Stanovení rychlosti proudění a průtoku na malém vodním toku Výpočet průtoku pomocí Manningovy rovnice kde Q = průtok (m^3/s), n = Manningův drsnostní koeficient, A = plocha průtočného profilu (m^2), R = hydraulický rádius (m), a S = sklon vodní hladiny. Stanovení drsnosti koryta (Manningova koeficientu drsnosti) 1. Před výpočtem průměrné rychlosti proudění v průtočném profilu je třeba určit vliv tření o dno, břehy, případně o povrch nivy. Drsnost těchto povrchů se kvantitativně vyjádří pomocí Mannigova koeficientu drsnosti n. 2. Výpočet koeficientu proveďte podle následující rovnice: n = (n[0] + n[1 ]+[ ]n[2 ]+ n[3 ]+ n[4])m[5] n[0] až m[5] postihují různé prvky drsnosti koryta, jejich hodnoty obsahuje následující tabulka (podle Cowan, 1956 a Jarrett, 1985): Základní hodnota n, n[0] (zrnitost substrátu) půda 0,020 skalní podloží 0,025 jemný štěrk 0,024 hrubý štěrk 0,028 kameny 0,030-0,050 balvany 0,040-0,070 Nepravidelnosti povrchu, n[1] hladké koryto 0,000 malé (slabě erodované nebo prohloubené) 0,005 střední (slabé sesouvání) 0,010 velké (sesuvy, erodované břehy, skalní výčnělky) 0,020 Variabilita tvaru průtočného profilu způsobující turbulenci,n[2][] změna probíhá pozvolna 0,000 občasné změny z velkého na malé nebo proudnice rozkmitaná od břehu ke břehu 0,005 časté změny 0,010-0,015 Působení překážek (stromy, kořeny, balvany), n[3] zanedbatelné (několik rozptýlených překážek) 0,000 malé (překážky izolované, 15% plochy) 0,010-0,015 podstatné (propojení překážek, které zabírají 15-50% plochy) 0,020-0,030 silné (překážky pokrývají > 50% plochy nebo způsobují na většině plochy turbulenci) 0,040-0,060 Vegetace, n[4] žádná nebo bez efektu 0,000 ohebné semenáčky nebo hustá tráva/makrofyta 0,005-0,010 křovitý porost, žádný porost na dně koryta; makrofyta zasahující celou hloubku proudění 0,010-0,025 mladé stromy s podrostem travin a bylin; makrofyta s dvakrát vyšší než hloubka proudění 0,025-0,050 Křovitý porost na břehu, hustý porost v korytě; stromy s podrostem trav a bylin; plné olistění 0,050-0,100 Křivolakost, m[5] malá (křivolakost 1,0 – 1,2) 1,00 podstatná (1,2 – 1,5) 1,15 silná (> 1,5) 1,30 3. Pokud má inundační území více částí, které se výrazně liší svojí drsností, je třeba Manningovo n vypočítat pro každou tuto část zvlášť. Stanovení zrnitosti dnových splavenin (parametr n[0] – zrnitost substrátu) 1. Vypočítejte medián (tzv. D[50]) z hodnot velikosti osy b třiceti změřených klastů. 2. Stanovte kategorii zrnitosti podle následující tabulky. jemný štěrk 2 – 16 mm hrubý štěrk 16,1 – 64 mm kameny 64,1 – 256 mm balvany > 256 mm Výpočet rychlosti proudění a průtoku (Q) – aktuální, kapacitní 1. Z grafů příčných profilů zjistěte následující parametry: a. plochu průtočného profilu – zvlášť pro aktuální vodní stav a kapacitní průtok (A) b. omočený obvod (P) c. vypočtěte hydraulický rádius (R = A/P) 2. Z nivelace podélného profilu zjistěte sklon vodní hladiny (S = ΔH/L), H … převýšení hladiny mezi počátkem a koncem úseku (m), L … délka úseku (m). 3. Proveďte výpočet rychlosti proudění podle rovnice: A následně výpočet průtoku podle rovnice: Poznámka k zaměření podélného profilu (nivelace) Skutečnou délku úseku, ve kterém se zaměřoval podélný profil vypočtěte pomocí kosinové věty. a^2 = b^2 + c^2 - 2 b c \cdot \cos \alpha b^2 = c^2 + a^2 - 2 c a \cdot \cos \beta c^2 = a^2 + b^2 - 2 a b \cdot \cos \gamma [LINK] Nezapomeňte, že hodnoty horizontálních úhlů z nivelace jsou v gradech a nikoliv ve stupních. Vypracujte protokol obsahující následující části 1. Grafické znázornění podélného a příčného profilu korytem. 2. Tabulkový přehled zaměřených a vypočítaných morfologických charakteristik obou úseků (vždy pro aktuální a kapacitní průtok, tzn. tabulka se dvěma sloupci hodnot): šířka koryta, maximální hloubka koryta, omočený obvod, plocha průtočného profilu, hydraulický rádius, sklon vodní hladiny. 3. Přehled hodnot pro dílčí faktory drsnosti koryta (n[0] až n[5], m[5]) použité pro stanovení celkového Manningova koeficientu drsnosti koryta. 4. Postup výpočtu rychlosti proudění (v) a průtoku (Q) pomocí Manningovy rovnice. 5. Vypočítané hodnoty aktuálního a kapacitního průtoku. Citovaná literatura § Cowan, W.L. (1956): Estimating hydraulic roughness coefficients. Agricultural Engineering, roč. 37, s. 473-475. § Jarrett, R.D. (1985): Determination of roughness coefficients for streams in Colorado. US Geological Survey Water-Resources Investigations Report 85-4004, 54 s.