,t-(j)^ ) }
2 A^
15
-V e r g e l i j k e n we deze u i t d r u l c k i n g weer met (2 -
l 6 )
dan zien we dat we nu i n
p l a a t s van (2 ~
1 7 )
vinden:
(2 -
1 8 )m =
Omg =
( 1 - ^ )
2X
2
Q = (IIEG)
m^ = o m^ =
Oetc,
Bedenken we dat X = ~- n e g a t i e f is,dan v o l g t u i t h e t bovenstaande dat m^
'^o . . .
en m^ nu n e g a t i e f z i j n , t e r w i j l
m
.
^ nu p o s i t i e f i s .
Vervolgens worden d i e gevallen beschouwd, w a a r b i j z i c h kenteringen voordoen.
I n een d e r g e l i j k geval w i s s e l t de stroom van teken. V/e kunnen s c h r i j v e n :
I | Q | = { Q ^ + Q.,
cos(ü)^t~(j)^)}
2
= {X+ cos(w.jt-(j).^)}
+ Q^cos(w.|t - <l).j)
X + cos(a).jt - 1^^)
Nu i s X=-,
o .<: |x|«:
1
Zoals reeds eerder i s g e s t e l d , i s „het m o g e l i j k dat X een negatieve waarde
k r i j g t . De r i c h t i n g e n van de bovenafvoer en van de p o s i t i e f aangenomen
ge-t i j s ge-t r o o m ( i n de r e k e n r i c h ge-t i n g ) behoeven n i e ge-t samen ge-t e v a l l e n .
De u i t e r s t e Vaarden va,n X z i j n
+1
en
- 1 .
Als we kortheidshalve X+ cos(a).|t - (j).,) = q s t e l l e n , dan kunnen we s c h r i j v e n
2
( 2 . - . 1 9 )
.
Q
K
I
=.^1,<i k
De waarden van q z u l l e n - z i c h bewegen tussen +2 eh -2. We kunnen'-q| qi tegen
- 16
q. <i
Als q >
O
dan q|q| - q parabooltak van
( 0 , 0 )
t o t (2,14)
Als q <
O
dan q q =-q parabooltak van
( 0 , 0 )
t o t (-2, ~h)
De f u n k t i e q q vordt, nu. benaderd door een machtreeks.:
q|q| = A^4-A.|q+Agq^ + A^q^ + Aj^q^ + A^q^ + A^q^ + A.^q'^ +
De f u n k t i e gaat door de oorsprong dus A^= o.
Omdat de f u n k t i e anti-symmetrisch i s moeten a l l e koëfficiënten voor de
evemaachteh van q n u l zijn:'.Ag = A^. = Ag - . = 0. : • ,
Als we de reeks na de Te macht afbreken d.an komt het er pp neer, «ie
onbeken-den A.J , A^, A^ en A,^ t e bepalen. De f u n k t i e i s i n een ( o n e i n d i g ) g r o o t a a n t a l
punten bekend. Met "de methode der k l e i n s t e kwadraten" i s een zeer nauvrkeurige
benadering m o g e l i j k van de f u n k t i e q|q|.
1 7
-Ook kunnen we cle f u n k t i e dwingen t e gaan, door h geschikt, gekozen punten:
, ( 0 . 5 , 0 . 2 5 ) . , ( 1 , 1 ) , ( 1 , 5 . , 2 . 2 5 )
.en {2,h).
, . ;
We kunnen dan k v e r g e l i j k i n g e n o p s t e l l e n en dg,aruit , A^, A(.,en A^
-oplossen.
We vinden u i t e i n d e l i j k :
q|q| =
0,023k cJ -
0
, 2 2 2 2
+ 0 , 9 1 1 1q^ ;+
0 , 2 8 5 7q- •
.
•
, • •
.
,
Als we i n deze u i t d r u l d ^ i n g q - {A + cos(w.jt ~
ji^)]
s u b s t i t u e r e n en. uitwerken
dan kiinnen we een u i t d r u l c k i n g k r i j g e n i n de volgende gedaante:
q|q| - + m.jCos(cü.jt ~ «l).!) + m2COs2(a).jt ~ (j).|) + m2Cos3(ü3.|t - cj).^) + ...
