Description and application of a model of seepage under a weir including mechanical clogging

• Autorzy: Sroka Z. , Walczak Z. , Wosiewicz B.

Identyfikatory

DOI

10.2478/jwld-2014-0008

Warianty tytułu

PL

Opis i zastosowanie pewnego modelu filtracji pod budowlą piętrzącą z uwzględnieniem kolmatacji mechanicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper discusses seepage flow under a damming structure (a weir) in view of mechanical clogging in a thin layer at the upstream site. It was assumed that in this layer flow may be treated as one-dimensional (perpendicular to the layer), while elsewhere flow was modelled as two-dimensional. The solution in both zones was obtained in the discrete form using the finite element method and the Euler method. The effect of the clogging layer on seepage flow was modelled using the third kind boundary condition. Seepage parameters in the clogging layer were estimated based on laboratory tests conducted by SKOLASIŃSKA [2006]. Typical problem was taken to provide simulation and indicate how clogging affects the seepage rate and other parameters of the flow. Results showed that clogging at the upstream site has a significant effect on the distribution of seepage velocity and hydraulic gradients. The flow underneath the structure decreases with time, but these changes are relatively slow.

PL

W artykule rozpatrywano filtrację pod budowlą piętrzącą (jazem) z uwzględnieniem kolmatacji mechanicznej na stanowisku górnym w warstwie o niewielkiej miąższości. Przyjęto, że przepływ można w niej traktować jako jednowymiarowy (na kierunku prostopadłym do warstwy), natomiast w pozostałym obszarze przepływ modelowano jako dwuwymiarowy. Rozwiązanie w obu strefach uzyskano w postaci dyskretnej z zastosowaniem metody elementów skończonych oraz metody Eulera. Wpływ warstwy kolmatacyjnej na przepływ filtracyjny modelowano poprzez warunek brzegowy trzeciego rodzaju. Parametry filtracyjne warstwy kolmatacyjnej oszacowano na podstawie laboratoryjnych badań przeprowadzonych przez SKOLASIŃSKĄ [2006]. Przyjęto zadania modelowe, dla których przeprowadzono symulacje przebiegu zjawiska. Uzyskane rezultaty świadczą, że kolmatacja na stanowisku górnym w istotny sposób wpływa na rozkład prędkości i gradientów hydraulicznych. Wydatek filtracyjny ulega zmniejszeniu wraz z upływem czasu, ale następuje to stosunkowo powoli.

Słowa kluczowe

EN

clogging; numerical model; seepage; weir

PL

budowla piętrząca; filtracja; kolmatacja; model numeryczny

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2014
• Tom: no. 21
• Strony: 3--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Sroka Z.

• Poznan University of Life Sciences, Institute of Construction and Geoengineering, ul. Wojska Polskiego 28, 60-637 Poznań, Poland

autor

Walczak Z.

• Poznan University of Life Sciences, Institute of Construction and Geoengineering, ul. Wojska Polskiego 28, 60-637 Poznań, Poland

autor

Wosiewicz B.

• Poznan University of Life Sciences, Institute of Construction and Geoengineering, ul. Wojska Polskiego 28, 60-637 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] CHALFEN M., MOLSKI T. 2011. Ocena kolmatacji dna zbiornika retencyjnego w Szałem [Estimation of clogging processes in the bottom of Szałe reservoir]. Woda--Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 11. Z. 4 (36) p. 69–81.
• [2] DRĄGOWSKI A., CABALSKI K., RADZIKOWSKI M. 2002. Badania bezpośrednie procesów samouszczelniania się składowisk mokrych na przykładzie składowiska w Przeworsku [Direct research of auto-sealing processes of wet waste dumps. A case study: the dump in Przeworsk]. Przegląd Geologiczny. No. 50 p. 975–979.
• [3] KIEDRZYŃSKA E., JÓŹWIK A. 2006. Analiza procesu transportu rumowiska unoszonego na tle dynamiki przepływów rzeki Pilicy z wykorzystaniem metod statystycznych [Application of statistical methods to analysing of the Pilica river suspended sediment transport depending on discharge-characteristic of a reservoir supply]. Infrastructure and ecology of rural areas. No. 4 p. 45–53.
• [4] MURAT-BŁAŻEJEWSKA S., SROKA Z. 1997. Wpływ warstwy kolmatacyjnej oraz osadu dennego na wielkość przesiąków ze stawu rybnego [Impact of clogging layer and bed sediment on rate of seepage from fish pond]. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu. Melioracje i Inżynieria Środowiska. No. 19 p. 59–67.
• [5] PIEKARSKI J. 2009. Analiza wybranych parametrów kolmatacji w procesie filtracji grawitacyjnej [Analysis of selected parameters of colmatation in the process of gravitational filtration]. Rocznik Ochrony Środowiska. No. 11 p. 421–437.
• [6] SKOLASIŃSKA K. 2006. Clogging microstructures in the vadose zone – laboratory and field studies. Hydrogeology Journal. No. 14 p. 1005–1017.
• [7] SROKA Z., WALCZAK Z., WOSIEWICZ B.J. 2004. Analiza ustalonych przepływów wód gruntowych metodą elementów skończonych. Oprogramowanie inżynierskie [Analysis of groundwater steady stay flow by finite element method. Software Engineering]. Poznań. Wydaw. AR. ISBN 83-7160-358-4 pp. 178.
• [8] SROKA Z., WALCZAK Z., WOSIEWICZ B. J. 2006. Automatyzacja procesu tworzenia elementowego modelu przepływu wody w gruncie z kontrolowaną wartością błędu numerycznego [Automation of building of ground water flow model based upon finite element method with adaptive error analysis]. Aparatura Badawcza i Dydaktyczna. No. 11 p. 19–25.
• [9] TRZASKA A., BRODA K. 2000. Possibility of determining colmatage parameters and functions basing on the theory of colmatage and experiment. Archives of Mining Sciences. No. 45 p. 527–542.
• [10] TRZASKA A., SOBOWSKA K. 2000. Kolmatacja, przepływy z wymianą masy i zmianą jej objętości [Clogging, flows with the exchange of mass and change its volume]. Archives of Mining Sciences. No. 45 p. 333–346.
• [11] TRZASKA A., SOBOWSKA K. 2007. Kolmatacja. Przepływy z wymianą masy i zmianą pędu [Clogging. Flows with exchange of mass and changes the momentum]. Kraków. AGH. ISBN 837464124X pp. 302.
• [12] WALCZAK Z., WOSIEWICZ B. J., SROKA Z. 2013. Filtracja do drenażu poniżej cienkiej, słabo przepuszczalnej warstwy kolmatacyjnej [Seepage to the drain below a thin, low permeable alluvial layer]. Nauka Przyroda Technologie. No. 7. Vol. 1, # 2 p. 1–17.
• [13] WOJTASIK D., FRĄK M., KOMOROWSKI H. 2005. Wpływ kolmatacji na współczynnik filtracji układu grunt–geowłóknina [The influence of clogging in the test of permeability coefficient soil–geotextile system]. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska. No. 31 p. 159–168.
• [14] ZARADNY H. 1990. Matematyczne metody opisu i rozwiązań zagadnień przepływu wody w nienasyconych i nasyconych gruntch i glebach [Mathematical methods for describing and solutions of water flow in unsaturated and saturated soils and soils]. Gdańsk. PAN, Instytut Budownictwa Wodnego w Gdańsku pp. 367.