serpЭрозия почв и русловые процессыSoil erosion and river channel processes3034-4638Limited Liability Company “Expert laboratory ”Hydroinformational systems”10.71367/3034-4638-2024-1-1-71-86serp-7Research ArticleСтатьиГидравлика речного потока и параметры транспорта наносов при неустановившемся движении воды в нижних бьефах гидроузлов на судоходных рекахHydraulics of river flow and sediment transport parameters in case of unsteady water movement in the lower reaches of hydroelectric facilities on navigable riversГладковГ. Л.GladkovG. L.

Геннадий Леонидович Гладков, доктор технических наук, профессор. заведующий кафедрой

кафедра водных путей и водных изысканий

198035; ул. Двинская, 5/7; Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

gladkovgl@gumrf.ruРжаковскаяП. С.RzhakovskayaP. S.

Полина Сергеевна Ржаковская, ассистент

198035; ул. Двинская, 5/7; Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

przhakovskaya@mail.ruГосударственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. МакароваРоссияAdmiral Makarov State University of Maritime and Inland ShippingRussian Federation202424122024017186Copyright © Гладков Г.Л., Ржаковская П.С., 20242024Гладков Г.Л., Ржаковская П.С.Gladkov G.L., Rzhakovskaya P.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.sediment.ru/jour/article/view/7

   В работе представлены численные эксперименты по оценке гидравлических характеристик речного потока и параметров транспорта наносов в нижних бьефах гидроузлов на крупных судоходных реках. Полученные результаты позволили изучить особенности движения наносов при неустановившемся течении воды и разработать определенные рекомендации для установления граничных условий при моделировании русловых переформирований. Основные выводы по материалам численных экспериментов заключаются в следующем: при неустановившемся движении воды в нижнем бьефе гидроузла отмечается активизация транспорта наносов как в летний период наблюдений, так и зимой; наибольшие расхождения между почасовыми и среднесуточными данными наблюдаются в створах, расположенных в непосредственной близости от гидроузла; степень увеличения расхода наносов при неустановившемся движении воды в нижнем бьефе гидроузла зависит от неравномерности регулирования стока воды, удаления расчетного гидроствора от створа плотины и от характера изменения водности в течение навигации; в непосредственной близости от створа гидроузла интенсивность транспорта наносов в зимний период становится существенно меньше, чем летом, по мере удаления от створа ГЭС эта разница сокращается; по длине реки, по мере удаления от створа гидроузла, интенсивность транспорта наносов снижается. Для апробации результатов численного моделирования в работе выполнены эксперименты в гидравлическом лотке. Полученные данные качественно согласуются с результатами численных экспериментов. В ходе проведения экспериментов было установлено, что применяемые формулы расхода наносов показывают завышение расчетных данных по сравнению с результатами измерений.

   The paper presents numerical experiments to evaluate the hydraulic characteristics of river flow and sediment transport parameters in the lower reaches of hydroelectric power plants on large navigable rivers. The results obtained made it possible to study the features of sediment movement in an unsteady water flow and develop certain recommendations for establishing boundary conditions when modeling channel transformations. The main conclusions obtained from the materials of numerical experiments are as follows: with the unsteady movement of water in the downstream of the hydroelectric power plant, sediment transport is activated, both in the summer observation period and in winter; the greatest discrepancies between hourly and daily average data are observed in the reservoirs located in the immediate vicinity of the hydroelectric power plant; the degree of increase in sediment consumption during the unsteady movement of water in the downstream of the hydroelectric power plant depends on the uneven regulation of water flow, the removal of the calculated hydraulic solution from the dam gate and the nature of changes in water content during navigation; in the immediate vicinity of the hydroelectric power plant, the intensity of sediment transport in winter becomes significantly less than in summer, as it moves away from the hydroelectric power station. The difference is decreasing; along the length of the river, as you move away from the waterworks, the intensity of sediment transport decreases. To test the results of numerical modeling, experiments were performed in a hydraulic tray. The obtained data are in qualitative agreement with the results of numerical experiments. During the experiments, it was found that the applied sediment consumption formulas show an overestimation of the calculated data compared with the measurement results.

