Dynamika niespoistego, niejednorodnego granulometrycznie rumowiska piaszczystego z zawartością bardzo drobnych frakcji w ruchu falowym nad płaskim i nachylonym dnem : rozprawa doktorska / Iwona Radosz ; Politechnika Koszalińska. Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji

Druk jednostronny.

Rozprawa doktorska. Politechnika Koszalińska. 2023.

Bibliografia na stronach 65-69.

Dostępne online wyłącznie użytkownikom komputerowej sieci Politechniki Koszalińskiej.

Promotor Leszek Kaczmarek. Autorzy recenzji : Zygmunt Meyer, Paweł M. Rowiński, Rafał Ostrowski.

Niniejsza praca doktorska przedstawia problematykę transportu osadów niespoistych, niejednorodnych granulometrycznie z zawartością bardzo drobnych frakcji w ruchu falowym nad płaskim i nachylonym dnem. Zagadnienia związane z transportem rumowiska w ruchu falowym i związanych z nim zmian morfologicznych dna z punktu widzenia praktyki inżynierskiej dotyczą między innymi erozji wybrzeża, zapiaszczania torów wodnych, projektowania i eksploatacji morskich budowli hydrotechnicznych oraz konstrukcji ochrony brzegu. Modelowanie natężenia transportu rumowiska w ruchu falowym to ważny, ale trudny temat w inżynierii przybrzeżnej, gdyż osad jest intensywnie transportowany głównie w bardzo cienkiej warstwie, o wysokiej koncentracji tuż ponad dnem.
Celem pracy było udowodnienie tez pracy poprzez rozpoznanie eksperymentalne i teoretyczne strumieni 𝑞𝑠𝑡 + 𝑖 𝑞𝑠𝑡 − z uwzględnieniem wpływu strumieni powrotnych 𝑞𝑓 + 𝑖 𝑞𝑓 − frakcji najdrobniejszych 𝑑𝑖 < 0,2𝑚𝑚 , w ruchu falowym nad dnem nienachylonym i nachylonym w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu fali. Następnie zaproponowano modyfikację modelu trójwarstwowego transportu rumowiska w ruchu falowym (Kaczmarek i inni 2022) do opisu wyżej wymienionych strumieni w obu wymienionych przypadkach, a także przeprowadzono analizę porównawczą strumieni osadów z udziałem frakcji drobnych i bardzo drobnych w ruchu falowym i przepływie jednokierunkowym.
Celem prac eksperymentalnych rozprawy doktorskiej było przeprowadzenie pomiarów i zebranie danych eksperymentalnych, dokumentujących pionową strukturę całkowitego transportu osadów 𝑞+/−, odpowiednio w fazie grzbietu i doliny fali, a także wielkości zarówno natężenia strumienia 𝑞𝑠𝑡 +/− osadów wychodzących w obu kierunkach z obszaru obliczeniowego do sąsiednich obszarów kontrolnych (i atrzymywanych w łapaczkach), jak i składu granulometrycznego osadów w obszarach kontrolnych po obu stronach obszaru obliczeniowego w warunkach płaskiego oraz nachylonego dna. Znajomość tych wielkości jest niezbędna dla prawidłowej oceny zmian batymetrii w obszarze obliczeniowym. Realizację celu, przeprowadzono na drodze eksperymentalnej, zarówno nad dnem płaskim jak i nachylonym, w dwóch etapach. Pierwszy z nich obejmował rozpoznanie eksperymentalne strumieni powrotnych 𝑞𝑓1 +/−, 𝑞𝑓2 +/− i 𝑞𝑓3 +/− przy wykorzystaniu techniki pomiarowej, stosowanej od niedawna do analizy ruchu osadów w wodzie, tj. PIV (ang. Particle Image Velocimetry). Drugi etap prac eksperymentalnych obejmował pomiary strumieni zatrzymywanych w łapaczkach 𝑞𝑠𝑡 + i 𝑞𝑠𝑡 − wraz z określeniem składu ranulometrycznego transportowanych osadów. Badania eksperymentalne przeprowadzono w Gdańsku w 2020 i 2021 roku w laboratorium hydraulicznym Instytutu Budownictwa Wodnego Polskiej Akademii Nauk, wyposażonym w kanał falowy oraz pomiarowe i wspomagające urządzenia niezbędne do przeprowadzenia badań. Rezultaty badań eksperymentalnych zostały skonfrontowane z wynikami analizy teoretycznej, przeprowadzonej w oparciu o trójwarstwowy model transportu niejednorodnych osadów (Kaczmarek i inni 2022). Z uwagi na fakt, że model ten nie uwzględnia efektów pionowego sortowania osadów z zawartością 𝑖 −tych bardzo drobnych frakcji z zakresu średnic 𝑑𝑖 < 0,2𝑚𝑚, pomija efekty opóźnień fazowych frakcji drobnych z tego zakresu i nie opisuje wpływu tych frakcji na wielkość transportu 𝑞𝑠𝑡 +/− oraz nie uwzględnia efektów związanych z nachyleniem dna, takich jak wpływ sił grawitacji na ziarna osadu oraz dodatkowy efekt zmniejszonego lub zwiększonego ciśnienia przy zmianie przekroju przepływu, zaproponowano modyfikację tego modelu o współczynniki korygujące. Przeprowadzono obliczenia transportu strumieni frakcji bardzo drobnych i drobnych, frakcji grubych oraz sumarycznych wychodzących w fazie grzbietu oraz doliny z obszaru wyjściowego i osadzanych w sąsiednich obszarach kontrolnych oraz porównano z wynikami pomiarów. Uzyskano zgodność wyników obliczeń zmodyfikowanym modelem teoretycznym z pomiarami w granicach podwójnego błędu wyznaczenia. Przeprowadzono także obliczenia rozkładów granulometrycznych osadów zatrzymywanych w sąsiednich obszarach od strony grzbietu i doliny fali. Obliczone składy granulometryczne porównano z pomiarami i uzyskano zadawalającą zgodność wyników zarówno w zakresie frakcji drobnych i bardzo drobnych jak i grubych. Dodatkowo, na podstawie wyników badań eksperymentalnych wykonanych w kanale otwartym IBW PAN Gdańsk w 2022 roku oraz na podstawie analiz teoretycznych przeprowadzono analizę porównawczą strumieni osadów z udziałem frakcji drobnych i bardzo drobnych w ruchu falowym i przepływie jednokierunkowym. Umożliwiło to sformułowanie wniosków dotyczących podobieństw i różnic tych strumieni w obu rodzajach ruchu.

Część badań eksperymentalnych oraz teoretycznych, których analizę zaprezentowano w niniejszej pracy przeprowadzono w ramach:
➢ projektu Politechniki Koszalińskiej, pt.: „Dynamika niespoistego, niejednorodnego granulometrycznie ośrodka gruntowego w przepływie stacjonarnym i ruchu falowym w warunkach silnie nachylonego dna.”
➢ projektu „ZINTEGROWANI- Kompleksowy Program Rozwoju Politechniki Koszalińskiej” nr POWR.03.05.00-00-Z055/18.