ROZMYCIA DNA NA MODELU JAZU ZE ZMIENN Ą D àUGOĝCIĄ UMOCNIEē W DOLNYM STANOWISKU

ROZMYCIA DNA NA MODELU JAZU ZE ZMIENN Ą D àUGOĝCIĄ UMOCNIEē W DOLNYM STANOWISKU

Janusz Urba Ĕski

Szko áa Gáówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Streszczenie. W artykule przedstawiono wyniki eksperymentalnych badaĔ wpáywu dáu- goĞci umocnieĔ w dolnym stanowisku jazu na ksztaátowanie siĊ miejscowych rozmyü dna.

DoĞwiadczenia przeprowadzono na modelu budowli z wypáywem wody spod zasuwy, z niecką do rozpraszania energii i poziomym, páaskim umocnieniem dna dáugoĞci 0,50, 1,00 i 2,00 m. W doĞwiadczeniach wykorzystano jeden materiaá rozmywalny – piasek o charakterystykach uziarnienia d₅₀= 1,1 mm, (d₈₄/d₁₆)^0,5= 1,77. WydáuĪanie umocnieĔ dna koryta w dolnym stanowisku jazu wpáywa na opóĨnienie rozwoju rozmycia w czasie, co jest wynikiem zmniejszania siĊ burzliwoĞci strumienia wraz z odlegáoĞcią od koĔca odskoku hydraulicznego utrzymywanego w niecce. Im dáuĪszy odcinek umocnionego dna za wypadem, tym mniejsze jest nachylenie obniĪającego siĊ stoku wyboju, a maksymalna gáĊbokoĞü rozmycia bardziej oddalona od budowli, co waĪne jest z punktu widzenia zacho- wania jej statecznoĞci.

Sáowa kluczowe: budowla piĊtrząca, lokalne rozmycia, turbulencja strumienia

WSTĉP

Lokalne rozmycia dna poniĪej budowli piĊtrzącej powstają w wyniku zmiennego w czasie ruchu wody i rumowiska. Na przebieg tego zjawiska skáada siĊ wiele czynników, których wpáyw czĊsto trudno jest jednoznacznie okreĞliü. Mimo badaĔ prowadzonych od początku ubiegáego stulecia formowanie siĊ lokalnej erozji dna pozostaje w Ğrodowisku hydrotechników w dalszym ciągu procesem niedostatecznie rozpoznanym.

W praktyce zjawisko to niesie ze sobą wiele zagroĪeĔ. Powstający w dnie wybój do- prowadziü moĪe do zniszczenia umocnieĔ w dolnym stanowisku. Wraz z pogáĊbianiem siĊ doáu rozmycia obniĪa siĊ zwierciadáo wody poniĪej jazu. Tym samym zmianie ulega rozkáad obciąĪeĔ dziaáających na budowlĊ: przy niezmiennym parciu wody spiĊtrzonej

Adres do korespondencji – Corresponding author: Janusz UrbaĔski, Szkoáa Gáówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydziaá InĪynierii i Ksztaátowania ĝrodowiska, Katedra InĪynierii Wodnej i Rekultywacji ĝrodowiska, ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa,

e-mail: janusz_urbanski@sggw.pl

zmniejsza siĊ parcie wody dolnej. Nadmierny rozwój erozji doprowadziü moĪe do odsáo- niĊcia fundamentu budowli i utraty jej statecznoĞci. W związku z tym na etapie projekto- wania obiektu bardzo waĪne jest okreĞlenie rozmiarów rozmycia.

Najdokáadniejszą metodą prognozowania intensywnoĞci procesu rozmywania dna w czasie oraz ostatecznych rozmiarów wyboju są badania laboratoryjne na fi zycznym modelu budowli wykonanym w okreĞlonej skali geometrycznej. Fizyczny model od- zwierciedla rzeczywiste rozwiązania konstrukcyjne budowli. W ten sposób badaü moĪna wpáyw róĪnych rozwiązaĔ i modyfi kacji elementów budowli na rozmiary rozmyü i ich zmiennoĞü w czasie.