Vervangen wë'in ( 2 - ' i g ) q|q| door dëze ve.rkregen u i t d r u l d t i n g , dan hebben
we eeri u i t d r u k k i n g vóof Q|Q| gevonden, d i e oveféenkorat mét ( 2
- 1 6 ) .
De
uitdrulckingen, d i e op deze w i j z e voor de koëfficiëntën'kunnen wordëh
gevon-den, z i j n ;
( 2 - 2 0 )m^ =
1 , 2 9 2 A-f
0
,133A^ +
O.OkkX^ + 0 , 0 2 5 A ^
m^ =
Q.Skh +
1,1
+OOA
-
0M5'>i +
0 , 1 7 8 A5
mg = 0,891+ A - 0 , 6 6 7 A - ' + 0 , 2 6 7 Am^ H
0 , 1 6 7 - 0 , 3 8 9A t2/+ 0,222A.^
Het verloop van bovenstaande koëlficiënten a l s f u n k t i e van A i s weergegeven
i n het r e c h t e r gedeelte van d e ' g r a f i e k op b i j l a g e % .
Als we de gehele g r a f i e k wat nader ''beschouwen, dan z i j n de volgende
opmer-kingen m o g e l i j k :
- beide g r a f i e k h e l f t e n s l u i t e n voor A -
1
goed aan elkaar aan.
- voor >
Q
,.j i s a l s Q,^- o : A = o en
m
.
^ - mg= o en m^ =
1 ;
i n dat geval vinden we voor de weerstandsterm
'-2 '-2
C A a
. ^ voor
Q.J
^ '^o
^'^^ QQ ~ <3
: ' A = o en
™-| 'ix,
O5 8 5 ( 5"het g e t a l van L o r e n t z " ) ^% ö
m.
1^ =
0 , 1 6 7
( , gevonden door MAZURE)- ^
t e r w i j l Da
18.
--•• üit de u i t d r u k k i r l g e n (2 - 20) v o l g t dat-, i n d i e n
Q / >
1
het teken van en afhangt van het teken van X, t e r w i j l ' m ^ en'm^' onaf
h a n k e l i j k z i j n van hét teken van X. • •
Wu we een a n a l y t i s c h e u i t d r u l c k i n g voor de u i t d r u k k i n g Q|Q| hebben .gevonden,
keren we t e r u g naar de u i t d r u k k i n g (2 - 15) voor de weerstandsterm.
We kunnen h i e r v o o r nu s c h r i j v e n :
' 'L
1 % ,
( c V a ^ )
m
{ n ^ - n cos(ü).t -
K ') +
n^ cos 2(u:,t -
K
J + ...} {m +
O
II
Ili
1 1O
m.jCos(a).jt ~ <^^) + cos 2((i!^t--rj.^) + cos 3 (to^^t - (j).|) +
We kunnen deze. u i t d r v i k k i n g nu verder uitwerken door te, vermenigvu,ldigen en
daarna de termen met dezelfde f r e k w e n t i e b i j , e l k a a r t e nemen. We vinden dan
de volgende groepen van tprmen: .
konstante termen:
(2 - 21)
(C^A^a )
O O
2
1
1
, r m
termen met de f r e k w e n t i e w.^:
( 2 - 2 2 ) Q
I
,
/
4- . N / X • ^
—
—
-
j
—
—
l n m cos
(
.
t
ü t-(|). ) - n.m cos(ü).,t-K.,)
( c V a )m ° ^ ^ ^ ^ ° ^ ^
r
„ _^ COs(ü).|t-2<{l.j+K.| )+ }
=^ # 2
De term — cos(a).^t-2(|).|+K:^) kan nog a l s v o l g t worden omgewerkt:
— — cos(a).|t-2$.|+K^) =
—cos
{iü^t-<^^
+ (K,j-(j):|)} =
n^mg
C O S ( K . J
~ ^ . ^
),
C.O£>-(W
.|t^(!).| ) - 5COs(a)^t
-K^
)w i j k r i j g e n nu i n p l a a t s van (2 - : 2 2 ) - a l s we Ons beperken t o t dé aangegeven
termen van de reeks:
( c V a )
r^m
{n^m^ - nuffig.
COS(K
-(f))}cos(w.|t-<!),j')
19
-h
Of omdat cos ( u t - 4 ) =
-7.-^
en cos ( u t ~
K ) =
^ ' ' Q, • ' . • ' h
( c ^ < )
r
m
• Q.
