Skúmame rýchlosť laminárneho a turbulentného prúdenia riek po topení snehu, sedimentáciu štrkov na meandroch a stabilitu riečnych brehov pomocou matematických rovníc prietoku kvapalín.
Konkrétne výsledky, ktoré prináša profesionálne modelovanie vodných tokov v horských podmienkach.
Vďaka Manningovej rovnici a CFD simuláciám viete odhadnúť rýchlosť a výšku hladiny pri topení snehu s chybou pod 5 %.
Analýza sedimentácie štrkov a erózie na meandroch umožňuje navrhnúť účinné opatrenia proti podomieľaniu brehov.
Od Reynoldsovho čísla po Shieldsovu krivku – každý výpočet je podložený reálnymi terénnymi meraniami z povodia Váhu a Hrona.
Pracujeme s profilmi rýchlostí a vzorkami štrkov z riek Belá a Hron, čo zaručuje relevantnosť výsledkov pre reálne korytá.
Modelovanie turbulentného prúdenia po topení snehu odhalí kritické miesta, kde hrozí najväčšia strata brehového materiálu.
Študenti limnológie a hydrológie získajú praktické návody na výpočet prietoku a interpretáciu terénnych meraní.
„Modelovanie prietoku v bystrinách po topení snehu je vďaka tomuto portálu oveľa presnejšie. Manningove koeficienty tu majú reálny podklad z terénu.“
Ing. Peter Horváth
Hydrológ, SHMÚ
„Sedimentácia štrkov na meandroch je u nás vysvetlená naozaj prakticky. Shieldsove krivky a reálne dáta z Belej – presne to študenti potrebujú.“
doc. RNDr. Eva Kováčová, PhD.
Katedra fyzickej geografie, UK
„CFD simulácie v HEC-RAS a OpenFOAM sú tu podané zrozumiteľne aj pre začínajúcich modelárov. Skvelý zdroj pre diplomové práce.“
Mgr. Tomáš Novotný
Doktorand limnológie, SAV
Každý balík obsahuje špecifické nástroje a dáta pre analýzu horských tokov.
Pre úvodné výpočty a terénne merania
Pre podrobné modelovanie meandrov a erózie
Pre výskum a publikácie v hydrológii
Reynoldsovo číslo je bezrozmerná veličina, ktorá určuje charakter prúdenia – či je laminárne alebo turbulentné. V horských riekach po topení snehu hodnoty často presahujú 2000, čo signalizuje turbulentné prúdenie s výraznou eróznou silou. Pri modelovaní je kľúčové pre výpočet strát trením a transportu sedimentov.
V zakrivenom koryte vzniká sekundárne prúdenie – voda na vonkajšej strane meandra zrýchľuje, čím dochádza k prehlbovaniu koryta a erózii brehu. Na vnútornej strane naopak rýchlosť klesá a ukladá sa hrubší materiál, čím vznikajú štrkové lavice. Tento jav je základom pre pochopenie morfológie riek.
Manningova rovnica je empirický vzťah pre výpočet priemernej rýchlosti v otvorenom koryte na základe sklonu, plochy a drsnosti. CFD simulácie (napr. HEC-RAS, OpenFOAM) riešia Navier-Stokesove rovnice numericky a poskytujú detailné 2D alebo 3D pole rýchlostí a tlakov. Pre zložité terény s meandrami a premenlivým dnom sú CFD modely presnejšie, vyžadujú však viac vstupných údajov a výpočtového času.
Jarné topenie prináša prudký nárast prietoku a rýchlosti, čím sa zvyšuje šmykové napätie na dne. To vedie k mobilizácii štrkov a kamienkov, ktoré sú inak počas suchších období stabilné. Najväčší transport nastáva tesne po kulminácii, keď hladina ešte klesá, ale unášacia sila vody je stále vysoká. Tento proces je rozhodujúci pre tvorbu nových meandrov a lavíc.
Základom je digitálny model reliéfu (DMR) s rozlíšením aspoň 1 m, dáta o prietoku (Q) a hladine (H) z meracích staníc, drsnostný koeficient podľa typu dna a brehov (napr. Manningov n) a informácie o zrnitosti sedimentov. Pre presnejšie simulácie je vhodné doplniť aj údaje o vegetácii a umelých úpravách koryta.