Jednym ze sposobów ograniczania rozmiarów tworzącego siĊ wyboju jest stosowanie ubezpieczeĔ dna i skarp koryta za wypadem budowli za pomocą odpowiednio wyko- nanych umocnieĔ. W projektowaniu umocnieĔ waĪnym parametrem jest ich szorstkoĞü i caákowita dáugoĞü. Zbyt krótkie umocnienia nie speániają w dostatecznym stopniu swej roli, a nadmierne ich wydáuĪanie jest kosztowne i niepoĪądane w naturalnym Ğrodowi- sku. SzorstkoĞü powierzchni umocnieĔ redukuje prĊdkoĞü w strefi e przydennej. W pracy przedstawiono wyniki eksperymentalnych badaĔ modelowych rozmyü za umocnionym odcinkiem dna koryta. DáugoĞü umocnienia w dolnym stanowisku byáa zmienna. Prze- prowadzono analizĊ wyników pod kątem rozpoznania wpáywu dáugoĞci umocnieĔ na ksztaátowanie siĊ rozmyü w czasie trwania przepáywu oraz ostateczne rozmiary wyboju.

Praca ta fi nansowana byáa ze Ğrodków na naukĊ w latach 2005–2007 jako projekt badawczy.

METODYKA BADAē

Schemat i wymiary badanego jazu przyjĊto za ĩbikowskim [1970] i przedstawiono na rysunku 1. Byá to jaz typowy dla maáych rzek nizinnych Polski, z páaskim zamkniĊciem zasuwowym, niecką do rozpraszania energii i poziomym, sztywnym umocnieniem dna za wypadem. Badania prowadzono na modelu tego jazu wykonanym w skali geometrycznej 1 : 30. Umocnienie dna w dolnym stanowisku miaáo zmienną dáugoĞü (Lu) równą 0,50, 1,00 i 2,00 m. PoniĪej umocnieĔ dno koryta wypeánione byáo materiaáem rozmywalnym, w którym przepáywający strumieĔ wody o zadanych parametrach formowaá wybój. Para- metry rozmyü poddane analizom przedstawiono na rysunku 1.

a

H

h

0,243 0,111

0,973 Lu

0,056 0,068

hr max

D hs

vx

Xr

Xr max

piasek sand z

Rys. 1. Schemat modelu jazu z podstawowymi wymiarami [m] oraz analizowane parametry rozmyü Fig. 1. Schema of the weir model with base dimension [m] and analysed parameters of scour

Model wykonany byá w korycie prostokątnym szerokoĞci 1,0 m. DoĞwiadczenia prowadzono, zadając róĪne przepáywy wody (q) i odpowiadające im napeánienia koryta w stanowisku górnym (H) i dolnym (h). Uzyskiwano je, podnosząc zasuwĊ piĊtrzącą na okreĞloną wysokoĞü (a) podczas kaĪdego doĞwiadczenia. W niecce powstawaá zatopio- ny odskok hydrauliczny. WielkoĞci hydrauliczne przeliczano wedáug skal wynikających z kryterium podobieĔstwa Froude’a. Podstawowe wymiary modelu (wyraĪone w me- trach) podano na rysunku 1, a parametry hydrauliczne strumieni wody w doĞwiadcze- niach w tabeli 1.

Poddanym badaniom bezwzglĊdnym dáugoĞciom umocnieĔ (Lu) odpowiadaáy dáu- goĞci wzglĊdne, odniesione do gáĊbokoĞci wody nad páytą umocnienia (h), zebrane w tabeli 2.

Za pierwszą gáĊbokoĞü sprzĊĪoną (h1) przyjĊto najmniejszą gáĊbokoĞü strumienia za zasuwą, nazywaną przez ýertousova [1962] gáĊbokoĞcią zdáawioną, obliczaną jako h₁ = İa, gdzie İ jest wspóáczynnikiem dáawienia. Jego wartoĞü, zawarta w przedziale (0,615–0,69), zaleĪna jest wedáug ĩukowskiego [Kiselev 1974] od stosunku a/H. Wedáug ýertousova [1962], wspóáczynnik dáawienia pionowego przyjmuje wartoĞci z przedziaáu

¢0,63, 0,65². Drugą gáĊbokoĞü sprzĊĪoną (h2) obliczono z równania:

