Horizontální proudění vody v malých rybnících

Tereza ŠŤASTNÁ

Bachelor's thesis

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývala prouděním v malých rybnících (konkrétně v rybníku Dehtář nedaleko obce Žabovřesky) se zaměřením na horizontální proudění. Jejím cílem bylo provedení terénních měření pohybu vody při hladině (pomocí námi vyvinutých zařízení vybavených GPS přístroji) za různých atmosférických podmínek a z výsledků stanovit rychlost proudění vody u hladiny v reálných podmínkách. Pro měření byly použity přístroje GPSMAP 78s, GPSMAP 60CSx a telefony MOTOROLA s aplikací GPS Logger vložené do vyvážených PVC trubek. Dalším cílem bylo vytvořit zjednodušený 3D model rybníku a pomocí programu Ansys simulovat proudění v jeho hlubších vrstvách. Výsledkem terénního měření byly proudnice znázorňující směr proudění pro svrchní vrstvu vody. Při rychlosti větru 1-3 ms-1 za mlhavého a zataženého počasí, byla zjištěná rychlost proudění přibližně 0,025 ms-1. Při velmi nízké rychlosti větru 0-1 ms-1 za mlhavého počasí, byla rychlost proudění 0,0083 ms-1. Za proměnlivých podmínek, kdy hladina byla nejdříve mírně zamrzlá, ale následně roztála a začal foukat silnější vítr z jiného směru, byla výsledná rychlost proudění nejdříve 0,025 ms-1 (při rychlosti větru 0,7-1 ms-1) a později 0,0375 ms-1 (při větru o rychlosti 2-3 ms-1). Výsledkem modelování v programu Ansys byly simulace proudění v zjednodušených rybnících dvou tvarů (jeden s nakloněným dnem, hloubkou 0,5-4 m a zaoblenými rohy a druhý se stálou hloubkou 2 m a s prohlubní (lovištěm) o celkové hloubce 4 m a se zaoblenými třemi rohy) při různých rychlostech (0,5; 1; 2; 4; 8 a 16 ms-1) a třech nebo čtyřech směrech větru. Obecně simulace ukázaly, že rychlost proudění roste s rychlostí větru, kdy převládající rychlost proudění byla pro všechny simulace zhruba 3 % rychlosti větru. Zároveň s hloubkou rychlost proudění klesá a voda se míchala přibližně do 95 % hloubky (do 3,8 m). Simulace také ukázaly tvorbu vírů, zde se voda pohybovala nejrychleji v místech, kde se víry dotýkaly okraje rybníku, ale v jejich středu se často tvořila místa s velmi nízkými rychlostmi proudění a relativně dlouhou dobou zdržení vody (od sedmi hodin po šest dnů). Výsledky terénních měření a simulací v této bakalářské práci mohou přispět k pochopení procesů (například vlivu míchání vody na obsah kyslíku, planktonu a živin v různých místech) probíhajících v rybníku Dehtář. Mohou tak být základem pro následné mapování jeho cirkulačních vzorců, které mohou mít vliv na vznik a vývoj kyslíkových deficitů a na koncentrování přirozené potravy a živin v některých částech rybníku. Čímž mohou pomoci při určování vhodnosti míst například pro krmení ryb nebo pro odběr vzorků a mít tak pozitivní vliv na zlepšení hospodaření na tomto rybníku.

Abstract:

This bachelor thesis dealt with the flow in small ponds (specifically in pond Dehtář near the village Žabovřesky) with a focus on horizontal flow. Its aim was to perform field measurements of water movement of the surface (using devices developed by us, equipped with GPS logger) under various atmospheric conditions and from the results to determine the water flow velocity at the surface in real conditions. GPSMAP 78s, GPSMAP 60CSx and MOTOROLA phones with GPS Logger application inserted into balanced PVC pipes were used for measurements. Another objective was to create a simplified 3D model of the pond and simulate the flow in its deeper layers using Ansys software. Field measurements resulted in streamlines showing the direction of flow for the top layer of water. With wind speeds of 1-3 ms-1 in foggy and cloudy weather, the observed flow velocity was approximately 0.025 ms-1. At very low wind speeds of 0-1 ms-1 in foggy weather, the flow velocity was 0.0083 ms-1. Under variable conditions, when the surface was first slightly frozen but then melted and stronger winds from a different direction began to blow, the resulting flow velocity was first 0.025 ms-1 (at a wind speed of 0.7-1 ms-1) and later 0.0375 ms-1 (at a wind speed of 2-3 ms-1). The Ansys modelling resulted in simulations of flows in simplified ponds of two shapes (one with a sloping bottom, 0.5-4 m depth and rounded corners and the other with a constant depth of 2 m and a depression with a total depth of 4 m and rounded three corners) at different wind velocities (0.5; 1; 2; 4; 8 and 16 ms-1) and three or four wind directions. In general, the simulations showed that the flow velocity increased with wind speed, with the prevailing flow velocity being about 3% of the wind speed for all simulations. At the same time, flow velocity decreased with depth, and water was mixed to approximately 95% of the depth (up to 3.8 m). The simulations also showed the formation of eddies, here the water moved fastest where the eddies touched the edge of the pond, but in the centre of the eddies there were often areas of very low flow velocities and relatively long residence times (from seven hours to six days). The results of the field measurements and simulations in this thesis can contribute to the understanding of the processes (e.g. the effect of water mixing on oxygen, plankton and nutrient content at different areas) occurring in pond Dehtář. They may thus provide a basis for subsequent mapping of its circulation patterns, which may influence the origin and development of oxygen deficiencies and the concentration of natural food for fish and nutrients in certain parts of the pond. They can thus help to determine the suitability of areas, for example for fish feeding or sampling and thus have a positive impact on improving the management of this pond.

Keywords

Ansys, Fluent, horizontální, míchání, proudění, rybník, vlny

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Otakar Strunecký, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Bachelor programme / field:
Ochrana vod / Protection of Waters