Transcript 5. Hidrotechnikos statinių tyrimai

HIDROTECHNIKOS
STATINIŲ TYRIMAI
5 paskaita
Tyrimų rūšys pagal naudojamų
metodų specifiką
• Laboratoriniai tyrimai
– Standartiniai statybinių medžiagų ir pagrindo
grunto savybių tyrimai
– Modeliniai tyrimai (fizinis, analoginis ir
matematinis modeliavimas)
• Natūriniai tyrimai (palyginamieji tyrimai,
natūriniai eksperimentai, matavimų
duomenų statistinė analizė ir kt.)
Tyrimų rūšys pagal atliekamų darbų
specifiką
•
•
•
•
•
•
Hidrauliniai tyrimai
Geofiltracijos tyrimai
Termodinaminiai tyrimai
Geocheminiai tyrimai
Konstrukciniai tyrimai
Medžiagų savybių tyrimai
Hidraulinių reiškinių panašumas
• Geometrinis:
lm
 al  const;
ln
m
 al2
n
Vm
 al3 ;
Vn
• Kinematinis:
um
 a n  const;
un
• Dinaminis:
Fm
 a F  cost;
Fn
m
 a  const;
n
tm
 at  const;
tn
Dinaminio panašumo kriterijai
• Skystį veikia inercijos (I) ir sunkio jėgos
(G)
Im
In
I m Gm


 aF ;
Gm Gn
I n Gn
arba
Im  l u
aF 

In
l u
2 2
m m m
2 2
n n n
u m2
u n2

;
g mlm g n ln
Gm  m g m l m3
aF 

;
3
Gn
 n g n ln
Dinaminio panašumo kriterijai
• Skystį veikia tik inercijos ir trinties
(klampos) jėgos
Tm vm  m l m u m
aF 

.
Tn
vn  n l n u n
umlm un ln

.
vm
vn
vm  m l m u m  l u

vn  n l n u n
l u
2 2
m m m
2 2
n n n
Skystį veikia sunkio, inercijos ir
klampos jėgos
2
v
Fr 
gl
Re 
Fr m  Fr n 
.
Re m  Re n 
vl

.
Modeliavimas pagal Frudo skaičių
• Priėmus
gm  gn  g
gaunama:
vm
lm
1/ 2
av 

 al .
vn
ln
Qm vm m
1/ 2 2
5/ 2
aQ 

 al al  al .
Qn
vn n
Modeliavimas pagal Reinoldso
skaičių
vm l m vn l n

.
vm
vn
vm l n
1
av 

 ,
v n l m al
Qm vmm
1 2
aQ 

 al  a l
Qn
v n  n al
Modeliavimas pagal Frudo ir
Reinodso skaičių
Dinaminio panašumo kriterijai
aFr  aRe  ...  1
2
n
v
v n Ln
gLn
n
1, 5

 a  a L
2
v m Lm
vm

gLm
Pagal Frudo skaičių
modeliuojamos:
• Atviros beslėgės tėkmės automodelinėje
Reinoldso skaičiaus srityje, t.y. kai
Re 
vh