2

2 1 3

1

1 8 1

2

h q

h

gh

§ ·

¨   ¸

¨ ¸

© ¹

Tabela 1. Hydrauliczne parametry przepáywu w doĞwiadczeniach na modelu Table 1. Hydraulic parameters of fl ow during of investigation on model

q H h z a h₁ h₂ ız

m²·s^–1 m m m m m m –

0,049 0,417 0,133 0,296 0,033 0,020 0,157 1,22

0,073 0,445 0,165 0,292 0,049 0,030 0,190 1,18

0,097 0,462 0,193 0,281 0,065 0,040 0,219 1,15

Tabela 2. DáugoĞci wzglĊdne umocnieĔ w doĞwiadczeniach Table 2. Relative of lengths of bed protection in experiments

q h DáugoĞci wzglĊdne umocnieĔ (Lu/h) dla dáugoĞci bezwzglĊdnych (Lu) Relative of lengths of bed protection (Lu/h) for real lengths (Lu)

m²·s^–1 m L_u = 0,50 m L_u = 1,00 m L_u = 2,00 m

0,049 0,133 3,76 7,52 15,04

0,073 0,165 3,03 6,06 12,12

0,097 0,193 2,59 5,18 10,36

Jako wspóáczynnik zatopienia odskoku hydraulicznego (ız), zgodnie z zaleceniami praktycznymi [Dąbkowski i in. 1982], przyjĊto stosunek: σ_z ^{h d z}

= +h+∆

2

. WartoĞü 'z, nazywaną spiĊtrzeniem strumienia na wypáywie z niecki, oblicza siĊ jako ∆_{z =}^{v −v}

g

h2 22

2 ,

gdzie: v_h i v₂ są prĊdkoĞciami w przekrojach strumienia o gáĊbokoĞciach odpowiednio h i h₂.

W doĞwiadczeniach formowaáy siĊ rozmycia w piasku sortowanym o krzywej uziar- nienia i Ğrednicach charakterystycznych przedstawionych na rysunku 2. Czas trwania przepáywu wynosiá 480 minut. PodáuĪne profi le rozmytego dna mierzono w osiowej páaszczyĨnie koryta po 30, 60, 120, 180, 240, 300, 360 i 480 minutach od początku do- Ğwiadczenia.

W trakcie doĞwiadczeĔ wykonywano takĪe pomiary poziomych skáadowych wektora prĊdkoĞci vx i v_y (podáuĪnej i poprzecznej) w osiowym pionie na koĔcu umocnienia. Wy- korzystano do tego elektrosondĊ PEMS, rejestrującą wyniki co 0,1 s. Pomiary wykonywa- no w piĊciu punktach rozmieszczonych w pionie nastĊpująco: p1 w odlegáoĞci 1 cm nad dnem, p2 na wysokoĞci 0,2h nad dnem, p3 – 0,5h, p4 – 0,7h, a p5 na gáĊbokoĞci 2 cm pod zwierciadáem wody. Czas pomiaru prĊdkoĞci w kaĪdym punkcie wynosiá 120 s. W pracy autora [UrbaĔski 2003] wykazano, Īe jest to wystarczający czas pomiaru, zapewniają- cy stacjonarnoĞü i ergodycznoĞü pola prĊdkoĞci. Rejestrowane byáy zatem ciągi vx i v_y o liczebnoĞci 1200 elementów dla kaĪdego kierunku. Na podstawie ciągów wartoĞci vx

obliczono w kaĪdym punkcie wartoĞü wzglĊdnej intensywnoĞci turbulencji ε σ

= v , gdzie ı jest odchyleniem standardowym od Ğredniej wartoĞci prĊdkoĞci v w punkcie.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Ğrednica zastĊpcza ziarn diameter of particle d, [mm]

zawartoĞü ziarn o Ğrednicy mniejszej niĪ d, percent passing [%]

iá

clay pyáowa silt piaskowa sand Īwirowa gravel ^kam.

cable FRAKCJE FRACTION

d mm

d5 0,42 d10 0,53 d16 0,64 d50 1,10 d60 1,40 d84 2,00 d90 2,40 d95 2,50

Rys. 2. Krzywa uziarnienia i Ğrednice charakterystyczne materiaáu rozmywalnego uĪytego na modelu

Fig. 2. Granulation and characteristic diameters of sand used on the model

WYNIKI BADAē I ICH ANALIZA

Analizie poddano pomierzone na koĔcu kaĪdego doĞwiadczenia podáuĪne profi le roz- mytego dna (rys. 3) za umocnieniem o róĪnych dáugoĞciach (Lu). Wzajemne poáoĪenie wykresów dla tych samych parametrów hydraulicznych strumienia, lecz róĪnych wartoĞ- ciach LuĞwiadczy o jednoznacznym wpáywie dáugoĞci umocnieĔ na wielkoĞü rozmycia.

