Bottenfriktion

Bottenfriktion är friktionen mellan en rörlig vätska och en fast botten. Den uppträder i ett tunt skikt nära botten där flödet avtar och momentum överförs till botten. Bottenfriktion är centralt för att beskriva hur strömmar i hav, sjöar och floder bromsas och påverkas av botten.

Fysikaliskt består bottenfriktion av viscös och turbulent friktion. I långsammare eller småskaliga flöden dominerar viskös friktion, medan i större och snabbare flöden dominerar turbulenta friktionseffekter. Denna friktion beskrives ofta med bottenfriktionskraften τb, som i många modeller uttrycks som τb = ρ u*^2, där ρ är densitet och u* kallas friction velocity. Bottenens skrovlighet, sedimentstorlek och bottenytans struktur styr friktionen genom att påverka hur mycket av flödets energi som omvandlas till värme och hur lätt sediment rörs.

Vid öppna kanaler och kustnära zoner används oftast en logaritmisk hastighetsprofil: u(z) = (u*/κ) ln(z/z0). Här är κ den von Kármán-konstanten (≈0,41) och z0 bottenens skrovlighetslängd. Genom att uppskatta τb eller u* kan man koppla strömstyrkan till bottenfriktionen och därigenom bedöma erosionsrisk och sedimenttransport.

Bottenfriktion påverkar sedimenttransport, erosion och deposition samt bottenmorfologi. Den är viktig i hydrodynamiska modeller för floder, estuarier och kustmiljöer och används i ingenjörsdesign av kajer, vattenkraft och kustnära strukturer.

Mätning och uppskattning av bottenfriktion sker med instrument som nära-botten velocitetsmätningar, ADCP, eller genom analyser av flödesprofilen i kombination med momentumbalanser i numeriska modeller. Resultaten används för att beräkna bottenfriktionskraft och sedimenttransport.