{n m., - n.m cos
( K - ^ J } —o 1 1 2 i Q
{n^m^
" 1 ^ 2 } ^1
( 2 - 2 3 )
termen met de frekwentie 2a) :
2
( c V a ^ )
m
( cos (2(JJ t -- K - <|).^)
•f n^m^ cos 2 (w.^t - (j).^)
n.,m
O . cos (2w.|t - 3(J> + }
termen met de frekwentie 3w.^:
( c V a
r ) .
m
, n m„ cos 3 (oj.t
Vo 3 1
4'.,)
-l-^OS ( 3w.,t - 2^^ ~ K.j) + .=...:}
De termen met nog hogere f r e k w e n t i e z i j n n i e t meer aangegeven.
(9 - ^)
z i i n m
I _ 1 u — v x ^.o, T 4 -3 ..^^v-^ A • K ^ T . r ^ / T T n r p c t r o - v ^ n ' o T 1 l l r n n o "h e r l e i d t o t de volgende groepen van termen met een z e l f d e frekwentie;
konstante termen;
termen met de frekwentie w.j :
(2 - 10) en ( 2 - 2 1 ) en (2 - 13)
(2 - 11) en (2 - 23) en (2 -
^h)
2ü),
3ü).
etc. ; , •
We volgen nu verder het p r i n c i p e van de Meervoudige Harnionische Methode.
Voor de b e w e g i n g s v e r g e l i j k i n g kunnen we een u i t d r u l c k i n g s c h r i j v e n ,met de
20
8x
9h,
8x
8x
konstantê'
termen • •
termen
met w
-cermen
met
2w,
Aan een d e r g e l i j k e v e r g e l i j k i n g wordt voldaan i n d i e n :
9h
o
9x
an.
9x
9h^
= konstante termen
= termen met de frekwentie o)
•2(
JD.
9x
etc.
Wij beperken ons t o t konstante termen en termen met de frekwentie
(Ü^ .
U i t het bovenstaande b l i j k t d u i d e l i j k wat d a a r b i j b u i t e n beschouwing b l i j f t ,
Op de konsekwenties daarvan wordt l a t e r nog gewezen.
I n p l a a t s van de b e w e g i n g s v e r g e l i j k i n g ( 2 - 1 ) beschouwen we de volgende
v e r g e l i j k i n g e n : '
9h
o
1 1 . 1 _•„/.. A \ rv. _J_-icos(K -(f)J} +
.in(K^-t^) -
7 - 2 : 2 - -
^"oV
9^ g \ 2 " 1 / 1 ' ( c V a p • ° ° '
m
•1 ^1
( 2 - 2k)
b w,h,Q,
_Ji_Y-±3in(^^-K^)
'gA-m
9.V
m
gA 9t
• - T
(C A a ) ... Q
V - T { ( n m^-n^m2COs(K:^-^^) )
m
( 2 - 2 5 )
(n.m ) — > +
1 0 2
h
gA
9t
m
Om de verkregen u i t d r u l c k i n g .(2 2 5 ) ' t e vereenvoudigen worden, de volgende
„ 21
-... 1
{ n m -n.m^ cos
(K
,~<j)' ') }
k =
- ^ - ^ — : ^O
'1
(C A a ) ,1
^ r
lii
(C A'^a )
r h
m
m = -—• en m
2b
Q
O OWe kunnen dan s c h r i j v e n :
De nu ingevoerde grootheden m, k, k en m z i j n konstant i n de t i j d en moeten
voor een bepaalde p l a a t s worden bepaald. D i t houdt i n dat de grootheden Q^,
Q
.
^ 5 h- , • C O S
(K . ^ - < ! ) . J)e t c . bekend moeten z i j n . • .. , ,•
P r a k t i s c h betekent d i t dat men deze grootheden zo. goed m o g e l i j k moet schatten
voor de v e r s c h i l l e n d e sekties: van een r i v i e r . Nadat, de berekening i s v o l t o o i d
worden de uitkomsten met deze schattingen v e r g e l e k e n w a a r d o o r een betere schat
t i n g m o g e l i j k i s .
I n d i e n nodig wordt de berekening met deze,, schattingen herhaald: ITEBATIE-PROCES
De v e r g e l i j k i n g voor het middenstan* sverhang ( 2 - 2h) i s nog t e vereenvoudigen.