Wraz z wydáuĪaniem umocnieĔ na modelu uzyskiwano w jednakowym czasie trwania przepáywu mniejsze rozmiary rozmycia, zarówno pod wzglĊdem gáĊbokoĞci hrmax, jak i dáugoĞci wyboju Xr. Po wydáuĪeniu umocnienia z 0,50 do 1,00 m uzyskano zmniej- szenie maksymalnej gáĊbokoĞci wyboju (hrmax) o 20–34%, w zaleĪnoĞci od natĊĪe- nia przepáywu na modelu, a po wydáuĪeniu Lu do 2,00 m hrmax zmniejszyáa siĊ nawet o 70% w doĞwiadczeniach z przepáywem q = 0,049 m²/s. Dla wiĊkszych przepáywów, tzn. q = 0,073 m²/s i q = 0,097 m²/s, obserwowano mniejsze spáycenie rozmycia wraz z wydáuĪeniem umocnieĔ od 0,50 do 2,00 m (o 40–50%).

Na rysunku 4 przedstawiono zmiennoĞü maksymalnej gáĊbokoĞci wyboju (hrmax) w czasie trwania przepáywu. Maksymalna gáĊbokoĞü rozmycia po 30 min trwania prze- páywu na modelu z Lu= 0,50 m byáa w przybliĪeniu równa gáĊbokoĞci uksztaátowanej po 7–8 h za umocnieniem dáugoĞci 2,00 m. WydáuĪanie umocnieĔ w dolnym stanowisku powoduje zatem spowolnienie procesu rozmycia w czasie.

Wyniki oĞmiogodzinnych doĞwiadczeĔ wykazaáy, Īe wydáuĪanie umocnieĔ na mode- lu spowodowaáo ograniczenie zarówno maksymalnej gáĊbokoĞci wyboju (hrmax) – rysu- nek 5, jak i gáĊbokoĞci rozmycia krawĊdziowego (hs) – rysunek 6. Wykresy sporządzono w ukáadzie wspóárzĊdnych bezwymiarowych, tzn. maksymalną gáĊbokoĞü wyboju (hrmax), wielkoĞü rozmycia krawĊdziowego (hs) i dáugoĞü umocnieĔ (Lu) odniesiono do począt-

q = 0,049 m²s^-1 h = 0,133 m t = 480 min -8

-6 -4 -2 0 2

0 50 100 150 200

x [cm]

hr [cm]

q = 0,073m²s^-1 h = 0,165 m t = 480min -12

-10 -8 -6 -4 -2 0 2

0 50 100 150 200

x [cm]

hr [cm]

q = 0,097m²s^-1 h = 0,193m t = 480min -16

-12 -8 -4 0

0 50 100 150 200

x [cm]

hr [cm]

Lu = 0,5m Lu = 1,0m Lu = 2,0m

Rys. 3. Profi le rozmytego dna za umocnieniem dáugoĞci Lu po 480 min trwania przepáywu Fig. 3. Profi les of erosion for different length of bed protection Lu after 480 min during of fl ow

kowej gáĊbokoĞci strumienia (h) w dolnym stanowisku. DuĪe wartoĞci wspóáczynnika R², podane na rysunkach 5 i 6, wskazują na istnienie Ğcisáej zaleĪnoĞci miĊdzy dáugoĞcią umocnieĔ w dolnym stanowisku a rozmiarami miejscowego rozmycia.

q = 0,049 m²s^-1

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 60 120 180 240 300 360 420 480t [min]

hr max [cm] q = 0,073 m²s^-1

0 2 4 6 8 10 12

0 60 120 180 240 300 360 420 480

t [min]

hr max [cm]

q = 0,097 m²s^-1

0 4 8 12 16

0 60 120 180 240 300 360 420 480 t [min]

hr max [cm]

