Численное моделирование гидроледотермических процессов в нижних бьефах ГЭС

Кудишин, Алексей Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Численное моделирование гидроледотермических процессов в нижних бьефах ГЭС
ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Численное моделирование гидроледотермических процессов в нижних бьефах ГЭС"

На правах рукописи

Кудишии Алексей Васильевич

Численное моделирование гидроледотермических процессов в нижних бьефах ГЭС

25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Барнаул - 2006

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем СО РАН

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Зиновьев Александр Тимофеевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Белолипецкий Виктор Михайлович

доктор физико-математических наук Шлычков Вячеслав Александрович

Ведущая организация: Новосибирский государственный

архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

Защита состоится « 15 » марта 2006 г. в 15.30 час. на заседании диссертационного совета Д.003.008.01 в Институте водных и экологических проблем СО РАН по адресу: 656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1 факс: (3852) 24-03-96, e-mail: rotanova@iwep.asu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института водных и экологических проблем СО РАН (г. Барнаул)

Автореферат разослан «15» февраля 2006 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим отправлять по адресу института на имя ученого секретаря Совета

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук

И.Н. Ротанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Строительство крупных гидротехнических сооружений приводит к существенным изменениям гидротермического и ледового режимов рек. В нижнем бьефе в зимний период образуется незамерзающая полынья и повышается влажность воздуха. В условиях крупных промышленных центров повышенная влажность воздуха может привести к образованию кислотных туманов, в горах - к обледенению дорог. Изменение температурного режима реки и условий газообмена в нижних бьефах в результате гидростроительства влияет на речную флору и фауну и приводит к изменению самоочищающей способности реки. Эти изменения часто носят негативный характер и требуют предварительной оценки на этапе проработки экологических последствий гидростроительства. Существенную роль при получении таких оценок играют методы математического моделирования.

Целью работы является развитие комплексной математической модели гидроледотермических процессов в нижних бьефах ГЭС и гидроузлов, учитывающей видовое разнообразие шугового материала при описании процессов шугообразования и влияние изменения толщины ледяного покрова на гидравлику речного потока, применительно к реальным объектам.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. При описании процессов шугообразования учесть наблюдаемое видовое разнообразие шугового материала.

2. Разработать математическую модель гидравлического режима нижнего бьефа с учетом изменения толщины ледяного покрова по длине водотока.

3. Разработать алгоритмы численной реализации математической модели гидроледотермического режима нижнего бьефа ГЭС и создать программный комплекс для решения практических задач.

4. Сделать прогноз изменений гидроледотермического режима р. Катунь на участке нижнего бьефа проектировавшейся Катунской ГЭС и оценить влияние селективного водозабора на размеры полыньи в нижнем бьефе.

5. Оценить изменение ледотермического режима р. Томь на участке нижнего бьефа в результате строительства Крапивинского гидроузла при различных технических реализациях водозабора из водохранилища верхнего бьефа.

6. Изучить с использованием разработанной комплексной модели влияние теплового стока и метеоусловий й режим

и* А

нижнего бьефа Новосибирского гидроузла. Для условий маловодий выявить возможности обеспечения нормальной работы основного городского водозабора г. Новосибирска при минимальных объемах попусков из водохранилища путем учета положения кромки ледяного покрова.

Научная новизна работы. Развита одномерная нестационарная математическая модель гидроледотермического режима нижних бьефов ГЭС и гидроузлов: а) в подмодели шугообразования учтено видовое разнообразие шугового материала, что позволяет рассчитывать динамику полыньи в хорошем количественном соответствии с натурными данными; б) в подмодели гидравлического режима учтен градиент толщины ледяного покрова, что дает возможность корректно описывать гидравлический режим реки на участке нижнего бьефа в зимних условиях. На основе разработанной математической модели создан вычислительный комплекс, на базе которого был построен ряд компьютерных моделей гидроледотермического режима нижних бьефов проектирующихся и действующих ГЭС и гидроузлов. Получены количественные оценки влияния гидростроительства на изменение ледового режима Катунь и Томь, выполнен анализ экстремальной по маловодью зимней гидрологической ситуации в нижнем бьефе Новосибирского гидроузла и предложен способ минимизации попусков в нижний бьеф, обеспечивающих нормальный режим работы водозаборов г. Новосибирска.

Достоверность полученных результатов определяется тем, что предложенные математические и численные модели основаны на фундаментальных законах гидромеханики и теории разностных схем, а результаты расчетов удовлетворительно совпадают с натурными данными по нижнему бьефу Красноярской ГЭС и Новосибирского гидроузла.

На защиту выносятся усовершенствованная модель гидроледотермического режима в нижних бьефах ГЭС и гидроузлов и результаты её применения для расчета проектировавшейся Катунской ГЭС, проектируемого Крапивинского гидроузла и Новосибирской ГЭС.

Практическая значимость. Разработанная комплексная гидроледо-термическая модель была использована при экологических исследованиях последствий гидростроительства на реках Катунь и Томь. С её использованием получены количественные характеристики гидроледотермического режима нижнего бьефа Новосибирского гидроузла при различных метеоусловиях и расходах воды и показана возможность минимизации попусков в нижний бьеф, обеспечивающих нормальный режим работы водозаборов г. Новосибирска при маловодьях. Ядро программного комплекса, созданного на основе рассматриваемой модели,

было использовано для разработки учебно-научной установки по тематике работ Алтайского научно-образовательного центра информационных технологий (АНОЦ ИТ). Все представленные в диссертации результаты получены в рамках плановых научно-исследовательских тем Института водных и экологических проблем СО РАН.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на IV Всесоюзной школе «Математические проблемы экологии» (Чита, 1991), на XX Всесоюзной школе «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» (Ростов-на-Дону, 1991), на Первой Всесибирской конференции «Математические проблемы экологии» (Новосибирск, 1992), на международной конференции «Hydroscíence and Engineering» (Washington, 1993), на Vm международной конференции «Inzynieria Srodowiska» (Wroclawiu, 1996), на Ш Международной конференции «Математические проблемы экологию) (Новосибирск, 1996), на Международной научной конференции «Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия» (Томск, 2000), на VI конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей" (Москва, 2004), на научной конференции "Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов" (Иркутск, 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 105 наименований. Полный объем диссертации составляет 122 страниц, включая 33 рисунка и 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, приводится цель работы и ее основные результаты.

