Numeryczne modelowanie transportu rumowiska wleczonego

• Autorzy: Bialik R.

Warianty tytułu

EN

Numerical modelling of bed-load sediment transport

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podstawowym celem artykułu jest opracowanie matematycznego modelu opartego na opisie Lagrange’a. Model ten umożliwia określenie ilościowe transportowanego sedymentu w warstwie rumowiska wleczonego. Model dotyczy opisu trajektorii ruchu saltacyjnego cząstki rumowiska. Wśród wielu naukowców istnieje pogląd, że ruch ten jest dominujący w strefie rumowiska wleczonego i ma istotny wpływ na jego transport. Opis trajektorii cząstek rumowiska poruszających się ruchem saltacyjnym opiera się na ogólnych równaniach hydrodynamiki opisujących bilans wszystkich sił działających na cząstkę podlegającą saltacji, tzn. sił: nośnej, oporu, Basseta, Magnusa, od mas stowarzyszonych oraz wyporu. Na podstawie licznej grupy symulacji dla szerokiego zakresu wielkości cząstek określone zostały gęstości prawdopodobieństwa położenia cząstek w funkcji czasu i odległości od dna kanału oraz prędkości cząstek w kierunku poziomym. Metoda określania funkcji gęstości prawdopodobieństwa oraz transportu rumowiska wleczonego jest rozwinięciem propozycji przedstawionej przez Wiberg i Smitha [1989]. Jej udoskonalenie bazuje na zastosowaniu technik Monte-Carlo, które pozwalają na dokładne określenie koncentracji cząstek ulegających saltacji. Otrzymane wyniki są porównane ze znanymi formułami eksperymentalnymi, które m.in. zaprezentowali Fernandez-Luque i Van Beek [1976] oraz Meyer-Peter i Mueller [1948]. Otrzymane wyniki z symulacji numerycznych wykazują bardzo dobrą zgodność z wynikami z formuł eksperymentalnych i dowodzą, że podana propozycja obliczania transportu rumowiska wleczonego może być traktowana jako alternatywna dla tych formuł.

EN

This paper deals with the bed-load transport of river sediments moving by saltation. The movement of spherical solid particles in an open channel flow is determined by numerical calculations based on Lagrangian approach. This approach reflects the balance of the drag force, lift force, added mass force, Magnus and Basset forces. The particle behaviours for different boundary conditions as well as for different particle sizes are discussed in detail. Solving the Lagrange equation makes it possible to compute the sequences of trajectories of individual saltating grains and to receive the vertical profile of sediment concentration. To verify these calculations, comparisons with measurements are presented. The comparisons are made for a few sediment sizes in the range from 0.00053 to 0.015 m and for the Peter-Meyer and Mueller, and Fernandez Luque and Beek formulae. The results of comparisons show that the model can be used for estimating the bed-load transport.

Słowa kluczowe

PL

rumowiska wleczone; transport rumowiska; modelowanie numeryczne; obliczenia; opis Lagrange'a

EN

bed load; load transportation; numerical modelling; computation

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2010
• Tom: 09
• Numer: 2
• Opis fizyczny: s.3-12,rys.,bibliogr.

Twórcy

autor

Bialik R.

• Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki, Instytut Geofizyki, Polska Akademia Nauk, ul. Ks.Janusza 64, 01-452 Warszawa

Bibliografia

• Bagnold R.A., 1956. The flow of cohesionless grains in fluids. Proc. Royal Soc. Philos. Trans. 249, 235–297.
• Bialik R., Czernuszenko W., 2008. 2D numerical model for the bed-load transport of saltating grain. Proc. Int. Conf. on Fluvial Hydraulics “River Flow 2008” 2, 945–952.
• Czernuszenko W., Bialik R., 2009. Lagrangian model for continuous saltating grains in flowing water. Proc. 33rd IAHR Congress “Water Engineering for a Sustainable Environment”, 67–74.
• Fernandez Luque R., Van Beek R., 1976. Erosion and transport of bed-load sediment. J. Hydraul. Res. 14(2), 127–144.
• Hinze J.O., 1975. Turbulence. McGraw-Hill New York.
• Hu C., Hui Y., 1996. Bed-load transport. I: Mechanical characteristics. J. Hydraul. Eng. 122(5), 245–254.
• Lee H.Y., Hsu I., 1994. Investigation of saltating particle motions. J. Hydraul. Eng. 120(7), 831–845.
• Meyer-Peter E., Müller R., 1948. Formulas for bed-load transport. Proc. 2nd Meeting IAHR, Stockholm, 39–64.
• Niño Y., García M., 1994. Gravel saltation. 2: Modeling. Water Resour. Res. 30(6), 1915–1924.
• Parzonka W., 1991. Erozja, transport i sedymentacja rumowiska w rzekach. Mat. XI Ogólnopol. Szkoły Hydrauliki, Gdańsk, 81–98.
• Rice M.A., Willets B.B., McEwan I.K., 1996. Observations of collisions of saltating grains with a granular bed from high-speed cine-film. Sedimentology 43(1), 21–31.
• Rowiński P., Czernuszenko W., 1999. Modeling of sand grains paths in a turbulent open channel flow. Proc. 28th IAHR Congress, Graz (CD).
• Sekine M., Kikkawa H., 1992. Mechanics of saltating grains. II. J. Hydraul. Eng. 118, 536–558.
• Sommerfeld M., 2001. Validation of a stochastic Lagrangian modeling approach for inter-particle collisions in homogeneous isotropic turbulence. Int. J. Multiphase Flow 27, 1829–1858.
• Van Rijn L.C., 1987, Mathematical modelling of morphological processes in the case of suspended sediment transport. Dr Thesis. Dept. of Fluid Mech., Delft University of Technology.
• Wiberg P.L., Smith J.D., 1989. Model for calculating bed-load transport of sediment. J. Hydraul. Eng. 115(1), 101–123.