Lu = 0,5m Lu = 1,0m Lu = 2,0m

Rys. 4. ZmiennoĞü maksymalnej gáĊbokoĞci rozmycia w czasie trwania przepáywu na modelu Fig. 4. Variability of maximum depth of scour during of fl ow

hr max/h = 1,74(Lu/h )^-0,90 R² = 0,97

hr max/h = 1,16(Lu/h )^-0,48 R² = 0,98 hr max/h = 1,16(Lu/h )^-0,35

R² = 0,99

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 4 8 12 16 L_u / h

h_{r max} / h

q = 0,049 m²s^-1

q = 0,073 m²s^-1 q = 0,097 m²s^-1

Rys. 5. ZmiennoĞü ilorazu hrmax/h z bezwymiarową dáugoĞcią umocnieĔ Lu/h na modelu Fig. 5. Variability of relation h_rmax/h with dimensionless length of bed protection L_u/h on model

hs/h = 0,49 (Lu/h )^-0,83 R² = 0,97

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

0 4 8 12 16 L_u / h

h_s/ h

Rys. 6. Związek ilorazu hs/h z bezwymiarową dáugoĞcią umocnieĔ Lu /h Fig. 6. Relation h_s /h with dimensionless length of bed protection L_u /h

Zjawisko spáycania siĊ doáu rozmycia, gdy zwiĊkszają siĊ dáugoĞci umocnieĔ dla tych samych parametrów przepáywu (q, h, z), táumaczone jest przez ĩbikowskiego w pracy Dąbkowskiego i innych [1982] zmniejszaniem siĊ burzliwoĞci strumienia wraz z odda- laniem siĊ od koĔca odskoku hydraulicznego utrzymywanego w niecce. Na rysunku 7 przedstawiono pomierzone i uĞrednione w osiowym pionie na koĔcu umocnieĔ wartoĞci wzglĊdnej intensywnoĞci turbulencji strumienia (İ). Krzywa na wykresie opisuje zaleĪ- noĞü stopnia burzliwoĞci strumienia (İ) od bezwymiarowej dáugoĞci umocnieĔ Lu/h.

Wyniki doĞwiadczeĔ potwierdziáy, Īe intensywnoĞü turbulencji maleje na dáugoĞci strumienia za odskokiem hydraulicznym. DuĪa wartoĞü wspóáczynnika R², wynosząca 0,97,Ğwiadczy o istnieniu Ğcisáej zaleĪnoĞci burzliwoĞci strumienia na koĔcu umocnieĔ od ich dáugoĞci. Równania opisujące podobne zaleĪnoĞci podali Dąbkowski i UrbaĔski [2004] i UrbaĔski [2006] po wykonaniu pomiarów charakterystyk turbulencji na dáugoĞci strumienia w korycie z páaskim, poziomym i nierozmywalnym dnem za niecka wypadową.

WzmoĪona turbulencja, charakteryzująca warunki przepáywu za wypadem budowli piĊtrzącej, jest czynnikiem potĊgującym proces erozji koryta rzecznego [Breusers 1966, Popova 1985, BáaĪejewski 1989, Hoffmans i Booij 1993, UrbaĔski 2005]. DuĪa zmien- noĞü prĊdkoĞci chwilowej i duĪe pulsacje ciĞnienia uáatwiają odrywanie ziaren gruntu od dna i ich przemieszczanie. Na podstawie wyników przeprowadzonych doĞwiadczeĔ uzyskano zaleĪnoĞü gáĊbokoĞci rozmycia od stopnia burzliwoĞci strumienia na koĔcu umocnieĔ. Wykresy na rysunku 8 przedstawiają związki rozmiarów rozmycia, tzn. jego maksymalnej gáĊbokoĞci (rys. 8a) i rozmycia krawĊdziowego (rys. 8b), z intensywnoĞ- cią turbulencji strumienia na koĔcu umocnieĔ. Przebieg linii na wykresach wskazuje na wzrost gáĊbokoĞci wyboju wraz ze wzrostem stopnia burzliwoĞci strumienia.