В первой главе приводится обзор работ, посвященных описанию гидроледотермических процессов на зарегулированных участках рек. Гидравлический и ледовый режимы водотоков характеризуется разнообразием взаимосвязанных физических процессов, моделирование которых включает совместное описание движения воды и динамики ледяного покрова. Изучению отдельных процессов посвящено большое количество работ. Так, в работах Дебольской Е.И. (1987, 2003) и Козлова Д.В. (1992) рассматривается влияние упругих свойств льда на гидродинамику потока. Комплексное решение данной задачи в основном рассматривалось в работах, выполненных под руководством Белолипецко-

го В.М [Белолипецкий В.М., Туговиков В.Б., 1990]. Предложенная в этих работах модель достаточно полно описывает гидроледотермиче-ский режим нижних бьефов высоконапорных ГЭС и включает в себя подмодели гидравлического режима руслового потока, температурного режима реки, образования и переноса шугового материала, движения кромки льда, роста-таяния ледяного покрова и теплообмена между водой и атмосферой (льдом). Образование шугового материала описывается балансовыми соотношениями для массы льда МБ без учёта его фракционного состава.

В большинстве работ для математического описания гидравлического режима подледных потоков используются уравнения Сен-Венана с учетом дополнительного гидравлического сопротивления о подошву льда. При учете влияния изменения толщины ледяного покрова на гидродинамику потока используется упрощающее предположение о квазистационарности размеров полыньи, упругими свойствами льда в основном пренебрегается.

Температурный режим речного потока описывается решением одномерного уравнения переноса тепла

£ (рсртТ) + £ (рср0Т) = (1 - р)В( Ф2 + д,) (1)

Модели движения кромки льда основаны на уравнении баланса массы подходящего к кромке транзитного льда и образующегося сплошного ледяного покрова

= да,) (2)

где Ь, - продольная координата кромки льда; Q,(LI) - расход шуги у кромки льда; В(Ы) - ширина водной поверхности у кромки льда; -начальная толщина кромки льда. Различие моделей движения кромки льда в основном заключаются в различном выборе выражений для

Процесс роста-таяния ледяного покрова общем случае описывается решением одномерной задачи Стефана

Я/"

РЛ = -ЛЯш-Ят) (3)

где р, и Л, - плотность и скрытая теплота плавления льда; С ~ толщина льда; и - потоки тепла на границах раздела «вода-лед» и «лед-атмосфера», соответственно.

Разрушение ледяного покрова связывается с некоторой минималь-

ной критической толщиной льда, определяемой из полуэмпирических соотношений.

Рассмотренные подходы к моделированию ледотермического режима нижних бьефах не в полной мере учитывают а) особенности гидравлического режима речных потоков в условиях движения кромки льда и б) сложный характер процессов шугообразования. К примеру, скорость движения кромки льда определяется расходом шугового материала, при определении которого используется свободный параметр значения которого могут меняться в пределах кх = 0.2*1, что может привести к ошибке в определении скорости кромки льда до 50%. Естественно предположить, что моделированию процесса шугообразования должно быть уделено особое внимание.

Во второй главе описывается одномерная горизонтальная гидроле-дотермическая модель нижнего бьефа, учитывающая видовой состав шуги и влияние изменения толщины ледяного покрова на гидравлику речного потока. Дана математическая постановка задачи, приведена ее численная реализация, результаты тестирования отдельных блоков модели и результаты расчетов нижних бьефов Красноярской ГЭС и Новосибирского гидроузла. Выполнена оценка чувствительности модели к выбору коэффициентов для подмодели шугообразования и заданию начальных данных

■ Математическая постановка задачи. Область определения задачи

Здесь 0<х<1. (19,1 - координаты створа плотины и

некоторого замыкающего створа соответственно; 1к - расчетный период времени) разбита на подобласти ¿2/, П2 и П3: О = /3/ и 02 и £73 с учетом специфики определяющих физических процессов следующим образом:

1. на пространственно-временной подобласти /2/ рассматривается нестационарное течение в открытом русле в отсутствие ледовых процессов;

2. подобласти П2 отвечает участок реки, где протекают процессы шуго-образования;

3. участку реки под ледяным покровом соответствует подобласть ¿23. Линия Ьо=Ьо(0 отмечает положение створа нулевой изотермы при

наступлении кромки льда ("заныривание" нулевой изотермы под лед на рис. 1 не отображено). Положение створа нулевой изотермы Ь0 для любого определяется из следующих условий:

Т(и) = 0 и Т(х) > 0 при х <1о.

Кривой Ь, = Ь, (0 на рис. 1 представлено положение кромки льда. В терминах Ь0, Ь, и Ь участку реки, где протекают процессы шугообразо-вания, соответствует область П2={(х,0: (если кромка

ледяного покрова находится вне границ области О, то полагаем Ь,=Ь); область сплошного ледяного покрова может быть определена как С23={(хЛ):

Гидроледотермическая модель приплотинного участка нижнего бьефа включает в себя ряд подмоделей:

■ Модель гидравлического режима руслового потока

■ Модель температурного режима реки

■ Модель образования и переноса шугового материала

■ Модель движения кромки льда

" Модель роста-таяния ледяного покрова

■ Модель теплообмена между водой и атмосферой (льдом)

Для расчета гидравлического режима зарегулированного участка реки используется система уравнений, описывающая нестационарное течение в открытом русле (уравнения Сен-Венана) с учетом наличия ледяного покрова. В работе [Дебольская Е.И., 1987; Козлов Д.В., 1992] решена совместная задачи гидравлики и задачи прогиба незакрепленной по краям пластины на основе теории оболочек. Сделан вывод, что влиянием упругих свойств льда на гидравлику водотока в большей час-

ти встречающихся гидравлических режимов можно пренебречь. В настоящей работе на основе задачи прогиба пластины, закрепленной по краям, сделана оценка прогибов и напряжений ледового покрова, закрепленного по берегам. В случае широких рек выявлено незначительное влияние жесткости ледового покрова. Эти результаты позволяют использовать для расчета гидравлического режима систему уравнений Сен-Венана с учетом влияния покрова льда в форме дополнительного гидростатического давления. Ледовый покров учитывается дополнительным сопротивлением подошвы покрова и введением добавочного давления. Система определяющих уравнений имеет вид:

дсо | Эе^.+д^

дг дх р

dt дх

91 \а j

4ed *us

2М—s- + gm

{dz р, дС, "Н л

с-1яЛ!б, п4"Г+»?2)п.

