IBW Program Regionalny Agencja Rozwoju Unia Europejska budynek

Budowa sieci transferu wiedzy nt. kierunków i możliwości rozwoju badań
w laboratorium falowym oraz in situ przy wykorzystaniu innowacyjnej aparatury badawczej

We współpracy z naukowcami z Instytutu Geofizyki Polskiej Akademii Nauk (dr inż. Łukasz Przyborowski oraz dr inż. Anna Łoboda), w kwietniu i maju tego roku zostały przeprowadzone pilotażowe badania, pt. „Eksperymenty dotyczące akumulacji makroplastiku w rzekach z ostrogami”. Goście, zainteresowani możliwościami Laboratorium Hydraulicznego, wykonali wspólnie z pracownikami naszego instytutu serię pomiarów. Ich celem było określenie sposobu zachowania się cząstki makroplastiku w warunkach przepływu przez strefę rzeki regulowanej ostrogami w obecności roślinności rzecznej i bez niej. Do realizacji tego zadania istniejące stanowisko badawcze uzupełniono o dodatkowe elementy w postaci przedłużki ostrogi oraz podstawki wraz z roślinnością.

transport osadów stałych - pomiar falowania

Pomiary zostały zrealizowane dzięki podpisanemu w ubiegłym roku porozumieniu o współpracy badawczej między Instytutem Geofizyki PAN oraz Instytutem Budownictwa Wodnego PAN i posłużą jako badania pilotażowe do planowanego wspólnego projektu finansowanego w ramach konkursu NCN. Wykonane pomiary i ich przyszła kontynuacja dostarczą unikalnych wyników, które przyczynią się do lepszego zrozumienia procesu transportu odpadów stałych w rzekach, a tym samym ich monitorowania i usuwania.

transport osadów stałych - swobodny dryft odpadów


W lipcu i sierpniu tego roku miały miejsce badania pilotażowe projektu „Badania modelowe transportu rumowiska i lodu w rejonie ostróg w rzekach uregulowanych” we współpracy z Kołem Naukowym Inżynierii i Gospodarki Wodnej Konfuzor Politechniki Gdańskiej. Studenci pod opieką pracowników laboratorium wykonali badania stanowiące podstawę dwóch obronionych w październiku prac magisterskich. Tematyka wykonanych prac objęła m.in. wpływ wystąpienia lodu brzegowego w przestrzeni między ostrogowej na zmianę dynamiki przepływu, analizę trajektorii spławianej kry w kanale z zabudową regulacyjną i wpływ zabudowy ostrogowej na zjawisko erozji. W przyszłym roku planowana jest kontynuacja badań z uwzględnieniem większej ilości punktów pomiarowych oraz z zastosowaniem dna rozmywalnego. Wierzymy, że współpraca z uczelniami i czynny udział w kształceniu studentów stanowi ważny aspekt funkcjonowania laboratorium.


W marcu i kwietniu 2019 w kanale falowo-przepływowym IBW PAN zostały przeprowadzone pilotażowe pomiary pola prędkości nad jazem. Do badań posłużył przekrój jazu Stopnia Wodnego Włocławek. Kształt i wymiary jazu oraz warunki hydrauliczne do badań eksperymentalnych przyjęto w sposób analogiczny jak w badaniach przedinwestycyjnych, wykonanych w roku 1959 przez IBW PAN.

Wykonano dwa warianty modelu jazu, w skali 1:50 i 1:25, dla których przeprowadzono badania w bardzo szerokim spektrum przepływów (od 120 do 235 l/s). Szczególny nacisk położony został na odtworzenie przepływów charakterystycznych Q1% oraz Q0.1%, tj. przepływów występujących raz na 100 i na 1000 lat.

Poniżej przedstawione zostały wyniki pomiaru pola prędkości wody dla modelu fizycznego odpowiadające przepływowi Q1% = 9745 m3/s przez jaz Stopnia Wodnego Włocławek.

W wariancie jazu w skali geometrycznej 1:25 i odpowiadającej jej skali przepływu 1:3125, wydatek przez model jazu wynosił qmod = 177 l/s co odpowiada przepływowi w naturze Q = 36.875 m3/s/mb korony jazu. Wielkości przepływu przez jaz są zgodne z badaniami z roku 1959 wykonanymi w IBW PAN. Stanowisko badawcze w trakcie rejestracji – film z kamery

Chwilowy rozkład prędkości nad koroną jazu – film wyniki pomiaru PIV

Uśrednione pole prędkości nad koroną jazu – zdjęcie wynik pomiaru PIV

Informacje szczegółowe nt. wykorzystanych najważniejszych urządzeń pomiarowych

W roku 2012 kanał falowy o długości 64 m, szerokości 0.6 m i wysokości 1.4 m został rozbudowany o system generacji przepływu. Zamontowano dwie pompy (każda o wydajności 250 l/s) na obu końcach kanału, które pozwalają na wybór kierunku generacji przepływu. Układ sterująco-kontrolny składa się z falownika sterującego pracą pomp oraz sprzężonego z nim przepływomierza elektromagnetycznego. Zastosowanie takiego rozwiązania umożliwia generację założonego przepływu, np. odwzorowanie hydrogramu przejścia fali wezbraniowej., przy uzyskaniu dokładności pomiaru nie mniejszej niż 0.5% przepływu.

Do pomiaru pól prędkości przepływu wody w kanale falowym wykorzystuje się system oparty o technikę PIV (Particle Image Velocimetry). Technika ta polega na określeniu prędkości wody w płaszczyźnie pomiarowej na podstawie analizy przesunięcia cząstek posiewu zawieszonego w wodzie. Cząstki posiewu wykonane są z materiału szklanego o gęstości zbliżonej do gęstości wody oraz średnicy rzędu mikrometrów. Do rejestracji ruchu posiewu wykorzystuje się system składający się z lasera mającego za zadanie podświetlenie cząstek posiewu oraz z kamery służącej do rejestracji położenia cząstek posiewu. Kamera zsynchronizowana z laserem rejestruje dwa obrazy rozkładu podświetlonego posiewu w płaszczyźnie pomiarowej w określonym odstępie czasu (rzędu milisekund). Na tej podstawie wyznaczane są wektory prędkości w podobszarach przestrzeni pomiarowej i uzyskiwane jest pole prędkości dla danego obszaru pomiarowego. Pary zdjęć wykonywane są z zadaną częstotliwością (do 50 Hz), co umożliwia badanie zmian pola prędkości przepływu wody w czasie.


Regionalny Program Operacyjny
dla Województwa Pomorskiego
na lata 2007-2013

Oś Priorytetowa:
1. Rozwój i innowacje w MŚP
Działanie:
1.5. Regionalna Sieć Transferu Rozwiązań Innowacyjnych
Poddziałanie:
1.5.2. Wsparcie Regionalnych Procesów Proinnowacyjnych
Umowa nr:
UDA-RPPM.01.05.02-00-011/08-00
Koordynator:
Partnerzy:
Czas realizacji:
2 lata
Początek:
1.10.2009