,Met een beschouwing, d i e in. d i t s t e n c i l achterwege b l i j f t , i s aan t e tonen dat
i n de meeste gevallen de b i j d r a g e n van de weerstandsterm s t e r k overheersen.
Voor een p r a k t i j k - p r o b l e e m kan d i t worden g e k o n t r o l e e r d .
ïn het volgende wordt voor de u i t d r u l c k i n g ( 2 - 2^+) aangehouden:
ati
%
j„ „ cos
(
K
-(j) ) ,
2 - 27
--- = - - - ö ^ { O O
2
1 1 1
9^ ( c V a ^ )
m
Het h e r l e i d e n van de continuïteitsvergelijking.
Als we i n de v e r g e l i j k i n g ( 2 - 2 ) de uitdrulckingen ( 2 - 3 ) en ( 2 - h) voor h
resp. Q s u b s t i t u e r e n , dan k r i j g e n we:
_ 22
9Q
We hebben v e r o n d e r s t e l d dan Q^-konstant i n de x - r i c h t i n g , dus O'
9h
Verder v o l g t u i t het i n ( 2 - 3) gestelde dat - —
-
0.
I n de v e r g e l i j k i n g ( 2 - 2 8 ) i s b een f u n k t i e van de waterstand b == f ( h )
We s t e l l e n daarom algemeen:
= b + b, cos (aj.t-K ) + ...
o
1
1
1
Voor ( 2 ~ 2 8 ) kunnen we dus s c h r i j v e n :
9Q
9x
1 i-b + b , c o s ( o j , t - K J + u,h. sin(ü) t-K ) .
— = 1 O 1 1 1
j
1 I I
I
I n d i e n we ons weer beperken t o t termen met een hoekfrekwentie
ixi^ ,
l a n k r i j g e n we de volgende v e r g e l i j k i n g ;
9h
(2 - 2 9 )
v9x
= - b
0 . 9t
Zoals reeds eerder i s g e s t e l d , wordt voor een. bepaalde aektie.een
represent a represent i e f ' d V a r s p r o f i e l bepaald. Hiervan zal. b a l s f u n k represent i e van h b.v. v e r
-lopen zoals i n onderstaande f i g u u r i s getekend. De grootheid b^ i s nu b.v
a i s v o l g t t e bepalen: , ' ;
n_= 12
b n =
1
o =
b ( t ^ )
12
H i e r i n i s b ( t ) een waarde van'b, die' behoort b i j een'hoögte h op een f l j d
-s t i t ) t = n + t . We.jaen we w.t = O, dan i -s • ' • - -'
n '2 o
I I" l * 2 ^ f ' ^ ^ 3 ^ i ^ ^ * ' - ' '
b ( t )
h ( t ) = i h
•r
+ ih.jCOS 03 .|t
•h
23
-Het bepalen van b^, voor de v e r s c h i l l e n d e s e k t i e s , kan o v e r z i c h t e l i j k
ge-schieden i n een t a b e l . De amplitude h.^ en de middenstand h^ moet worden
geschat. I n een tweede berekening ( i t e r a t i e , z i e bïz. 21 ) moet de waarde
b eventueel worden h e r z i e n . De fasehoek
K
. s p e e l t ^ b i j de b e p a l i n g van b
o '
geen r o l .
Zoals u i t de f i g u u r b l i j k t , z a l de waarde b^ i n de meeste g e v a l l e n g r o t e r
z i j n dan de waarde van b, d i e behoort b i j h = h^. D i t i s een gevolg van het
2l|
-§,3- Samenvatting.
In:.het- voorgaande . z i j n de .oorspronkelijke DVn ( 2 - 1) en .(2 - 2 )
' ' h e r l e i d .tot de..volgende, DVn.
(C A a ) . . . .
m
waarbij 9Q^
= o en
—TT"
=
O
9x " ^'^ 9t
9h. 9Q _ „ 3h
!^ 12-29)
9x
O
9t
B i j het a f l e i d e n van deze DVn i s v e r o n d e r s t e l d dat de f u n k t i e s h en Q de
volgende gedaante hebben:
h ( x , t ) = h ^ ( x ) + h ^ ( x ) cos {b)^t - K^ix)}
Q(x,t) - + Q.,(x) cos {ü)^t - (f..|(x)}
Met bovenstaande DVn i s een a n a l y t i s c h e o p l o s s i n g m o g e l i j k voor problemen,
w a a r b i j een i n de t i j d sinusvormige lange g o l f zien v o o r t p l a n t i n b.v. een
benedenrivier t e r w i j l
zicl'i
tevens een konstant debiet voordoet.
