Podklady pro matematické modelování transportu sedimentů erodovaných katastrofální povodní z nádrže Les Království do přilehlé údolní nivy Grundlagen für die mathematische Modellverfahren der Sedimenten erodierenden durch einen katastrophalen Hochwasser von den Staubecken Les Království zur niederliegenden Aue Ing. Miroslav Rudiš, DrSc. Doc. Ing. Petr Valenta, CSc. Ing. Jana Valentová, CSc. T. G. Masaryk Forschungsinstitut für Wasserwirtschaft Prag, Tschechische technische Hochschule, Katheder der Hydrotechnik Prag e-mail:
[email protected] 12. Magdeburger Seminar, Český Krumlov, 2006
Staumauer Les Království
Staubecken Les Království
Entwicklung des Sedimentinhaltes im Staubecken Les Království zwischen 1984 und 2004
Jahr
Gesamtinhalt [m3]
% des Gesamtinhalte s
1984
1 950 000
21,3
1993
1 948 000
21,3
2001
1 658 500
18,1
2004
1 427 500
15,6
Gesamtinhalt des Staubeckens 9 158 600 m3
Sedimentkomponenten festgelegenen durch Radaruntersuchung 2005 - 2006 Sedimentkomponente
[m3]
%
Neuer nichtgefestigter Sediment
147938
9,6
Kohesiver Sediment
336604
22,0
Kies
195546
12,8
Sandiger Ton
438081
28,6
Sandiger Sumpf
413205
27,0
Betrag
1531374
100,0
Korngröβenverteilung der Sedimenten 100 90
Podílder zrn na hmotnosti vzorku [%]. Anteil Korngrö βe [%]
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.001
0.01
0.1
1
10
Velikost zrn [mm] Korngrö βe [mm]
VUV 1 0,002 mm
VUV 3 0,06 mm
VUV 7
VUV 8 2 mm
VUV 12 60 mm
100
Meereshöhe [m]
Beispiel der Resultaten der Radarmessungen
PF 10 Länge von linken Ufer [m]
Bezeichnung
Neuer nichtgefestigter Sediment
Wasser
Kohesiver Sediment
Boden 2005 nach Echolot
Sandiger Sumpf
Ursprungliches Boden nach Projekt
Sandiger Ton
Ursprungliches Boden nach Radar
Kies
Zusammenhaltbarkeit der Sedimenten 10
Soudržnost [kPa] Haltbarkeit [kPa]
9 8
LV Profil 10 LV Profil 10
7
LV Profil 15 PV Profil 10 PV Profil 10 PV Profil 10 PV Profil 15 PM Profil 15 PM Profil 15
6 5 4 3 2 1 0 0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
pod Boden dnem [m] Tiefe Hloubka unter dem [m]
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
Chemische Analysen der Sedimenten unter dem Boden PF 10 – 27mmg/kg von LU 10
20
30
40
50
60
0
Ni
20 30
Pb
40
As
50
Cu
60
Cr
70
Cd
80
Fe
90
500
1000
Hg
100
20
20 30
P celk.
40
NEL
50
Mn
60
Zn
70 80 90 100
40
60
80
0 10
[μg/kg]
20 30 40 50 60 70 80 90 100
2000
10
g/kg PF 10 – 27μm von LU 0
1500
0
AOX
hloubka Tiefe unter dem[cm] Boden [cm]
Tiefe unter dem [cm] Boden [cm] hloubka
0 10
hloubka Tiefe unter dem [cm] Boden [cm]
0
m g/kg PF 10 – 27 m von LU
PCB DDT
Hydrograph des Hochwassers für die Aue bei Jaroměř 400
3
Durchflub Q [m /s]
300
200
100
0 1
11
21
31
41
51
61
71
81
Zeit [Stunden]
91
101
111
121
131
141
Wassertiefen beim Qmax = 370 m3/s als modelliert mit FAST 2D Modell
Wassertiefe [m]
Geschwindigkeitsverteilung beim Qmax = 370 m3/s als modelliert mit FAST 2D
Wassergeschwindigkeit [m/s]
Předpoklady modelování sedimentace Voraussetzungen der Sedimentationsmodellierung
Rozdělení koncentrace plavenin ve vertikálním směru je rovnoměrné. Verteilung des Schwebstoffes in vertikalen Richtung ist gleichmäβig.
Chod plavenin, zvláště pod přehradou se objevuje jen při stoupajícím průtoku. Schwebstoffgang, besonders unter der Talsperre, erscheint nur während des steigenden Durchflusses.
• •
•
Sedimentaci pomocí modelu FAST 2D je možno řešit jen jako kvazistacionární proces za konstantních průtoků daných průběhem hydrogramu. Sedimentationsverfahren kann man lösen mit Hilfe des FAST 2D Modells nur wie ein Quasistationär Problem mit konstanten Durchflüssen gegebenen durch Hydrograph.
Předpoklady modelování sedimentace Voraussetzungen der Sedimentationsmodellierung
•
•
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Sedimentace se projevuje pouze v údolní nivě, v hlavním korytě se nevyskytuje vzhledem k vysoké turbulenci dané rychlým proudem a vysokou drsností dna pokrytého hrubým štěrkem. Sedimentation erscheint nur in die Aue; im Hauptstrom erscheint es nicht wegen hohen Turbulenzgrad in schnellem Strom über dem Boden aus groben Kies. Sedimentační člen v modelu FAST 2D je vytvořen pomocí vztahu mezi tečným napětím na dně a relativní rychlostí sedimentace podle literatury Krone a Mehta (1962) a Mehta a Partheniades (1975). Sedimentationsglied im FAST 2D Modell ist durch Schubspannung auf dem Boden und relativen Sedimentationsgeschwindigkeit zum Ausdruck gebracht (nach Krone und Mehta 1962 und Mehta und Partheniades 1975). Tečné napětí na povrchu údolní nivy je ve vztahu k součiniteli drsnosti v příslušném elementu její plochy. Schubspannung auf dem Boden der Aue ist in Beziehung mit der Rauhigkeitskoeffizient im zuständigen Flächenelemente.
Die Gleichungen für die Beziehung zwischen Schubspannung auf dem Boden und relativen Geschwindigkeit der Sedimentation wie in FAST 2D Modell eingesetzt
⎧ 0 ⎪ D = ⎨ α ω Cs ⎪ ωC s ⎩
τ b ≥ τ b ,max τ b ,max < τ b < τ b ,max τ b ≤ τ b ,min
τ b − τ b,min α = 1− τ b,max − τ b,min g 2 τb = ρ 2 w C
D α= ω Cs
Relative Geschwindigkeit der Sedimentation (Q = 350 m3/s)
Relative Geschwindigkeit der Sedimentation
Sedimentablagerungen in kg per m2 in der Aue Jaroměř modellierenden mit Hilfe des FAST 2D Modells während Verlaufes des Hochwassers Q500
Sedimentation [kg.m-2]
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