Z uwagi na bezpieczeĔstwo i statecznoĞü budowli piĊtrzącej waĪnym parametrem charakteryzującym rozmycie jest nachylenie stoku wyboju od strony umocnieĔ. Opisy- wane jest ono za pomocą miary kąta D, zawartego miĊdzy prostą wyznaczającą poziome, nierozmyte dno a prostą áączącą krawĊdĨ koĔca umocnieĔ z najniĪszym punktem profi lu rozmycia (rys. 1). Na podstawie wyników doĞwiadczeĔ wyznaczono wartoĞci tego kąta i na rysunku 9 przedstawiono je w zaleĪnoĞci od intensywnoĞci turbulencji na koĔcu umocnieĔ. Wyniki, podobnie jak inni autorzy [BáaĪejewski 1989, Siwicki 2002], opisa- no funkcją liniową. Przebieg linii wykazuje, Īe wzrost burzliwoĞci strumienia powoduje zwiĊkszenie wartoĞci kąta Į, a zatem powoduje tworzenie siĊ wyboju bliĪej budowli, co

H = 0,62(Lu/h )^-0,38 R² = 0,97

0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

0 2 4 6 8 10 12 14 16 L_u / h

H>@

Rys. 7. ZaleĪnoĞü İ = f(Lu/h) uzyskana na podstawie wyników doĞwiadczeĔ Fig. 7. Relation İ = f(Lu/h) base on results of experiments

jest niepoĪądane z punktu widzenia statecznoĞci obiektu. Zatem wydáuĪanie umocnieĔ, powodujące zmniejszanie siĊ stopnia burzliwoĞci strumienia na ich koĔcu, zapewnia tym samym korzystniejszy ksztaát doáu rozmycia i oddalenie jego maksymalnej gáĊbokoĞci od budowli.

WNIOSKI

Analiza wyników doĞwiadczeĔ nad ksztaátowaniem siĊ rozmyü miejscowych na mo- delu jazu z wypáywem wody spod zasuwy, niecką do rozpraszania energii i umocnieniem dna o zmiennej dáugoĞci w dolnym stanowisku umoĪliwiáa sformuáowanie nastĊpujących wniosków:

WydáuĪanie umocnieĔ dna w dolnym stanowisku, przy zachowaniu niezmiennych hydraulicznych parametrów strumienia i czasu trwania przepáywu na modelu, wpáywaáo na ograniczenie rozmiarów rozmycia. Dotyczy to zarówno gáĊbokoĞci, jak i dáugoĞci wy- boju. Wpáyw ten bardziej uwidaczniaá siĊ przy niĪszych natĊĪeniach przepáywu.

WydáuĪanie umocnieĔ dolnego stanowiska powoduje spowolnienie rozwoju roz- mycia w czasie. Przy czterokrotnym zwiĊkszeniu dáugoĞci umocnieĔ na modelu uksztaá- towanie tej samej gáĊbokoĞci wyboju (hrmax) nastĊpowaáo po szesnastokrotnym wydáuĪe- niu czasu trwania przepáywu.

1.

2.

Rys. 8. Związek gáĊbokoĞci rozmyü z intensywnoĞcią turbulencji pomierzoną na koĔcu umoc- nieĔ

Fig. 8. Relation between depth of local scour and intensity of turbulence measured on end of bed protection

D H

R² = 0,84

14 15 16 17 18 19 20

0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 H [-]

D [^o]

Rys. 9. Wzrost miary kąta Į wraz ze wzrostem intensywnoĞci turbulencji pomierzonej na koĔcu umocnieĔ

Fig. 9. Increase of angle Į with intensity of turbulence measured on end of bed protection

hrmax/ h [-]

hrmax/h = -8,17H² + 7,77H - 1,10 R² = 0,80 0,0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 H [-]

hs/h = -1,20H² + 1,55H - 0,24 R² = 0,97 0,00

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 H [-]

hs/h [-]

a b

Zjawisko spáycania siĊ doáu rozmycia z wydáuĪaniem umocnieĔ dla tych samych parametrów przepáywu (q, h, z) jest skutkiem zmniejszania siĊ burzliwoĞci strumienia wraz ze zmienną odlegáoĞcią od koĔca odskoku hydraulicznego utrzymywanego w niec- ce. Czterokrotne wydáuĪenie umocnieĔ na modelu powodowaáo okoáo piĊüdziesiĊciopro- centową redukcjĊ wzglĊdnej intensywnoĞci turbulencji na ich koĔcu. Malejącej burzliwo- Ğci strumienia na koĔcu umocnieĔ towarzyszy zmniejszanie siĊ kąta Į nachylenia stoku wyboju od strony budowli. Jest to korzystne z punktu widzenia statecznoĞci obiektu.