Een d e r g e l i j k probleem i s i n onderstaande f i g u u r schematisch weergegeven.
B A
stuw
1 $
De r i v i e r i s i n de X-richtiv.-j, verdeeld i n een a a n t a l sekbies.
De randvoorwaarden z i j n :
i n B gegeven h (* , t ) = h^ ( x ^ ) + h^(x.g) cos { u ^ t -
K{X.^)}m A gegeven Q (x 11
25'
-De v e i - g e l i j k i n g
( 2 - 2 T
) b e s c h r i j f t het verloop van de middenstand h^.
Omdat h^ a l l e e n met x v a r i e e r t , kan een oplossing'worden verkregen door de
v e r g e l i j k i n g t e i n t e g r e r e n i n de x - r i c h t i n g .
Als wordt v e r o n d e r s t e l d dat over een s e k t i e met beperkte lengte dh^ l i n e a i r
v e r l o o p t , dan kan men s c h r i j v e n : dx
/ . \ , / \ . / d h ( x + gAx)\
h ( x + Ax) = h ( x ) + Ax ( • ,o . •)
° ° dx
Dat. w i l dus zeggen dat de waarde van d h^ wordt bepaald i n het midden van de
s e k t i e met l e n g t e Ax. . •
.
. dx .
In. het r e c h t e r l i d yan v e r g e l i j k i n g
( 2 - 27.)
komen twee termen voor, d i e v o o r t
-komen u i t de weerstandsterm.
De eerste term b l i j k t i n v l o e d van het konstante debiet weer t e geven.
De tweede ..term h e e f t de i n v l o e d weer, d i e de komponent
Q
.
^ b l i j k t t e hebben op
het verloop van de middenstand h^. D i t i s een gevolg van het n i e t - l i n e a i r e
k a r a k t e r van de weerstandsterm.
Het verloop van de fiankties h.^ en
Q
.
^ kan worden verkregen door middel van h e t
oplossen van h e t s t e l s e l DVn
( 2 - 2 6 )
en
( 2 - 2 9 ) .
Zoals u i t de a f l e i d i n g e n i n
het voorgaande b l i j k t , z i j n de "kon, .tante" f a k t o r e n m, k^j.k, m en b^
afhanke-l i j k van de grootheden a afhanke-l s Q^,
Q
.
^ , h,
COS(K.J -
<^e t c .
B i j een p r a k t i s c h e u i t v o e r i n g van een berekening i s men daarom genoodzaakt om
een - i t e i ' a t i e - p r o c e s u i t t e voeren. . ' •
Omdat i n de x - r i c h t i n g wordt gereizend over b e t r e l d c e l i j k k o r t e vakken
( s e k t i e l e n g t e Ax)-wordt voor hét midden van e l k vak de,:,waarde van de benodigde
grootheden zo goed m o g e l i j k geschat. Nadat de berekening v o l l e d i g i s u i t g e v o e r d ,
worden'de uitkomsten met dé' schattingen vergeleken,, waardoor betere s c h a t t i n g e n
mogelijk z i j n . e t c .
Omdat sinds ±
I 9 6 8
numerieke oplossingsmethoden een steeds g r o t e r e p r a k t i s c h e
betekenis hebben gekregen, wordt het oplossen van de v e r g e l i j k i n g e n
( 2 - 2 6 )
en
( 2 - 2 9 )
h i e r n i e t nader besproken. I n d i e n men.de En.kelvoudige Harmonische
Methode met Bovenafvoer voor een bepaald probleem w i l toepassen kan men z i c h '
voor nadere gegevens wenden t o t de medewerkers van de vakgroep'
Vloeistofmeeha-n i c a .
De reden, dat aan h e t h e r l e i d e n van de DVn de nodige aandacht .wordt besteed,
i s dat, hiermee een goed i n z i c h t i n het f y s i s c h v e r s c h i j n s e l kan worden
-ver-kregen. T i j d e n s de a f l e i d i n g e n b l i j k t , s t e e d s d u i d e l i j k welke invloeden worden
2 6
-De grootheden, i n de o o r s p r o n k e l i j k e DVn worden benaderd door reeksen
(ZIE b . v / d e u i t d r u M d n g e n
( 2 - 5 )
en
( 2 - 6 ) , ( 2 - 7 )
en
( 2 - 8 ) , ( 2 -
9))-Omdat de termen i n de DVn n i e t l i n e a i r z i j n vinden we b i j deze benadering
, prod.ukten van. sinus- en cosinus-termen .
