Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelling bathymetry changes within a waterway versus a laboratory experiment

Sawczyński S., Kaczmarek L. M., Biegowski J.

Technical Sciences / University of Warmia and Mazury in Olsztyn

|

2013

|

nr 16(1)

41--62

EN

A three-layer theoretical model for transport of graded sediments was used in our analysis of the silting-up of waterways tested under laboratory conditions. The experiment was conducted in a laboratory basin, in which waves and a current were generated. The current interacted with the waves propagating perpendicularly to the direction in which it was flowing. It was assumed in the calculations that the sediment was entrained from the bed and suspended due to the impact of waves on the bed, after which it was transported by the current along the cross-shore profile of the navigation channel. Thus, it was assumed that the bathymetry changes occur only as a result of changes in the suspended load transport rate. The bed topographic modifications modelling results are in good agreement to the laboratory experimental results, including the rate of silting up the waterway and the bed reconfiguration. The key factor in the calculations concerning the waterway bed reconfiguration proved to be the inclusion of the effect of sediment size sorting on predicting the rate and character of bathymetry changes.

2

Bathymetry Changes and Sand Sorting During Sedimentation of Waterways. Part 1 - Conservation of Sediment Mass

Kaczmarek L. M., Sawczyński S., Biegowski J.

Technical Sciences / University of Warmia and Mazury in Olsztyn

|

2011

|

nr 14(2)

153-170

EN

In this paper, an equation has been derived from the principle of mass conservation which enables us to produce mathematical description of changes in the seabed bathymetry in time and space. A detailed analysis of this equation has been made in the context of dependence between transport intensity and thickness of densely packed sand grains in sediment being in motion. For the condition when sediment transport is in hydrodynamic equilibrium, i.e. when the flux of sediments falling on the bed is offset by the flux of sediments lifted from the bed, it has been suggested to describe this dependence in the form of a linear function, a proposal which later was verified experimentally. In the mathematical description of changes in the seabed bathymetry, a clear distinction has been made between sediment transport in the positive, onshore direction and transport in the negative, offshore direction, associated, respectively, with sediment transport during the wave crest and wave trough phases.

PL

Na podstawie zasady zachowania masy wyprowadzono równanie służące do matematycznego opisu zmian batymetrii dna w czasie i przestrzeni. Szczegółowo przeanalizowano równanie ze względu na zależność między natężeniem transportu a miąższością gęsto upakowanych ziaren będącego w ruchu rumowiska. Dla warunku, kiedy transport osadu znajduje się w równowadze hydrodynamicznej, tj. kiedy strumień osadów opadających na dno jest równoważony strumieniem osadów podrywanych z dna, zaproponowano opis tej zależności w postaci funkcji liniowej, którą następnie potwierdzono wynikami z eksperymentu laboratoryjnego. Przedyskutowano także efekty związane z nieliniową postacią tej zależności. W opisie matematycznym zmian batymetrii dna wyraźnie podzielono transport osadów na transport w kierunku dodatnim - dobrzegowym, i ujemnym odbrzegowym, związany z transportem rumowiska odpowiednio w fazie grzbietu i doliny fali.

3

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

Sawczyński S., Kaczmarek L. M., Biegowski J.

Technical Sciences / University of Warmia and Mazury in Olsztyn

|

2011

|

nr 14(2)

171-191

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.