дх р дх C2R>

:/з

= 0 (5)

Здесь Q = и*а> -расход; a(x,z) = - площадь поперечного се-

чения потока; Ь(х,ф - ширина; Q - расход воды, us- скорость шуги; qed - массовый источниковый член, связанный с переходом шугового материала в неподвижный ледовый покров; д„ - массовый удельный (приходящийся на единицу длины русла) боковой приток воды и шуги; z -ордината поверхности потока; р, р, - плотность воды и льда соответственно; С, - толщина льда; R - гидравлический радиус; С - коэффициент Шези; п0 - коэффициент шероховатости русла; и, - коэффициент шероховатости подошвы льда; g ~ ускорение силы тяжести; х - продольная координата; t - время; z0(x) - ордината линии дна; i = -dzQldx - уклон дна. В принятых обозначениях средняя по сечению скорость потока и = Qjco, qed = Qsh; Qsh - массовый расход поверхностной шуги.

Граничные и начальные условия для уравнений (4-5):

при X = О Q = QU), или z = z{t) (6)

При х = L Q = Q(z), или z = z(t) ИЛИ Q - Q(t) или условия свободного протекания: или J(Q, со) = J0 = const или QQ/dt = (и + а)да/д(

при / = О <2 = £?(*), со = а(х)

Здесь в = в(*)- кривая связи, а= \-'° - скорость малых возмущений, В -

V В

ширина русла по верху (5 = Ь{х,2) = дт/дг), J = Q¡a> - g|^dh/a(h), (И = г-г0= И{а>)) - инвариант Римана.

г(Ь) - го+киорм, где Инорм -нормальная глубина при х = Ь, соответствующая расходу £)(Ь).

Условия сопряжения:

в^-О = б^+О» <%-(> = <%+0>

<2и -0 = б/., +0, -0 = +0-Для численного решения системы (4-5) использована явная двухшаго-вая схема Мак - Кормака. Проведено тестирование гидравлической модели в условиях нижнего бьефа Новосибирского гидроузла (см. рис. 2).

х, км

Рис. 2. Нижний бьеф Новосибирской ГЭС. Профиль уровня свободной поверхности при постоянном расходе 1300 м3/с.

Модель шугообразования. Образование кристаллов льда происходит при переохлаждении воды. Двигаясь в толще потока, частицы льда укрупняются в основном вследствие коагуляции. Всплыванию частичек льда препятствует турбулентное перемешивание в потоке. Ледяные образования, устойчиво находящиеся на поверхности потока, образуют поверхностные шуговые скопления. Устойчивость нахождения частиц на поверхности потока характеризует определённый размер частиц, зависящий от их плотности и гидродинамической структуры потока. Количественное описание возникновения и транспорта ледяного материа-

ла в комплексных моделях для упрощения расчёта основаны, как правило, на балансовых соотношениях для общей массы льда и тепла. В работе [Абраменков, 1984] предложена математическая модель ледо-термических процессов, основанная на представлении о реке в зимнее время как о двухфазной среде «вода-лед». При этом допускается существование разных видов льда: внутриводного льда, поверхностной шуги, корки льда (на поверхностной шуге), заберегов, формирующихся в результате фазовых переходов. Определяющими являются процессы, связанные с образование внутриводного льда и переходом из внутри-водного льда в поверхностную шугу. С учетом этого система уравнений, описывающая процесс шугообразования будет иметь вид:

^ + = + (7)

(8)

5< дх л,

др*в | др*в*и, = = (9)

3/ дх От

+ ь я,Тг (10)

д1 дх сР Ср

Мо = + М / + М, при Т >0°С ф/ = ф„.„ при г <о°с

Л/ Л|

Здесь Мо - общая удельная масса потока; - удельная масса воды; М] - удельная масса внутриводного льда; М5 = р5*н5*р*в- удельная масса поверхностной шуги; р -степень покрытия шугой водной поверхности; а«, <Р\ > <Рг~ коэффициенты модели. Начально-краевые условия:

при* = 0 Т = Тт(0, м$ = 0, М/ = 0 , /? = 0 (11)

при / = 0 Т= Т0(х), м5 = Л/,о« ,М/ = Мщх), Р = Ром

Система уравнений (2-11) испольуется для описания гидроледотер-мического режима нижнего бьеа гидросооружений.

Использование модели (7-10) по сравнению со встречающейся в литературе модели шугообразования

от дх Л,

позволяет уменьшить чувствительность модели к настроечным коэф фициентам (рис.3).

Рис. 3. Сопоставление различных моделей шугообразования.

г (мео)

Рис. 4. Положение кромки ледяного покрова в нижнем бьефе Красноярской ГЭС (о - натурные наблюдения, Д - расчет).

Описанная выше математическая модель была апробирована путем расчета движения кромки льда в НБ Красноярской ГЭС (см. рис. 4). При расчете использовались натурные значения метеопараметров и экспериментальные данные по температуре и расходам воды, вытекающей из водохранилища, для зимнего периода 1984/1985 гг. [Тугови-ков В.Б., 1991].

В третьей главе рассматриваются результаты численного моделирования нижнего бьефа проектируемых Катунской ГЭС и Крапивин-

ского гидроузла. Для каждого объекта были построены компьютерные модели, проведены серии вариантных расчетов.

Для Крапивинского гидроузла сделан прогноз изменения бытовых условий в районе г. Кемерово. В случае проектного (придонного) водозабора в летние месяцы (июль-август) температура воды в районе г.Кемерово составит 10-14 °С против 18-20 °С в естественных условиях. При реализации поверхностного водозабора в июле-августе температура воды в расчетном створе может на 1,0-1,5 °С превысить температуру в естественных условиях. Для различных метеоусловий проведена серия расчетов длины полыньи в нижнем бьефе гидроузла. Результаты расчетов длины полыньи для случая реализации поверхностного водозабора (рис.5) показывают, что поверхностный водозабор дает принципиальную возможность уменьшить длину полыньи с 60-80 км до 20-40 км (для рассмотренных фактических метеоусловий).

Рис. 5. Крапивинский гидроузел. Положение кромки льда при проектном (1) и поверхностном (2) водозаборе для метеоусловий 1985/86 гг.

Сделан прогноз изменений гидроледотермического режима реки в нижнем бьефе проектируемой Катунской ГЭС. Для различных метеоусловий проведена серия расчетов длины полыньи в нижнем бьефе гидроузла. Минимальные размеры полыньи будут отмечаться в феврале и составят в зависимости от зимних температур воздуха 20-50 км. Максимальные размеры полыньи в январе-феврале могут достигать 120 км в теплую зиму. В рамках представленной математической модели выполнен прогноз влияния поверхностного водозабора из Катунского водохранилища на размеры полыньи. Результаты расчетов для среднего по температурным условиям года приведены на рис. 6.

