Voda u rečnom koritu kreće se pod uticajem više sila: 1. Sila Zemljine teže (g) čija komponenta paralelna dnu korita (K ) pokreće čestice vode niz

Transcript

1

2 Voda u rečnom koritu kreće se pod uticajem više sila: 1. Sila Zemljine teže (g) čija komponenta paralelna dnu korita (K ) pokreće čestice vode niz nagibe 2. Sila inercije (F 1 ) vodenih masa u meandrima rečnih korita, zbog kojih nastaje denivelacija vode na poprečnom preseku korita-njen nivo je viši duž konkavnih, niži pored konveksnih obala 3. Koriolisove sile (F 2 ) uslovljene obrtanjem Zemlje oko njene ose, koja na severnoj polulopti izaziva izdizanje nivoa vode duž desnih a spuštanje duž levih obala, dok je na južnoj polulopti obratno 4. Sile trenja (T) koja se suprotstavlja kretanju vode zbog složene pojave trenja: a) između čestica vode-hidraulično ili unutrašnje trenje b)između vode i rečnog korita-spoljašnje trenje Brzina kretanja vode (v) predstavlja dužinu puta (L) koju pređu čestice vode u jedinici vremena-sekundi, pa se izražava u m/s. Ona direktno zavisi od hidrauličnih elemenata korita i pada površine nivoa vode

3 Ovlaženi profil (ω) predstavlja presek rečnog korita upravan na pravac kretanja vode, izražava se u m 2 Obim ovlaženog profila (χ) predstavlja dužinu poprečnog preseka korita koje je potopljeno vodom, izražava se u m, a menja se sa promenom vodostaja. Hidraulički radijus (R) predstavlja odnos između ovlaženog profila i njegovog obima R= ω/ χ i izražava se u m Prosečna dubina toka (H sr ) dobija se iz odnosa ovlaženog profila i širine reke (B) H sr = ω/ B Jer su pri malim dužinama a velikim širinama rečnih korita, obim ovlaženog profila (χ) i širina reke (B) skoro jednaki, tj. (χ) B

4 LAMINARNO I TURBULENTNO KRETANJE VODE U zavisnosti od brzine, molekularne viskoznosti vode i veličine toka, voda može da se kreće samo na dva načina-laminarno ili turbulentno Laminarno kretanje je retko u prirodi: u svakoj tački toka brzine se ne menjaju ni po vremenu ni po veličini ni po pravcu. Kada se u laminarni tok pušta iz tanke cevi obojena tečnost brzinom koja je jednaka brzini toka onda će ona na znatnom delu puta ostati u jasno izraženim granicama. Prema tome, laminarni tokovi se osdlikuju paralelnim strujama oticanja, a one mogu biti pravolinijske i krivolinijske (ako struja obilazi neku zaobljenu prepreku). Laminarno kretanje u prirodi je tipično za podzemne vodotoke koji prolaze kroz sitnozrne slojeve. Turbulentno kretanje se odlikuje neprekidnim promenama brzine po veličini i pravcu u svakoj tački toka. Ta pojava se naziva pulsiranje brzine. Istovremeno sa pulsiranjem brzine nastaje i pulsiranje pritiska. Proces turbulentnog mešanja vode je uzajamno zavisan od pulsiranja brzine, on je desetine hiljada puta veći od molekularne difuzije, karakteristične za minimalno mešanje vode pri laminarnom oticanju. Kada se u turbulentni tok pušta tanak mlaz obojene tečnosti, onda u vodi nastaje intenzivno razblaživanje mlaza, naročito na njegovim granicama.

5 Turbulentno kretanje se odlikuje neprekidnim promenama brzine po veličini i pravcu u svakoj tački toka. Ta pojava se naziva pulsiranje brzine. Istovremeno sa pulsiranjem brzine nastaje i pulsiranje pritiska. Proces turbulentnog mešanja vode je uzajamno zavisan od pulsiranja brzine, on je desetine hiljada puta veći od molekularne difuzije, karakteristične za minimalno mešanje vode pri laminarnom oticanju. Kada se u turbulentni tok pušta tanak mlaz obojene tečnosti, onda u vodi nastaje intenzivno razblaživanje mlaza, naročito na njegovim granicama. Sl 94

6 Dok je u otvorenim tokovima pri laminarnom kretanju brzina vode na dnu jednaka nuli, dotle ona pri turbulentnom kretanju dostiže izvesnu veličinu (zavisnu od mase vode i pada), tako da pokreće bar najsitnije čestice nanosa. Idući od dna ka površini toka, brzina vode se povećava, ali znatno manje nego pri laminarnom kretanju, ona se takođe povećava od obala prema sredini toka. To pokazuje da na brzinu turbulentnog kretanja vode utiče sila trenja (T), koja je proporcionalna drugom stepenu brzine toka T=k t v 2 Gde je k t koeficijent proporcionalnosti

7 Uslove prelaza od laminarnog ka turbulentnom režimu kretanja vode i obratno izučio je O. Rejnolds proučavajući kretanje obojene tečnosti u staklenim cevima različitog prečnika. Pri malim brzinama vode obojena tečnost ima pravolinijski pravac, ne meša se sa vodom-laminarni režim kretanja. Kada je voda u cevi dostigla određenu kritičnu brzinu obojena tečnost je počela da se razilazi, zbog čega se voda u cevi obojila-turbulentni režim kretanja. Rejnolds je ustanovio da se svaki režim kretanja vode karakteriše određenom veličinom brzine, kao i da on zavisi od razmera ovlaženog profila, fizičkih svojstava vode i hrapavosti od strane korita. Svoje zaključke izrazio je obrascem poznatim kao Rejnoldsov broj (Re) koji je bezmeran R e =v sr R/v Gde je v sr prosečna brzina toka, R hidraulički radijus, v koeficijent kinematičke viskoznosti. Prelaz iz laminarnog u turbulentni režim nastaje pri određenim R e koji se naziva kritičnim. Treba znati donju kritičnu veličinu (R ed ) i gornju (R em ). ULaminarni tok nastaje ako je Re manji od donje kritične vrednosti, a turbulentni ako je R e veće od gornje kritične vrednosti. Ali ako je R ed <Re<R em režim može da bude i laminaran i turbulentan, što zavisi od hrapavosti korita, ako je hrapavost veća turbulentno kretanje može da se javi i pri manjim vrednostima R e

8 Voda u rečnim koritima kako ravničarskih, tako i planinskih vodotokova kreće se uvek turbulentno. U turbulentnom toku premeštaju se u različitim pravcima i sa različitim relativnim brzinama elementarne zapremine vode, odnosno strukturni elementi, nejednakih veličina. Na taj način istovremeno sa opštim kretanjem toka mogu da se zapaze i kretanja posebnih masa vode. U toku kratkog vremena se ponašaju kao da samostalno postoje nezavisno od drugih delova vodene mase