скорость течения водырасход водырасход наносовпараметры донных грядчисло Фрудакоэффициент Шезиwater flow ratewater flow ratesediment flow rateparameters of bottom ridgesFroude numberShezi coefficientReferencesБеркович К.М. Русловые процессы и русловые карьеры. М.: Изд-во МГУ. 2005. 109 с.; ISBN 5-89575-078-8.Berkovich K.M. (2005) Riverbed processes and riverbed quarries. Moscow: Publishing House of Moscow State University. 109 P.; ISBN 5-89575-078-8.Гладков Г.Л., Беляков П.В. Транспорт наносов в реках: зависимость параметров донных гряд от определяющих факторов. Вестник Государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2021. Т. 13. № 1. С. 52–63. doi: 10.21821/2309-5180-2021- 13-1-52-63.Babi´nski Z., Habel M. (2013) Hydromorphological conditions of the Lower Vistula in the development of navigation and hydropower. Acta Energetica. No 1. P. 91–101.Гладков Г.Л., Католиков В.М. Гидроморфологическое обоснование судоходства в нижнем бьефе Нижегородского гидроузла на реке Волге. В сб.: Тридцать восьмое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Доклады и сообщения. Пермь. 2023. С. 27–42.Bombar G., Elçi Ş., Tayfur G. et al. (2011) Experimental and numerical investigation of bedload transport under unsteady flows. Journal of Hydraulic Engineering. No 137(10). P. 1276–1282.Гладков Г.Л., Католиков В.М., Ржаковская П.С. Гидравлика потока и параметры транспорта наносов при неустановившемся движении воды в нижних бьефах гидроузлов на судоходных реках. В сб.: Водные пути и русловые процессы. Гидротехнические сооружения водных путей. Вып. 6. Ч. 1 / Под ред. проф. Г.Л. Гладкова, К.П. Моргунова / СПб.: ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова. 2023. С. 24–43.Chalov R.S. (2008) Russian studies: theory, geography, practice. Vol. 1. Riverbed processes: factors, mechanisms, forms of manifestation and conditions of formation of riverbeds. M.: Publishing house LKI. 608 p. (in Russ.)Гладков Г.Л., Чалов Р.С., Беркович К.М. Гидроморфология русел судоходных рек. СПб.: Изд-во «Лань». 2023. 432 c.Garibin P., Gladkov G., Morgunov K. et al. (2023) Innovative proposals for providing navigable depths in the downstream of the Gorodetsky Hydraulic Unit on the Volga River. International Scientific Conference “International Transport Scientific Innovation” AIP Conf. Proc. 2476, 030027-1–030027-8; doi: 10.1063/5.0103780.Гладков Г.Л., Ржаковская П.С. Гидравлические характеристики речного потока и условия транспорта наносов в нижнем бьефе гидроузла. Вестник Государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2023. Т. 15. № 3. С. 344–358. doi: 10.21821/2309-5180-2023-15-3-344-358Gladkov G.L., Belyakov P.V. (2021) Sediment transport in rivers: dependence of bottom ridges parameters on determining factors. “Vestnik” Admiral Makarov state university of maritime and inland shipping. Vol. 13. No. 1. pp. 52-63. doi: 10.21821/2309-5180-2021-13-1-52-63. (in Russ.)Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат. 1979. 311 с.Gladkov G.L. Chalov, R.S. K. Berkovich К.M. (2023) Hydromorphology of navigable riverbeds. St. Petersburg, Publishing house “Lan”. 432 p. (in Russ.)Грушевский М.С. Неустановившееся движение воды в реках и каналах. Л.: Гидрометеоиздат. 288 с.Gladkov G.L., Katolikov V.M. (2023) Hydromorphological substantiation of navigation in the lower reaches of the Nizhny Novgorod hydroelectric complex on the Volga River. In the collection: The thirty-eighth interuniversity coordination meeting on the problems of erosion, riverbed and estuarine processes. Reports and communications. Perm. pp. 27-42. (in Russ.)Исследования неустановившегося движения воды на реке Свири в зимних и летних условиях / Под ред. канд. техн. наук Н.Е. Кондратьева, канд. техн. наук В.А. Урываева / Л.: Гидрометеоиздат. 1963. 