Рис. 6. Катунская ГЭС. Положение кромки льда при проектном (1) и поверхностном (2) водозаборе.

По результатам этой главы делается вывод о том, что что при использовании поверхностного водозабора из водохранилища верхнего бьефа ГЭС ледотермический режим рассматриваемых участков существенно приближается к наблюдающемуся в естественных условиях

В четвертой главе рассматривается гидроледотермический режим нижнего бьефа Новосибирской ГЭС. Для Новосибирского гидроузла в период зимнего минимума из-за малой величины полезного объема водохранилища весьма актуальна проблема определения минимальных объемов попусков в нижний бьеф, достаточных для нормальной работы городских водозаборов. С точки зрения оптимизации режима попусков из водохранилища необходимо исследовать влияние подпора из-за наличия льда на уровень свободной поверхности реки в районе основного водозабора г. Новосибирска (НФС-5), расположенного на расстоянии 15,6 км от Новосибирской ГЭС. Для анализа влияния ледового покрова на положения уровня свободной поверхности в зимние периоды в различных метеоусловиях выполнена серия вариантных расчетов. Результаты расчетов показали, что размеры участка влияния подпора из-за кромки льда составляют 20-30 км. Подъем уровня воды в районе водозабора НФС-5 в результате подпора может составить 0,5—1,0 м, если кромка льда будет находиться на расстоянии не более 30 км от плотины. На рис. 7 приведены размеры полыньи, рассчитанные с использованием метеоданных для 1965/1966 гг. Расход воды принимался постоянным и равным 600 м3/с, температуры сбрасываемой из водохранилища воды также считалась постоянной и равной 2 °С. Сделана оценка влияния коэффициента шероховатости нижней поверхности ледяного покрова. Кривой 2 на рис. 7 показано увеличение уровня водной поверх-

ности Ах в створе водозабора НФС-5 из-за подпора при коэффициенте шероховатости нижней поверхности ледяного покрова «,=0,015. Здесь же пунктирной кривой 3 представлено увеличение уровня при и,=0,030. Результаты выполненных расчетов соответствуют наблюдаемой ледовой картине в нижнем бьефе Новосибирской ГЭС.

Рис. 7. Длина полыньи в нижнем бьефе Новосибирской ГЭС в 1965/1966 гг.

200 ю

Рис. 8. Поверхность г(С?,Ь,) для створа НФС-5 (х=15,6 км).

В результате выполненных расчетов были определены значения уровня свободной поверхности г в створе ;с=15,6 км (водозабор НФС-5) при различных положениях кромки льда для набора постоянных значений расхода воды Q на входе (от 200 до 1000 м3/сек с шагом

50 м3/сек). В итоге были получены для двух значений коэффициента шероховатости п, два набора "точек" на поверхности z(Q,L,), по которым построены эти поверхности (см. рис. 8). В плоскости (Q,L,) построены две изолинии z = 91,76 м, соответствующие минимально допустимому уровню водной поверхности на водозаборе при разных значениях коэффициентов шероховатости п, (см. рис. 9).

woo-,-.-,-1-.-,-1-,-

nfMIS

«ю-_/

300

2ПЛ-1--,—I--1-1->---1--1-1-

10 12 14 5В 1« 20 22 24 20 2Я 30

и.-

Рис. 9. Изолинии г=91,76 м на поверхности г((2.Ц) для створа НФС-5. Коэффициенты шероховатости нижней поверхности льда и,—0,015; 0,030

Монотонный характер изменения функции 0=/(Ь) на изолиниях нарушается при достижении кромкой льда створа водозабора НФС-5 и связан с конечной толщиной ледяного покрова. Фактически, в гатоско-сти изолинии ограничивают область расходов {?, которые оптимизируют величину попусков из водохранилища в зависимости от прогноза положения кромки ледяного покрова В случае расчетов квазистационарных гидравлических режимов можно в первом приближении считать, что створ нулевой изотермы совпадает со створом кромки ледяного покрова. Пусть Q - расход, при котором для заданных значений метеопараметров и тепловом стоке обеспечивается выполнение условия Лг>0

В отсутствие льда существует некоторый минимальный расход £)мш„ при котором в створе х=15,6 км выполняется условие Дг=0, т.е. обеспечивается минимальный уровень водной поверхности г , при котором гарантирована надежная работа городского водозабора НФС-5. По проекту Омт равен 890 м3/с.

т» т я т* » щт ч «V н .

Ц.и

Рис. 10.1-изолиния г=93,56 м на поверхности г(£).1,,) для створа НФС-5, 2 - удельный тепловой поток.

На рис. 10 приведена изолиния 2=93,56 м (кривая 1), которая позволяет определить минимально необходимый расход сбрасываемой в нижний бьеф воды при различных положениях кромки ледяного покрова Ь,. При удалении кромки ледяного покрова от створа плотины кривая критических расходов асимптотически приближается к горизонтальной линии, отвечающей проектному значению (^,=890 м3/с. На рис. 10 (кривая 2) приведены значения удельного теплового потока, характеризующие положение створа нулевой изотермы и определяющие положения кромки льда. Совокупность кривых на рис. 10 позволяет предложить способ минимизации попусков из водохранилища, обеспечивающих нормальный режим работы водозаборов и основанный на прогнозе положения кромки ледяного покрова Ь,.

В целом, расчеты подтвердили, что при управлении уровнем водной поверхности в районе водозаборов посредством изменения расходов сбрасываемой из водохранилища воды следует учитывать положение кромки льда, зависящее от метеоусловий в районе нижнего бьефа гидроузла.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Разработана комплексная математическая модель гидроледотерми-ческого режима нижних бьефов ГЭС и гидроузлов, которая учитывает:

а) наблюдаемое в натурных условиях видовое разнообразие шугового материала, что позволяет количественно и качественно более точно рассчитывать расход шугового материала;

б) изменение по длине водотока толщины ледяного покрова;

и позволяет рассчитывать температурный и гидравлический режимы

реки, расход шугового материала, динамику кромки и толщину ледяного покрова.

2. Выполнены сопоставительные расчеты гидроледотермических режимов нижних бьефов Красноярской и Новосибирской ГЭС и получено удовлетворительное соответствие натурных и расчетных данных.