 10000 ...50000
MATEMATINIS
(SKAITMENINIS)
MODELIAVIMAS
Matematiniai (skaitmeniniai) modeliai
klasifikuojami :
• Pagal erdvės koordinačių ašių skaičių:
– Vienmačiai
– Dvimačiai (plokšti)
– Trimačiai (erdviniai)
• Pagal tyrimo objektus
–
–
–
–
–
Hidrodinamikos
Nešmenų arba teršalų pernešimo
Bangų judėjimo
Eutrofikacijos
Sunkiųjų metalų akumuliacijos
Matematiniai (skaitmeniniai) modeliai
klasifikuojami :
• Pagal matematinių lygčių sprendimo
metodą
– Paprastas lygčių sprendimas
– Vienmačių lygčių sprendimas iteracijų būdu
– Diferencialinių lygčių sprendimas baigtinių
skirtumų metodu
– Diferencialinių lygčių sprendimas baigtinių
elementų metodu
Danijos hidraulikos instituto programinė
įranga
• MIKE 21moduliai
–
–
–
–
–
–
–
–
–
HD (2-D hidrodinamika)
WQ (vandens kokybė)
EU (eutrofikacija)
AD (naftos ir kitų teršalų pernešimas)
ME (sunkiųjų metalųjudėjimas)
SA (nuotėkų išleidimo analizė)
ST (nešmenų judėjimas ir morfologija)
MT (skendinčių nešmenų judėjimas)
PMS, EMS, BW, NSW (bangų judėjimas)
MIKE 3
• Trimatė (3-D) hidrodinamika
– Potvyniai-atoslūgiai
– Stratifikuotos tėkmės
– Turbulentinė difuzija ir dispersija
– Vėjo tangentiniai įtempimai
– Barometrinio slėgio gradientai ir kt.
• Vandens kokybė (3-D)
• Rišlių gruntų išplovimai
LITPACK - nerišlaus grunto pernešimas
bangose ir tėkmėje
• STP – nešmnenų transporto modulis
• LITDRIFT – pakrantės nešmenų modelis
• LITLINE – pakrantės linijos deformacijų
modelis
• LITTREN – nenusistovėjusio išplovimo ir
nešmenų pernešimo modelis
• LITPROF – dugno deformacijų modelis
MIKE Marine GIS
• Jūrų pakrančių ir okeanų duomenų analizė
• Duomenų sujungimas ir pavaizdavimas su
ArcGIS programomis
• Efektyvus duomenų panaudojimas jūrų
pakrančių projektų ir investicijų
efektyvumo vertinimui
MIKE 11
•
•
•
•
•
•
•
Vienmatis (1-D) hidrodinamikos modelis
Potvyniai
Vandens kokybė
Eutrofikacija
Nešmnenų pernešimas
Upių morfologija
Potvynių prognozavimas ir kt.
MIKE SHI
•
•
•
•
•
Hidrologija
Atvirų tėkmių hidraulika
Geofiltracija
Vandens kokybė
Agrocheminiai procesai
MIKE BASIN
• Upių baseinų analizė ir valdymas GIS
priemonėmis
– Kritulių nuotėkis
– Sniego akumuliacija
– Požeminio vandens atsargos
– Dirvožemio drėgmės atsargos
Modeliavimo rezultatų
atvaizdavimas su MIKE Animator
MIKE 21 HD
rezultatų
vizualizacija su
GIS programine
įranga
Potvynio modeliavimo rezultatai
Naudojamų gridų tipai
2-D batimetrijos modelių gridai
Stratifikuotos tėkmės modeliavimo
su MIKE 3 rezultatai
MIKE Animator
Bangų modeliavimo rezultataų
atvaizdavimo pavyzdžiai
MIKE NET
Skirta vandentiekio tinklų hidrodinamikos
modeliavimui
DIMS – dinamiškai integruota
monitoringo sistema
WEST – nuotėkų valyklų darbo
automatizavimas ir modeliavimas
MIKE SWMM – miesto nuotėkų
kolektorių sistemos modelis
HEC - RAS
• Nusitovėjęs tekėjimas atvirose vagose
• Nenusitovėjęs tekėjimas atvirose vagose
• Nešmenų transportas ir dugno
deformacijos
HEC-RAS programos naudojimo
pavyzdys
HEC-RAS naujausių versijų
naudojimo pavyzdžiai
HEC-GeoRAS
• GIS duomenų
paruošimas
modeliavimui su
HEC-RAS
• HEC-RAS
modeliavimo
rezultatų
perkėlimas ir
atvaizdavimas
GIS programomis
Hidrologijos modeliavimo sistema
HEC-HMS
HEC-GeoHMS
Sausumos hidrologijos modeliavimui
panaudoja GIS duomenų bazes
HEC-ResSim - tvenkinių sistemų
skaičiavimai
Kitos HEC-RAS programos
• HEC-FDA - potvynių žalų analizė (the
current Flood Damage Analysis)
• HEC-DSS - duomeų bazių sistema
• CWMS – vandenstvarkos sistemos
• Laisvai platinamos programos
http://www.hec.usace.army.mil/software/lega
cysoftware/legacysoftware.html
The Corps Water Management
System (CWMS)
WaterCAD+AutoCAD
Vandentiekių ir kanalizacijso sistemų
modeliavimo ir valdymo programinės
įrangos naudojimo pavyzdžiai
http://www.haestad.com
Skaitmeninio modeliavimo
lietuviški pavyzdžiai
Klaipėdos sąsiaurio pralaidumo modeliavimas
vienmačiu skaitmeniniu modeliu
Klaipėdos
sąsiaurio
hidrodinamikos
modeliavimo
rezultatai
Klaipėdos
sąsiaurio
hidrodinamikos
modeliavimo
rezultatai
Hidrodinamikos
modeliavimo
rezultatai: tėkmės
greičių vektorių lauko
fragmentas ties
projektuojama
pasieniečių prieplauka
Smiltynėje
4#
3#
2
#
1#
0#
Pakalnės upės skaitmeninis reljefo modelis
Nemuno ledonešio ties Girininkų kaimu modeliavimo rezultatai
Nešmenų judėjimo ir dugno deformacijų Pakalnės upėje
modeliavimo rezultatai
Skirvytės upės planas
Skirvytės žiočių batimetriniai
matavimai
Skirvytės žiočių hidrodinamikos tyrimai
Skirvytės žiočių reguliavimo galimybių
studija: hidrodinamikos modeliavimo
rezultatai
Skirvytės žiočių reguliavimo galimybių
studija: hidrodinamikos modeliavimo
rezultatai
Skirvytės žiočių reguliavimo galimybių
studija: hidrodinamikos modeliavimo
rezultatai
Skirvytės žiočių reguliavimo galimybių
studija: hidrodinamikos modeliavimo
rezultatai
Skirvytės žiočių reguliavimo galimybių
studija: hidrodinamikos modeliavimo
rezultatai
Skirvytės žiočių reguliavimo galimybių
studija: dugno deformacijų modeliavimo
rezultatai
Skirvytės žiočių reguliavimo galimybių
studija: dugno deformacijų modeliavimo
rezultatai
Kavarsko žuvitakio hidraulinių
skaičiavimų schema
Kavarsko žuvitakio skaitmeninis modelis (dX=dY=1cm)
Kavarsko žuvitakio
hidrodinamikos
skaitmeninio
modeliavimo rezultatai
Kavarsko žuvitakio hidrodinamikos
skaitmeninio modeliavimo rezultatai
Kavarsko žuvitakio hidrodinamikos hidraulinis
modelis ir skaitmeninio modeliavimo rezultatai
Kavarsko žuvitakio hidraulinių
skaičiavimų schema
Žuvitakio slenksčio debito koeficiento tyrimų
skaitmeniniame ir hidrauliniame modeliuose palyginimo
grafikas
0.3
m, pagal 4.4 formulę
0.25
R2 = 0.9978
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
0.05
0.1
0.15
m, skaitmeninio modelio
0.2
0.25
0.3
AČIŪ UŽ DĖMESĮ !