Bathymetry Changes and Sand Sorting During Sedimentation of Waterways. Part 2 - Modelling Versus Laboratory Data

• Autorzy: Sawczyński S. , Kaczmarek L. M. , Biegowski J.

Warianty tytułu

PL

Zmiany batymetrii i segregacja osadów w procesie zapiaszczania torów wodnych. Część 2 - Porównanie wyników modelowania z wynikami pomiarów laboratoryjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A theoretical, three-layer model of non-uniform sediment transport has been applied in our analysis of the sedimentation of navigable waterways tested under laboratory conditions. This model distinguishes three layers of moving sediment and, additionally, includes an assumption that sediment is not sorted out in the bedload layer but vertical grading occurs only when grains are lifted up in the contact layer. Above that layer, in the outer flow region, the grain size distribution of sediment remains unchanged. Moreover, it has been assumed that during the wave crest phase, sediment is transported in the bedload and contact layers as well as in the outer flow layer under the influence of a resultant current directed, as described in the present article, in the same direction as the propagating surface wave. During the wave trough phase, sediment transport occurs in the bedload and contact layers. The mathematical description of changes in the bed level (bathymetry), contained in this paper, divides sediment transport into the one in the positive direction, during the wave crest phase, in the wave propagation direction, and the one in the negative direction, during the wave trough phase, reverse to the wave propagation direction. The results obtained from modelling changes in bathymetry compared with the results from a laboratory experiment conducted in a wave flume under the wave and current conditions yielded satisfactory coincidence. The effect of including changes in the grain size distribution into the calculations proved to be highly significant. The calculations demonstrated that the applied model could be a useful tool for both predicting changes in the bathymetry in approach waterways to harbours and determining grain size distribution of sediment which fills up a waterway or the rate of sedimentation of a waterway.

PL

Do analizy zapiaszczania torów wodnych w warunkach laboratoryjnych wykorzystano trójwarstwowy model teoretyczny transportu osadów niejednorodnych granulometrycznie. Model ten wyszczególnia trzy warstwy ruchu rumowiska, przy czym założono, że w warstwie wleczenia osady nie są sortowane, a pionowe sortowanie odbywa się tylko w procesie podrywania ziaren w warstwie kontaktowej. Ponad tą warstwą - w zewnętrznym obszarze, rozkład granulometryczny osadu pozostaje niezmienny. Ponadto założono, że w fazie grzbietu fali osady są transportowane w warstwach wleczenia i kontaktowej oraz zewnętrznej - pod wpływem wypadkowego prądu, skierowanego w tę samą stronę, co propagująca fala powierzchniowa. W fazie doliny fali transport rumowiska odbywa się tylko w warstwach wleczenia i kontaktowej. W opisie matematycznym zmian poziomu dna (batymetrii) podzielono transport osadów na transport w kierunku dodatnim, odbywający się w czasie trwania grzbietu fali, w kierunku propagacji fali i kierunku ujemnym, odbywający się w kierunku przeciwnym w czasie trwania doliny fali. Wyniki modelowania zmian batymetrii w porównaniu z wynikami pochodzącymi z eksperymentu laboratoryjnego przeprowadzonego w kanale falowym w warunkach falowo-prądowych dały zadowalającą zgodność. Wpływ uwzględniania w obliczeniach zmian rozkładów uziarnienia osadów okazał się niezwykle istotny. Przeprowadzone obliczenia pokazały, że zastosowany model obliczeniowy może być użytecznym narzędziem służącym do prognozowania zarówno zmian batymetrii w obrębie torów podejściowych do portów, jak i w określaniu rozkładów granulometrycznych osadów wypełniających tor wodny, a także tempa zapiaszczania torów wodnych.

Słowa kluczowe

EN

graded sediment; sediment transport; bed grain size distribution changes; bathymetry changes; sediment velocity; sorting; sedimentation

PL

osad; sortowaie; transport; zmiany rozkładów uziarnienia; zmiany batymetrii; prędkość rumowiska; sortowanie; zapiaszczanie

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie
• Czasopismo: Technical Sciences / University of Warmia and Mazury in Olsztyn
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 14(2)
• Strony: 171--191
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Sawczyński S.

autor

Kaczmarek L. M.

autor

Biegowski J.