3. Получены количественные оценки изменений ледотермического режима рек Катунь и Томь на участках нижних бьефов проектируемых гидросооружений. Показано, что при использовании селективного (поверхностного) водозабора из водохранилища верхнего бьефа ГЭС ледо-термический режим рассматриваемых участков существенно приближается к наблюдающемуся в естественных условиях.

4. Выполнен расчет ледотермического режима нижнего бьефа Новосибирской ГЭС при различных объемах попусков из водохранилища в разных метеоусловиях. Получены количественные оценки влияния подпора из-за наличия ледяного покрова на уровень воды в районе основного городского водозабора НФС-5 г. Новосибирска. Показано, что в условиях маловодий имеется возможность обеспечения нормальной работы городского водозабора при минимальных объемах попусков из водохранилища путем учета положения кромки ледяного покрова.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю к.ф.-м.н. Зиновьеву А.Т. Автор также благодарит к.т.н. Атавина A.A. за постоянное внимание к работе и полезные обсуждения.

Список работ по теме диссертации:

1. Кудишин, A.B. Годовой ледотермический режим в бьефах высоконапорной ГЭС с контррегулятором / A.A. Атавин, А.Т. Зиновьев, A.B. Кудишин // Математические проблемы экологии: Тез. докл. IV Всесоюз. школы - Чита: Изд-во ЧИПР СО АН СССР, 1991. - С. 8.

2. Кудишин, A.B. Математическое моделирование гидроледотермических процессов в нижнем бьефе ГЭС / A.A. Атавин, А.Т. Зиновьев, A.B. Кудишин // Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования: Тез. докл. XX Всесоюз. Школы - Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 1991. - С. 43-44.

3. Кудишин, A.B. Прогноз изменений гидроледотермического режима в нижнем бьефе проектируемой ГЭС / A.A. Атавин, А.Т. Зиновьев, A.B. Кудишин // Математические проблемы экологии: Тез. докл. Первой Всесибирской конф. - Новосибирск: Изд-во ИМ СО РАН, 1992. - С. 9192.

4. Kudishin, A.V. Mathematical modelling of hydrotechnical impact construction influence on hydrothermal and ice cover behavior of rivers / A.A.

Atavin, A.T. Zinoviev, A.V. Kudishin // Advances in Hydro-Science and Engineering: - Washington: 1993. - Vol. 1, Part A. - P. 1019-1024.

5. Kudishin, A.V. Mathematical modeling of hydrotechnical construction influence on hydrothermal and ice cover behavior of rivers / A.A. Atavin, A.T. Zinoviev, A.V. Kudishin // Inzynieria Srodowiska VIII: Zeszyly Naukove Akademii Rolniczey we Wroclawiu, NR301, 1996. - P. 15-24.

6. Кудишин, A.B. Математическое моделирование гидроледотермиче-ских процессов в реках / A.B. Кудишин // Математические проблемы экологии: Труды 3-й Международной конференции - Новосибирск: Изд-во ИМ СО РАН, 1996. - С. 57-66.

7. Кудишин, A.B. Математическое моделирование гидроледотермиче-ского режима зарегулированного участка реки. / A.A. Атавин, А.Т. Зиновьев, A.B. Кудишин // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия: Труды Междунар. науч. конф. - Томск: Изд-во ТФ ИГНГ СО РАН, 2000. - С. 371-375.

8. Кудишин, A.B. Гидроледотермический режим в бьефах Крапивин-ского гидроузла. Прогноз и вопросы управления / A.A. Атавин, А.Т. Зиновьев, A.B. Кудишин // Ползуновский вестник. - 2004. - № 2. - С.39-44.

9. Кудишин, A.B. Учет влияния ледового покрова в нижнем бьефе Новосибирского гидроузла на режим эксплуатации гидроузла и обеспечение попусков в нижний бьеф (в условиях экстремальных гидрологических ситуаций) / A.A. Атавин, А.Т. Зиновьев, A.B. Кудишин // Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водньк ресурсов: Матер. Конференции. - Иркутск: Изд-во ИГ СО РАН, 2005. -С. 212-214.

10. Кудишин, A.B. Планирование попусков в нижний бьеф Новосибирского гидроузла в условиях экстремальных гидрологических ситуаций / A.A. Атавин, А.Т. Зиновьев, A.B. Кудишин // Ползуновский вестник. -2005. -№4.-4.2. -С. 95-100.

р-1 5 О Э

Подписано в печать 14.02.2006 г. Формат 60x84 1/16 Печать - ризография. Усл.п.л. 1,16 Тираж 110 экз. Заказ 2006 -40

Отпечатано в типографии АлтГТУ 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46 Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД № 28-35 от 15.07.1997 г.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Кудишин, Алексей Васильевич

Введение

Глава 1. Обзор подходов к моделированию гидроледотермических процессов в водотоках.

1.1. Процесс и типы замерзания рек.

1.2. Процессы формирования кромки льда и 20 механическое разрушение ледового покрова.

1.3. Рост и таяние ледяного покрова.

1.4. Моделирование процессов шугообразования и 45 температурного режима.

1.5. Моделирование гидравлического режима.

Глава 2. Комплексная математическая модель гидроледотермических процессов.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Модель шугообразования и температурного 65 режима.

2.3. Модель гидравлического режима. *

2.4. Модель формирования и разрушения ледового 88 покрова.

2.5. Численная реализация и сопоставление с 90 натурными данными.

Глава 3. Численного моделирование нижнего бьефа проектируемых Катунской ГЭС и Крапивинского гидроузла

Глава 4. Численного моделирование нижнего бьефа

Новосибирского гидроузла.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Численное моделирование гидроледотермических процессов в нижних бьефах ГЭС"

Строительство крупных гидротехнических сооружений приводит к существенным изменениям гидротермического и ледового режимов рек. В нижнем бьефе в зимний период образуется незамерзающая полынья и повышается влажность воздуха. В условиях крупных промышленных центров повышенная влажность воздуха может привести к образованию кислотных туманов, в горах - к обледенению дорог. Изменение температурного режима реки и условий газообмена в нижних бьефах в результате гидростроительства влияет на речную флору и фауну и приводит к изменению самоочищающей способности реки. Изменяется гидравлический и температурный режимы реки. Эти изменения часто носят негативный характер и требуют предварительной оценки на этапе проработки экологических последствий гидростроительства. Существенную роль при получении таких оценок играют методы математического моделирования.