PIĝMIENNICTWO

BáaĪejewski R., 1989. Prognozowanie rozmyü miejscowych gruntów niespoistych poniĪej budowli upustowych. Rocznik Akademii Rolniczej w Poznaniu, Rozprawy naukowe, 190.

Breusers H.N.C., 1966. Conformity and time scale in two-dimensional local scour. Proc. Symp. on Model and Prototype Conformity. Hydr. Res. Lab. Poona, India.

ýertousov M.D., 1962. Gidravlika – specjalnyj kurs. Gosudarstvennoje Energetiþeskoje Izdatelst- vo, Moskva, Leningrad.

Dąbkowski Sz.L., UrbaĔski J., 2004. IntensywnoĞü turbulencji strumienia za odskokiem hydrau- licznym. Przegląd Naukowy InĪynieria i Ksztaátowanie ĝrodowiska 1 (28), 5–12.

Dąbkowski Sz.L., SkibiĔski J., ĩbikowski A., 1982. Hydrauliczne podstawy projektów wodnome- lioracyjnych. PWRiL, Warszawa.

Hoffmans G.J.C.M., Booij R., 1993. The infl uence of upstream turbulence on local scour holes.

Public Works and Water Mgmt., Road and Hydr. Engrg. Div., Delft, the Netherlands.

Kiselev P.G., 1974. Spravoþnik po gidravliþeskim rasþetam. Energia, Moskva.

Popova K.S., 1985. Rasþet izmenenia gáubiny mestnych razmyvov za plotinami vo vremeni. Izvie- stia VNIIG, 119.

Siwicki P., 2002. Analiza wpáywu skali modelu i uziarnienia materiaáu dennego na ksztaátowanie siĊ w warunkach laboratoryjnych rozmyü koryta poniĪej jazu. Maszynopis. Rozprawa doktorska, Katedra InĪynierii Wodnej i Rekultywacji ĝrodowiska SGGW, Warszawa.

UrbaĔski J., 2003. Mechanizm tworzenia siĊ rozmyü za jazem w Ğwietle eksperymentalnych badaĔ modelowych. Maszynopis. Rozprawa doktorska, Katedra InĪynierii Wodnej i Rekultywa- cjiĝrodowiska SGGW, Warszawa.

UrbaĔski J., 2005. Związek charakterystyk turbulencji strumienia z gáĊbokoĞcią rozmycia za jazem.

Zeszyty Problemowe PostĊpów Nauk Rolniczych 506, Ksztaátowanie ĝrodowiska.

UrbaĔski J., 2006. IntensywnoĞü turbulencji strumienia za odskokiem hydraulicznym na dwóch modelach jazu [w:] Problemy hydrotechniki – Modelowanie i hydroinformatyka oraz wybrane zagadnienia ochrony przeciwpowodziowej. Red. St. Kostecki. DolnoĞląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocáaw.

ĩbikowski A., 1970. Badania laboratoryjne zaleĪnoĞci gáĊbokoĞci rozmycia poniĪej przelewu od dáugoĞci umocnieĔ i czasu trwania doĞwiadczenia. Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa.

LOCAL SCOUR ON MODEL OF WEIR WITH CHANGING LENGTH OF BED PROTECTION IN DOWNSTREAM

Abstract. In paper is presented investigation results of scour in downstream of weir for different length of bed protection. Investigations were conducted on model taired constru- ction with the over of water above the gate, with stilling pool and horizontal bed protection 3.

about lengths 50, 100 and 200 cm. Model was made in geometrical skale 1 : 30. As eroded material in experiments was used sand, d₅₀= 1,1 mm, (d₈₄/d₁₆)^0,5= 1,77. Increase length of bed protection in downstream infl uence on slow down of scouring process, what is due of decrease turbulence intensity of stream below hydraulic jump. For longer bed protection obtained smaller upstream slope of the scour hole and further location place of occurrence maximum depth of scour. Reduction maximum scour depth and the upstream slope of the scour hole minimise the risk of weir failure.

Key words: weir, local scour, turbulence of fl ow

Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 22.02.2007