252 с.Gladkov G.L., Katolikov V.M., Rzhakovskaya P.S. (2023) Flow hydraulics and sediment transport parameters with unsteady water movement in the lower reaches of hydroelectric power plants on navigable rivers. In the collection: Waterways and riverbed processes. Hydraulic engineering structures of waterways. Issue 6. Part 1. / Edited by N. Prof. G.L. Gladkov, K.P. Morgunov). St. Petersburg: Admiral Makarov state university of maritime and inland shipping. pp. 24-43. (in Russ.)Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Л.: Гидрометеоиздат. 1982. 272 с.Gladkov G.L., Rzhakovskaya P.S. (2023) Hydraulic characteristics of the river flow and conditions of sediment transport in the downstream of the hydroelectric facility. “Vestnik” Admiral Makarov state university of maritime and inland shipping. Vol. 15. No. 3. pp. 344-358. doi: 10.21821/2309-5180-2023-15-3-344-358 (in Russ.)Клавен А.Б., Копалиани З.Д. Экспериментальные исследования и гидравлическое моделирование речных потоков и руслового процесса. СПб.: Нестор-История. 2011. 544 с.Grishanin K.V. (1979) Dynamics of riverbed flows. L.: Hydrometeoizdat. 311 S. (in Russ.)Розовский И.Л., Еременко Е.В., Базилевич В.А. Неустановившееся движение водного потока ниже гидроэлектростанций и его влияние на русло. Киев: Наукова думка. 1967. 276 с.Grushevsky M.S. (1982) Steady-state movement of water in rivers and canals. L.: Hydrometeoizdat. 288 p. (in Russ.)Чалов Р.С. Русловедение: теория, география, практика. Т. 1. Русловые процессы: факторы, механизмы, формы проявления и условия формирования речных русел. М.: Изд-во ЛКИ. 2008. 608 с.Klaven A.B., Kopaliani Z.D. (2011) Experimental studies and hydraulic modeling of river flows and riverbed process. St. Petersburg: Nestor-Istoriya. 544 p. (in Russ.)Babi´nski Z., Habel M. Hydromorphological conditions of the Lower Vistula in the development of navigation and hydropower. Acta Energetica. 2013. No. 1. P. 91–101.Kondratiev N.E., Popov I.V., Snishchenko B.F. (1982) Fundamentals of the hydromorphological theory of the riverbed process. L.: Hydrometeoizdat. 272 p. (in Russ.)Bombar G., Elçi Ş., Tayfur G. et al. Experimental and numerical investigation of bedload transport under unsteady flows. Journal of Hydraulic Engineering. 2011. No. 137(10). P. 1276–1282.Muste M., Lee K., Kim D. et al. (2020) Revisiting hysteresis of flow variables in monitoring unsteady streamflows. Journal of Hydraulic Research. P. 867-887. doi: 10.1080/00221686.2020.1786742Garibin P., G. Gladkov, K. Morgunov et al. Innovative proposals for providing navigable depths in the downstream of the Gorodetsky Hydraulic Unit on the Volga River. International Scientific Conference “International Transport Scientific Innovation” AIP Conf. Proc. 2023. 2476, 030027-1–030027-8; doi: 10.1063/5.0103780.Rozovsky I.L., Eremenko E.V., Bazilevich V.A. (1967) Established the movement of the water flow below the hydroelectric power station and its influence on the riverbed. Kiev: Naukova dumka. 276 p. (in Russ.)Marian Muste, Kyutae Lee, Dongsu Kim et al. Revisiting hysteresis of flow variables in monitoring unsteady streamflows. Journal of Hydraulic Research. 2020. P. 867–887. doi: 10.1080/00221686.2020.1786742Schoeneich M., Habel M., Szatten D. et al. (2023) An Integrated Approach to an Assessment of Bottlenecks for Navigation on Riverine Waterways. Water. No 15. P. 141. doi: 10.3390/w15010141.Schoeneich M., Habel M., Szatten D. et al. An Integrated Approach to an Assessment of Bottlenecks for Navigation on Riverine Waterways. Water. 2023. No. 15. P. 141. doi: 10.3390/w15010141.Studies have shown the instability of water movement on the Sviri rivers in winter and summer conditions (1963) / Edited by N. E. Kondratiev, Candidate of Technical Sciences, V. A. Uryvaev, Candidate of Technical Sciences. / L.: Hydrometeoizdat. 252 p. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.