Podział przekroju poprzecznego

(Cross Section Subdivision)

Określenie całkowitego wydatku i współczynnika prędkości dla danego przekroju wymaga podziału przekroju poprzecznego na mniejsze obszary, dla których można przyjąć stały rozkład prędkości.
Jako podstawę do określenia granic podobszarów przyjmuje się miejsca, w których następuje zmiana współczynnika szorstkości koryta n. Dla każdego z podobszarów, wydatek obliczany jest wg następującej formy równania Manning'a :

$$ Q = K \cdot S_f^{1/2},\qquad\textrm{(2-4)} $$

$$ K = \frac{1}{n}\cdot A \cdot R^{2/3}.\qquad \textrm{(2-5)} $$

$K$ – wielkość określona jako moduł przepływu przekroju (ang. conveyance), wyrażająca natężenie przepływu w przekroju przy jednostkowym spadku,
$n$ – współczynnik szorstkości koryta wg Manning’a,
$A$ – pole powierzchni przepływu,
$R$ – promień hydrauliczny podobszaru ( = powierzchnia / obwód zwilżony).

W pierwszej kolejności obliczane są i sumowane moduły przepływu podobszarów w ramach lewego i prawego nabrzeża (terenów zalewowych). Współczynnik przepływu koryta głównego obliczany jest zwykle jak dla pojedynczego elementu.
Całkowity współczynnik przepływu powstaje przez zsumowanie wartości obliczonych dla lewego i prawego nabrzeża oraz koryta głównego (rys. 2.2).

Alternatywny sposób określenia modułu przepływu przekroju polega na jego obliczeniu dla podobszarów zawartych pomiędzy każdym z wprowadzonych do przekroju punktów linii terenu i zsumowaniu ich wartości w ramach lewego i prawego nabrzeża (sposób użyty
w HEC-2).

Podejścia te dadzą w wyniku różne wartości modułu przepływu jeżeli w przekroju poprzecznym, poza korytem głównym, znajdą się odcinki o znacznym nachyleniu – podejście pierwsze (używane domyślnie przez HEC-RAS) daje niższe wartości modułu przy tej samej głębokości.

Rys. 2.2 Domyślny sposób podziału przekroju w HEC-RAS
Rys. 2.2 Domyślny sposób podziału przekroju w HEC-RAS

Rys. 2.3 Alternatywny sposób podziału przekroju (jak w HEC-2)
Rys. 2.3 Alternatywny sposób podziału przekroju (jak w HEC-2)

Z przeprowadzonych na 97 zestawach danych badań1 (HEC, 1986) nie wynika jasno, który sposób daje w wyniku bardziej rzeczywiste wyniki, podejrzewa się jednak, że podejście pierwsze lepiej „wpasowuje się” w równanie Manning’a i jego koncepcję podziału obszaru przepływu.

-------------------------

1. Hydrologic Engineering Center, 1986. “Accuracy of Computed Water Surface Profiles,” Research Document 26, U.S. Army Corps of Engineers, Davis CA.