Als '^e-gevonden u i t d r u k k i n g e n nader worden u i t g e w e r k t v i n d t men termen met
v e r s c h i l l e n d e f r e k w e n t i e s .
Als men u i t g a a t van enkelvoudige-sinusvormige f u n k t i e s h en Q met een
frekwentie
la^
b l i j k e n b.v. voor de weerstandsterm naast termen met de f r e
-' kwentië ( z i e üitdriokking
( 2 . - ' 2 2 )
) ook konstante termen (üie u i t d r u k k i n g
( 2 - 2 1 )
) en termen met een f r e k w e n t i e
2 3
... een r o l t e spelen.
We kunnen' deze r e s u l t a t e n aan de hand van h e t hierboven gësChetste probleem
nader i n t e r p r e t e r e n .
' De randvoorwaardë i n B i s eén i n de t i j d sinusvormi'ge varierendé waterstand.
'Als gevolg van het' n i e t - l i n e a i r k a r a k t e r van de DVn z u l l e n de f u n k t i e s h i n
'landinwaarts gelegen punten aan vervorming onderhevig z i j n . Ook de f u n k t i e s Q
i n B en i n landinwaarts gelegen punten z u l l e n komponenten bevatten met hogere
' frekwenties . .
.
.
Als gevolg van het n i e t - l i n e a i r e k a r a k t e r van de DVn worden in,.het,systeem
" hoger harmonischen?;Opgewekt. ' . . • • , • '
Met de i n §
2
behandelde t h e o r i e i s een goed. beeld, m o g e l i j k van .de v e r s c h i j n
-'.•sëlen.5 d i e z i c h i n de natuur voordoen.
I n d i e n men i n verband met Let rekenwerk de termen, met een frekwen-bi
^..,2
w ^,
3tD,^.^ niet., i h de beschouwingen, b e t r e k t , dan zullen, de r e s u l t a t e p
^ s l e c h t s enkelvoudige sinusvormige; f u n k t i e s ..ople-reren. . ;,
, -Voor problemen, .waarbij de bovenbedoelde invloeden een b e l a n g r i j k e r o l
!. spelen, z a l men tegenwoordig een z.g. d i f f e r e n t i e - m e t h o d e toepassen.
Voor problemen, w a a r b i j g e s t e l d mag worden = O, gelan de v e r g e l i j k i n g e n
( 2 - 2 6 )
en
( 2 - 2 9 )
over i n de volgendé vergelijkingen':
30)
p ^
k '
3x
1
( 2
- 31) 3Q^ ^ 9h^ ,
O
dx
8t
(Q^= O ->•
m
^
-
.
-
.
O .,. fflg - O , k - O en m = O)
De v e r g e l i j k i n g e n
( 2
- 30) en
( 2
3 1 ) komen overeen met d i f f e r e n t i e a a l v e r
-g e l i j k i n -g e n , die i n het k o l l e -g e b 73A reeds z i j n a f -g e l e i d ("methode Lorentz")
Literatuiir-opgave.
1 . "Verslag Staatscommissie Zuiderzee" " ' ' •
• • • ' - Prof..©r. H.A, Lorentz, • 1918 - I 9 2 6 .
2 . "De berekening van g e t i j d e n en stormvloeden op
benedenrivieren"
P r o e f s c h r i f t , i r . JVP. Mazurèy ' 1937
3 . "Een b i j d r a g e t o t de kennis van de g e t i j b e r e k e n i n g op
benedenrivieren"
H.J. Stroband, "De Ingenieur" ,nr,36 ,19l+7
h '. "Methoden van g e t i j b e r e k e n i n g "
Dr. J.J. Dronkers,
, , , , "De I n g e n i e u r " ,
nr,k9, igkf.
5 • " T i d a l computations,in r i v e r s and c o a s t a l waters"
27
-Voor het oplossen van d i t s t e l s e l l i n e a i r e DVn wordt h i e r verwezen naar
het b e t r e f f e n d e k o l l e g e - d i k t a a t , '
I n het k o l l e g e b 73B z a l een p r a k t i s c h e toepassing van de Enkelvoudige
Harmo-nische Methode zonder Bovenafvoer worden besproken.