Одной из основных задач, выполняемых Институтом водных и экологических проблем СО РАН (ИВЭП), является экологическая экспертиза последствий строительства гидросооружений. В частности, проводились экспертизы последствий строительства проектировавшейся Катунской ГЭС и проектируемого Крапивинского гидроузла. Одной из частных задач при этом являлись оценки таких параметров нижнего бьефа, как сезонная динамика полыньи и изменения гидравлического и температурного режима. Проводились работы по выявлению возможности обеспечения нормальной работы основного городского водозабора г. Новосибирска в зимний период при минимальных объемах попусков из водохранилища в маловодные годы. Для решения этих задач потребовалось создание моделирующей гидроледо-термические явления системы. Комплексное решение данной задачи в основном рассматривалось в работах, выполненных под руководством Белолипец-кого В.М (Белолипецкий и др., 1990). Предложенная в этих работах модель достаточно полно описывает гидроледотермический режим нижних бьефов высоко-напорных ГЭС и включает в себя подмодели гидравлического режима руслового потока, температурного режима реки, образования и переноса шугового материала, движения кромки льда, роста-таяния ледяного покрова и теплообмена между водой и атмосферой (льдом). Модель не учитывает видовое разнообразие шугового материала при описании процессов шугообразования, что может приводить в некоторых случаях к существенной ошибке в определении размеров полыньи. Эта ошибка возникает вледствие того, что в подмодель шугообразования входит эмпирическая зависимость, включающая в себя коэффициенты с существенным разбросом значений. Ошибка минимизируется с использованием натурных данных по объекту исследований. В случае отсутствия таких данных возникает неопределенность в результатах расчетов. Учет видового разнообразия шугового материала позволяет уменьшить эту неопределенность. Гидравлический режим водотока моделируется с использованием уравнений Сен-Венана. В зимнее время при наличии покрова льда возникают дополнительные силы сопротивления и давления. При определении сил трения учитывается увеличение периметра водотока за счет нижней поверхности льда, используются различные подмодели сил сопротивления потоку воды за счет трения. Дополнительное давление на поверхность воды со стороны покрова льда формируется за счет веса льда и его упругих свойств. Подходы, посвященные моделированию дополнительного давления, можно разделить на две группы. К первой группе можно отнести модели, в которых пренебрегается упругими свойствами льда, лед считается свободно плавающим на поверхности воды, дополнительное давление на поверхность воды со стороны покрова льда формируется за счет веса льда, используется упрощающее предположение о квазистационарности размеров полыньи. Этот подход отражен в работах (Белолипецкий и др., 1990; Виноградова Т.А.и др., 1985; Huokuna, 1987). К другой группе можно отнести модели, в которых в уравнении импульса пренебрегается весом льда и учитываются упругие свойства льда (Качанов, 1949; Дебольская, 1985, 2003; Козлов, 1992). Добавочный градиент давления в уравнении импульса определяется силой реакции ледяного покрова за счет упругих свойств. Для решения этой задачи используются методы теории тонких пластин и оболочек. На реках зачастую толщина льда достигает 1м и выше, причем толщина льда сильно меняется по длине реки и градиент толщины сопоставим с уклоном водной поверхности или превосходит ее. Поэтому при учете влияния изменения толщины ледяного покрова на гидродинамику потока представляется необходимой либо комбинация этих подходов либо выявление их существенности в расчете гидравлического режима водотока.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. При описании процессов шугообразования учесть наблюдаемое видовое разнообразие шугового материала.

6. Изучить с использованием разработанной комплексной модели влияя-ние теплового стока и метеоусловий на гидроледотермический режим нижнего бьефа Новосибирского гидроузла. Для условий маловодий выявить возможности обеспечения нормальной работы основного городского водозабора г. Новосибирска при минимальных объемах попусков из водохранилища путем учета положения кромки ледяного покрова.

Научная новизна работы. Развита одномерная нестационарная математическая модель гидроледотермического режима нижних бьефов ГЭС и гидроузлов: а) в подмодели шугообразования учтено видовое разнообразие шугового материала, что позволяет рассчитывать динамику полыньи в хорошем количественном соответствии с натурными данными; б) в подмодели гидравлического режима учтен градиент толщины ледяного покрова, что дает возможность корректно описывать гидравлический режим реки на участке нижнего бьефа в зимних условиях. Сделана оценка влияния упругих свойств льда на гидравлический режим водотока. На основе разработанной математической модели создан вычислительный комплекс, на базе которого был построен ряд компьютерных моделей гидроледотермического режима нижних бьефов проектирующихся и действующих ГЭС и гидроузлов. Получены количественные оценки влияния гидростроительства на изменение ледового режима Катунь и Томь, выполнен анализ экстремальной по маловодью зимней гидрологической ситуации в нижнем бьефе Новосибирского гидроузла и предложен способ минимизации попусков в нижний бьеф, обеспечивающих нормальный режим работы водозаборов г. Новосибирска.

Практическая значимость. Разработанная комплексная гидроледотер-мическая модель была использована при экологических исследованиях последствий гидростроительства на реках Катунь и Томь. С её использованием получены количественные характеристики гидроледотермического режима нижнего бьефа Новосибирского гидроузла при различных метеоусловиях и расходах воды и показана возможность минимизации попусков в нижний бьеф, обеспечивающих нормальный режим работы водозаборов г. Новосибирска при маловодьях. Ядро программного комплекса, созданного на основе рассматриваемой модели, было использовано для разработки учебно-научной установки по тематике работ Алтайского научно-образовательного центра информационных технологий (АНОЦ ИТ). Все представленные в диссертации результаты получены в рамках плановых научно-исследовательских тем Института водных и экологических проблем СО РАН.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на IV Всесоюзной школе «Математические проблемы экологии» (Чита, 1991), на XX Всесоюзной школе «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» (Ростов-на-Дону, 1991), на Первой Всесибирской конференции «Математические проблемы экологии» (Новосибирск, 1992), на международной конференции «Hydroscience and Engineering» (Washington, 1993), на VIII международной конференции «Inzynieria Srodowiska» (Wroclawiu, 1996), на III Международной конференции «Математические проблемы экологии» (Новосибирск, 1996), на Международной научной конференции «Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия» (Томск, 2000), на VI конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей" (Москва, 2004), на научной конференции "Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов" (Иркутск, 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка используемой литературы.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Кудишин, Алексей Васильевич

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Разработана комплексная математическая модель гидроледотермического режима нижних бьефов ГЭС и гидроузлов, которая учитывает: а) наблюдаемое в натурных условиях видовое разнообразие шугового материала, что позволяет количественно и качественно более точно рассчитывать расход шугового материала; б) изменение по длине водотока толщины ледяного покрова; и позволяет рассчитывать температурный и гидравлический режимы реки, расход шугового материала, динамику кромки и толщину ледяного покрова.

