Гидравлика речного потока и параметры транспорта наносов при неустановившемся движении воды в нижних бьефах гидроузлов на судоходных реках

   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.

1. Беркович К.М. Русловые процессы и русловые карьеры. М.: Изд-во МГУ. 2005. 109 с.; ISBN 5-89575-078-8.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Гладков Г.Л., Чалов Р.С., Беркович К.М. Гидроморфология русел судоходных рек. СПб.: Изд-во «Лань». 2023. 432 c.

6. 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: 10.21821/2309-5180-2023-15-3-344-358

7. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат. 1979. 311 с.

8. Грушевский М.С. Неустановившееся движение воды в реках и каналах. Л.: Гидрометеоиздат. 288 с.

9. 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.

10. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Л.: Гидрометеоиздат. 1982. 272 с.

11. Клавен А.Б., Копалиани З.Д. Экспериментальные исследования и гидравлическое моделирование речных потоков и руслового процесса. СПб.: Нестор-История. 2011. 544 с.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Garibin 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.

17. 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: 10.1080/00221686.2020.1786742

18. 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.