Voor h e t z e l f d e probleem worden i n d i t k o l l e g e de r e s u l t a t e n , van v e r s c h i l l e n
-•de oplossingsmethoden o n d e r l i n g
vérgetueKen.
D e l f t 5december 1971•
H.J.Stroband '
jr. C[ VerspuJ/
it-. f/.U. 'ptrolaar'J
G<e.L]jL)e.rQkQ^nincjen voor -hene.c/snr/vie'ren
- ^cAaalrejeh C</i>/t)
- GelljLerekenincj \/oor c/e Lek C^<fc/I%2ö)
- Geiij Ijet^/tentn^ \/oof
* Vers/>fy en f/l^itoiancf,
7)e-
/iarrr?o/7yj$cAe mc/r/ioc/e. Cé>/t
^ Y/n
27)
C/e
injcn/eu/- S-fr- 'f7, S<Sy % S 3's)
(c/eint^en/eor s-'Z -
'v7
l^z B/2/ ^/m /3 / j y )
* d. Versfoy, DiJJerené/emeé/tec/en C ^ft i
^ 7
/>/z 29)
~ GcJ:ij/>etc/«Tni'n^
Voor
c/e. /eA y
/o
/epes^ de.
iirtyo
//c/eée meé^oc/e Ci/ae/y ^ 3 )
- G<z/•/jiere^en/ncf \/o/c^ens
</e
cxyo//c/e^ e
mcèhoc/e Cz i/c^</er^
CMSCE
- HyJrcto/ics
l^i
'vis/on
crn p.. 2^% 77)
Col}epr,e h 7J)B "Laisgc G o l v e n B" I n h o u d s o p g a v e
C o l l e g e •
n r .
1 . o v e r z i c h t : ^ u i t g a n g s p u n t e n . R e l a t i e m e t c o l l e g e b 73A.
T o e t s p r o b l e e m „
I n t e g r a t i e m,b,v. K a r a k t e r i s t i e k e n ( u i t b h e r h . )
D i f f e r e n t i e - m e t h o d e n f a )
E x a k t e M e t h o d e ( b )
H a r m o n i s c h e M e t h o d e ( c )
V/aarom ( b ) en ( c ) n o g b e h a n d e l d ?
2. " E x a k t e " M e t h o d e T h e o r i e s l e c h t s 1 p a g i n a .
G e g e v e n s t o e t s p r o b l e e m .
3. T o e p a s s i n g \
B e s p r e k i n g r e s u l t a t e n J
4. B e p a l i n g v a a r d e n v o o r de coëff. v a n de Ghézy i n de p r a k t i j k ,
K e t b e p a l e n v a n e e n d e b i e t - k r o m m e u i t t\/ce ( g e m e t e n ) h - k r o m m e n ;
v o o r b e e l d N i e u w e W a t e r v e g .
Momentane v e r h a n g l i j n e n . H e t b e l a n g v a n de b o v e n g e n o e m d e m e t l i o d e
v o o r " C o n t r o l e - b e r e k e n i n g e n " .
l i e t g e t i j op de W e s t e r S c h e l d e . O v e r z i c i i t : D i f f e r e n t i e - m e t h o d e n
Harm. M e t h o d e ( k o r t e i n l * )
5. H a r m o n i s c l i e M e t h o d e P r i n c i p e ; h e r l e i d e n D.V.n f l i n e a r i s e r e n v a n
6.
U - . , ™ ™ ^ —
^ i ^ e e r s - b a n d s t e r m o n d e r v e r w i j z i n g n a a r b '73A.
Een b e t e r b e g r i p v a n de n i e t - l i n e a i r e D.V. m o g e l i j k d o o r a n a l j - t i s c h e
b e n a d e r i n g . '
7. H e t o p l o s s e n v a n l i n e a i r e D.V.n , a a n s l u i t i n g b i j b 73A, r e k e n e n m e t
c o m p l e x e f u n k t i e s f z . g . v i e r p o o l - v e r g e l i j k i n g e n ( k o r t e h e r h a l i n g op
b a s i s v a n e e n g e m e e n s c h a p p e l i j k d i c t a a t ) .