3. Получены количественные оценки изменений ледотермического режима рек Катунь и Томь на участках нижних бьефов проектируемых гидросооружений. Показано, что при использовании селективного (поверхностного) водозабора из водохранилища верхнего бьефа ГЭС ледотермический режим рассматриваемых участков существенно приближается к наблюдающемуся в естественных условиях.

Заключение.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Кудишин, Алексей Васильевич, Барнаул

1. Абраменков, Н.М. Опыт использования кинетического уравнения для описания процесса формирования внутриводного льда / Абраменков Н.М. // Метеорология и гидрология. -1980. -№ 9. -С. 97-104.

2. Абраменков, Н.М. О возможности моделирования процесса замерзания шугоносных рек / Абраменков Н.М. // Труды ГГИ. -1984. -Вып. 258. -С. 30-49.

3. Барышников, Н.Б. Гидравлические сопротивления речных русел / Барышников Н.Б. -С-Пб.: РГГМУ. 2003. -С. 146.

4. Бейлинсон, М.М. Теплобалансовые расчеты нарастания и разрушения ледяного покрова рек и водохранилищ в условиях резко континентального климата / Бейлинсон М.М // Динамика и термика рек и водохранилищ. М.: Наука. -1984. -С. 220-233.

5. Белоконь, П.Н. Инженерная гидравлика потока под ледяным покровом / Бело-конь П.Н. M.-JL: Госэнергоиздат. -1950. - С. 160.

6. Белолипецкий, В.М. Математическое моделирование динамики кромки ледового покрова в нижнем бьефе Красноярской ГЭС / Белолипецкий В.М. Ту-говиков В.Б. // Метеорология и гидрология. -1990. -№ 9. -С. 94-99.

7. Белолипецкий, В.М. Численное моделирование задач гидроледотермики водотоков / Белолипецкий В.М., Генова С.Н., Туговиков В.Б., Шокин Ю.И. // Новосибирск: Изд-во СО РАН. -1994. -С.136.

8. Берденников, В.П. Методика исследований зажорных явлений / Берденников В.П. // Труды ГГИ. -1956. -Вып. 55. -С. 94-120.

9. Берденников, В.П. Расчет некоторых элементов зажоров на реках Ангаре и Енисее / Берденников В.П. // Труды ГГИ. -1958. -Вып. 65. -С. 100-121.

10. Берденников, В.П. Условия шугохода в зоне кромки льда при формировании зажора / Берденников В.П. // Труды ГГИ. -1962. -Вып. 93. -С. 24-39.

11. Берденников, В.П. Динамические условия образования заторов льда на реках / Берденников В.П., Винников С.Д. // Труды ГГИ. -1964. -Вып. 110. -С. 3-11.

12. Берденников В.П. К дальнейшему развитию методики расчета воздействия раздробленного льда на берега и сооружения / Берденников В.П. // Гидрологические ресурсы продовольственной программы. -Д.: -1984. -С. 86-96.

13. Болотников, Г.И. О применимости теоретических моделей заторов льда для натурных условий / Болотников Г.И. // В кн.: Вопросы гидрологии суши. -Л.:-1982.-С. 43-50.

14. Булатов, С.Н. Основные факторы, определяющие начало весенних подвижек льда на реках / Булатов С.Н. // Метеорология и гидрология. -1952.- № 2. -С. 34-37.

15. Булатов, С.Н. Расчет прочности тающего ледяного покрова и начало ветрового дрейфа льда / Булатов С.Н. // Труды ГМЦ. -1970. -Вып. 74. С. 3-111.

16. Булатов, С.Н. О возможности создания универсального метода расчета времени вскрытия рек /Булатов С.Н. // Труды Гидрометцентра СССР. -1972. -Вып. 112. -С. 100-107.

17. Быдин, Ф.И. Развитие некоторых вопросов в области ледового режима водоемов / Быдин Ф.И. // Труды III Всесоюзного гидрологического съезда. Т. 3. Л.: Гидрометеоиздат. -1959. -С. 278-286.

18. Вартазаров, С. Я. Движение внутриводного льда в потоке / Вартазаров С. Я. // Известия Академии наук Армянской ССР. -Т. И. -№ 2. -1949.

19. Васильев, О.Ф. Численный метод расчета распространения длинных волн в открытых руслах и приложение его к задаче о паводке / Васильев О.Ф., Годунов С.К. и др. // ДАН СССР. -1963. -Т. 151. -№ 3. -С. 525-527.

20. Васильев, О.Ф. Математическое моделирование качества воды в системах открытых русел / Васильев О.Ф., Воеводин А.Ф. // Динамика сплошной среды. -Новосибирск: Изд-во ИГ СО АН СССР. -1975. -Вып. 2. -С. 73-87.

21. Винников, С.Д. Гидрофизика / Винников С.Д., Проскуряков Б.В. // Л.: Гидрометеоиздат. -1988. -С. 248.

22. Виноградова, Т.А. Расчет рапространения половодий в устьях сибирских рек с учетом неравномерно рапределенного ледяного покрова / Виноградова Т.А., Никифоровская B.C. // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. -М.: Наука. -1985. -С. 257-262.

23. Вольмир, А.С. Гибкие пластины и оболочки / Вольмир А.С. -М.: Гостехиздат. -1956. -С.564.

24. Генкин, З.А. Влияние взаимодействия ледовых образований на формирование ледовых явлений в районе кромки льда / Генкин З.А., Трегуб Г.А. // Материалы конференции «Лед-87». -Л.: Энергоатомиздат. -1989. -С. 57-64.

25. Готлиб, Я.Л. Ледотермика Ангары / Готлиб Я. Л., Займин Е.Е., Раззоренов Ф.Ф., Цейтлин Б.С. Гидрометеоиздат. -1964. -С. 154.

26. Готлиб, Я.Л. Натурные гидрологические исследования при проектированиях ГЭС/ Готлиб Я. Л., Кузьмин И.А., Сокольников Н.М., Раззоренов Ф.Ф. -Л.: Гидрометеоиздат. -1971 -С. 268.

27. Готлиб, Я.Л. Лед в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС / Готлиб Я. Л., Донченко Р.В. Пехович А.И. Соколов И.Н. Л.: Гидрометеоиздат. 1983. -С. 200.

28. Гришанин, К.В. Распределение скоростей и коэффициент трения в потоках под ледяным покровом / Гришанин К.В., Спецов Ф.А. // Тр. ЛИИВТ. Л.: ЛИВТ. -1968а. -Вып. 110. С. 53-69.