• The Chair of Civil Engineering and Building Structures University of Warmia and Mazury in Olsztyn,

Bibliografia

• BIEGOWSKI J. 2006. Dynamika osadów morskich o niejednorodnym uziarnieniu w świetle teorii i eksperymentu. praca doktorska. IBW PAN.
• CHATELUS Y., KATOPODI I., DOHMEN-JANSSEN M., RIBBERINK J.S., SAMOTRAKIS P., CLOIN B., SAVIOLI J.C., BOSBOOM J., O’CONNOR B.A., HEIN R., HAMM L. 1998. Size Gradation Effects in Sediment Transport. Proc. 26th ICCE, ASCE, Reston VA, 2435-2448.
• DAVIES A.G., RIBBERINK J.S., TEMPERVILLE A., ZYSERMAN J.A. 1997. Comparisons between sediment transport models and observations made in wave and current flows above plane beds. Coastal Engineering, 31: 163-198.
• DEIGAARD R. 1993. Modelling of sheet flow: dispersion stresses vs. the diffusion concept. Prog. Rep. 74, Inst. Hydrodyn. and Hydraulic Eng., Tech. Univ. Denmark, pp. 65-81.
• FREDSOE J. 1984. Turbulent boundary layer in combined wave-current motion, J. Hydraulic Eng., ASCE, 110(HY8): 1103-1120.
• HASSAN W.N., KROEKENSTOEL D.K., RIBBERINK J.S. 2001. Size-gradation effect on sand transport rates under oscillatory sheet-flows. Proc. Coastal Dynamics ’01, ASCE, Reston VA, ss. 928-937.
• KACZMAREK L.M. 1999. Moveable Sea Bed Boundary Layer and Mechanics of Sediment Transport. IBW PAN, Gdańsk.
• KACZMAREK L.M., OSTROWSKI R. 2002. Modelling intensive near-bed sand transport under wave-current flow versus laboratory and field data. Coastal Engineering, 45(1): pp. 1-18.
• KACZMAREK L.M., BIEGOWSKI J., OSTROWSKI R. 2004. Modelling cross-shore intensive sand transport and changes of grain size distribution versus field data. Coastal Engineering, 51(5-6): 501-529.
• KACZMAREK L.M., SAWCZYŃSKI SZ., BIEGOWSKI J. 2011. Bathymetry changes and sand sorting during silting up of the channels. Part 1. Conservation of sediment mass. Technical Sciences, 14(1).
• NIELSEN P. 1992. Coastal bottom boundary layers and sediment transport. Advanced Series on Ocean Engineering, 4, World Scientific, Singapore.
• DEMEIJER, R.J., BOSBOOM J., CLOIN B., KATOPODI I., KITOU N., KOOMANS R.L.,MANSO F. 2002. Gradation effects in sediment transport. Coastal Engineering, 47: 179-210.
• RIBBERINK J.S., AL-SALEM A. 1994. Sediment transport in oscillatory boundary layers in cases of rippled beds and sheet flow. Journal Geoph. Res., 99(C6): 12707-12727.
• RIJN L.C. VAN 1986. Sedimentation of dredged channels by currents and waves. Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, ASCE, 112(5).
• RIJN L.C. VAN, SOULSBY R.L., HOEKSTRA P., DAVIES A.G. 2005. SANDPIT, Sand Transport and Morphology of Offshore Mining Pits. Aqua Publications, The Netherlands.
• SAYED M., SAVAGE S.B. 1983. Rapid gravity flow of cohesionless granular materials down inclined chutes. J. Applied Mathematics and Physics (ZAMP), 34: 84-100.
• SISTERMANS P.G.J. 2001. Multi-fraction net sediment transports by irregular waves and a current. Proc. Coastal Dynamics ’01, ASCE, Reston VA, pp. 918-927.
• WALSTRA D.J.R., CHESHER T., DAVIES A.G., RIBBERINK J., SERGENT P., SILVA P., VITTORI G., WALTHER R., RIJN L.C. VAN 2005. Intercomparison of the State of the Morphological Models. In: SANDPIT Sand Transport and Morphology of Offshore Mining Pits. Eds. Rijn L.C. van, Soulsby R.L., Hoekstra P., Davies A.G. Aqua publications, The Netherlands, ISBN 90-800356-7-X.