I n t e r p r e t a t i e a n a l y t i s c h e o p l o s s i n g .
8. T o e p a s s i n g . "1
B e s p r e k e n o p l o s s i n g v o o r t o e t s p r o b l e e m . J
I n v o e r e n r a n d v o o r w a a r d e n .
I n t e r p r e t a t i e r e s u l t a t e n , v e r g e l i j k e n m e t r e s u l t a t e n e x a k t e m e t h o d e .
^ ' DiyFERENTIEMETHODEN] V e r v a n g e n d i f f e r e n t i a a l q u o t i e n t e n d o o r d i f
-ferentie-quotiënten, f outbeschö-awing,
B e g i n v o o r v / a a r d e n ; r a n d v o o i ' v a a r d e n .
D i f f o r e u t i e - v e r g e i l j l c i n g e n ;
o v e r z i c h t d i f f e r e n t i e - m e t h o d e n ,
1 0 , E x p l i c i e t e d i f f e r e n t i e - m e t h o d e n .
L e a p - f r o g - m e t h o d e ; Programma. CHERIE v a n I r , N, B o o i j .
A n d e r e m e t h o d e n ,
S p l i t s i n g s p u n t e n , s c h e m a t i s a t i e , t o e p a s s i n g l f ^ j j " ^
o p l o s s i n g v o o r t o e t s p r o b l e e m '
1 1 . L n p l i c i e t e d i f f e r e n t i e - m e t h o d e n .
V e r s c h i l l e n d e m o g e l i j k h e d e n .
O n t w i k k e l i n g e n b i j de R i j k s w a t e r s t a a t , T.H. en e l d e r s .
1 2 . U i t v o e r i n g R i j k s w a t e r s t a a t , T o e p a s s i n g t o e t s p r o b l e e m |^IV
S a m e n v a t t i n g c o l l e g e . M o d e l - en s c h a a l r c g e 1 s ,
1 5 . I n l e i d i n g e x c u r s i e ; r o n d l e i d i n g en c x p l i k a t i e a n a l o g e r e k e n m a c h i n e
de "DELTAR" v a n de R i j k s w a t e r s t a a t .
( i n l i e t k a d e r v a n do o e f e n i n g e n b 7 3 A w o r d t r e e d s a a n d a c h t b e s t e e d
aan h o t m o d e l M 9 0 0 v a n h o t V / a t e r l o o p k u n d i g L a b o r a t o r i u m ) ,
/77//7C/ rnt-er fsenocliek.
\/oai cr?? Cff/ypf e,/^ 7f/f/p/Da .-•'PC
A
-c <yoo (f/^v vca-öft!/,j,,^c./r,^/:'.'•^•'j */;
\/oor- er#/ j'cvf^r T i i ^
7000
s
X = ?oé A/>7. //„,
•
/„;; ^ '
Vy
IliCt wot Jca \/r!-lnt^<4'i!fC,-> cjc'•/C"'
•("•'•'^c,; 27 K'7C3
//r7. IV/, r.'7,, rs7r ' 7/' A/--,.h>. Cf c/S -^rc/ i// err- /vWfV
•-/On
/i
'nry rp7(/l
Ji''^' /->/(7.
/ D f y > y • / vi? r i7 (/////r-'/Oc"'(/( IxU f.( ''/'(f^?''' ''V» ^'^^
v,/or(/é 7>7 Jtl
rc
>/7ye
tzjryy r 7 t-A. •• • '( /JI ' ',(, /,/
^•1
/Is f/r
Q)
O ///fr7
:pr// \
r77 ikj"' ..r^77f
/ f / y j
4 /^irr"^. mc7/im7
'bi77.iiicki,o'<''.
tric c w rt=
0(9 /
O
1/
0-VI:
//c^^
(Jwerrspho/7e//s
bb^;/,.,ffc-ifh
veer?)/oo/- err/ lr/jc,q/c/e
7ei
,jj-/(-
warc/7 icpics
-K
//>//r/ c
/^'Ot
-spr-a//c7 uasJ<jfisir7t
' / , I •
!["Delfskiye manumissii kak istochnik po istorii rabstva v Gretzii = The Delphic Manumissions as Sources on the History of Slavery in Greece", Κ. Κ. Zel'in, [w:] "The Conference on the Study of the Problems of Antiquity, 9-14 April 1964, Leningrad, The Thes](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)