29. Гришанин, К.В. Распределение скоростей и сопротивление трения в потоках под ледяным покровом / Гришанин К.В., Спецов Ф.А. // Тр. ЛИИВТ. Л.: ЛИВТ. -Вып. 119. -19686. С. 53-62.

30. Гришанин, К.В. Гидравлические сопротивления естественных русел / Гришанин К.В. Л.: Гидрометеоиздат. 1992. - С. 258.

31. Дебольская, Е.И. Распространение длинных волн в русле с ледяным покровом / Дебольская Е.И. //Гидрофизические процессы в реках и водохранили-щах.-М. -1985. -С.35-42.

32. Дебольская, Е.И. Динамика водных потоков с ледяным покровом / Дебольская Е.И. М.: Изд. Московского гос.ун-та природообустройства. -2003. -С. 278.

33. Донченко, Р.В. Физические свойства внутриводного льда (шуги) / Донченко Р.В. // Труды ГГИ. -1956. -Вып. 55. -С. 5-40.

34. Донченко, Р.В. Закономерности образования и распространения зажоров на реках СССР/ Донченко Р.В., Щеголева Е.В. // Труды ГГИ. -1985. -Вып. 309. -С. 3-15.

35. Донченко, Р.В. Методы расчета зажорных и заторных уровней воды на зарегулированных участка рек / Донченко Р.В. // Труды ГГИ. -1986. -Вып. 323. -С. 3-18.

36. Донченко, Р.В. Ледовый режим рек СССР/ Донченко Р.В. Л.: Гидрометеоиздат.-1987.-С. 248.

37. Естифеев, A.M. Процессы зажорообразования на реках и водохранилищах и методы их регулирования / Естифеев A.M., Соколов И.Н. // Труды координационных совещаний по гидротехнике. -1970. -Вып. 56. -С. 36 53.

38. Железняков, Г.В. Пропускная способность русл каналов и рек / Железняков Г.В. Л. Гидрометеоиздат. -1981. -С. 311.

39. Железняков, Г.В. О движении воды в реках при ледоставе / Железняков Г.В., Пейч Ю.Л. // Динамика и термика рек водохранилищ и прибрежной зоны морей. М.: ИВП РАН. -1999. -С. 122-123.

40. Иванов, К.Е. Динамика ледостава и зажоров на р. Нева / Иванов К.Е., Колокольцев Н.А. // Труды ГГИ. -1950. -Вып. 06. -С. 140-195.

41. Инструкция по режиму эксплуатации и определению пропускной способности каналов в зимний период. ВСН-84 Минводхоз СССР. -М: Минводхоз. -1984. С. 35.

42. Караушев, А.В. Речная гидравлика / Караушев А.В. Л.: Гидрометеоиздат. -1969.-С. 416.

43. Качанов, Л.М. К теории прочности ледояного покрова при колебаниях уровня воды / Качанов Л.М. //Труды НИУ. -Сер.1. -Вып. 6. -М. Метеорология. -1949. -С. 5-88.

44. Киселев, А.А. Лабораторные исследования пропускной способности русел покрытых льдом и шугой / Киселев А.А. // Труды ГГИ. -1985. -Вып. 309. -С. 58-65.

45. Киселев, А.А. Лабораторные исследования гидравлических сопротивлений зажорных скоплений / Киселев А.А. // Труды ГГИ. -1991. -Вып. 354. -С. 3037.

46. Козлов, Д.В. Гидравлические и термические особенности зимнего режима бъфов речных гидроузлов / Козлов Д.В. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 05.23.06. -Моск. гидромелиоратив. ин-т. - М. -1992. -С. 176.

47. Колесникова, А.Г. О скорости образования внутриводного льда / Колесникова А.Г., Беляев В.И., Букина J1.A. // Труды 3-го Всесоюзного гидрологического съезда. -1959.-Т.З. -С.426-435.

48. Крицкий, С.Н. Зимний термический режим водохранилищ рек и каналов/ Крицкий С.Н., Менкель М.Ф., Россинский К.И. M.-JL: Госэнергоиздат. -1947.-С.155

49. Кутателадзе, С.С. Основы теории теплообмена / Кутателадзе С.С. Новосибирск: Наука. -1970.-С. 659.

50. Ляпин, В.Е. Ледотермический режим нижних бьефов ГЭС и влияние на него тепловых стоков/ Ляпин В.Е., Трегуб Г.А., Разговорова Е.Л. // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. -М.: Наука. -1985. -С. 263-269.

51. Методические указания по борьбе с заторами и зажорами льда. Л.: Энергия. -1970. ВСН-028-70. -С. 151.

52. Мишон, В.М. Практическая гидрофизика / Мишон В.М. -Л.: Гидрометеоиздат. -1983. С. 176.

53. Мыржыкбаев, В.М. Установление коэффициента шероховатости нижней поверхности ледяного покрова на канале Иртыш-Караганда / Мыржыкбаев

54. B.М. // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. -1981. -№ 4.1. C. 68-71.

55. Назаренко, С.Н. Опыт прогнозирования элементов ледотермического режима нижних бьефов ГЭС / Назаренко С.Н., Кожевникова Т.Е., Сулимова Л.И. // Гидротехническое строительство. -1980. -№ 9. -С. 40-43.

56. Нежиховский, Р.А. Расчеты и прогнозы стока шуги и льда в период замерзания рек / Нежиховский Р.А. // Труды ГГИ. -1963. Вып. 103. -С. 3-40.

57. Нежиховский, Р.А. Коэффициенты шероховатости нижней поверхности ледяного покрова / Нежиховский Р.А. // Труды ГГИ. -1964. Вып. 110. -С. 54-82.

58. Нежиховский, Р.А. Типы замерзания рек и типы зажоров льда / Нежиховский Р.А. // Метеорология и гидрология. -1974. № 2. -С. 68—74.

59. Нежиховский, Р.А. Условия образования и прогнозы льда на реках / Нежиховский Р.А., Бузин В.А. // Метеорология и гидрология. -1977.№ 5. -С. 70-75.

60. Образовский, А.С. Гидравлика водоприемных ковшей / Образовский А.С. -М.: Госстройиздат. -1962. -С. 210.

61. Одрова, Т.В. Гидрофизика водоемов суши / Одрова Т.В. Д.: Гидрометеоиздат.-1979. -С. 312.

62. Павловский, Н.Н. К вопросу расчетной формулы для равномерного движения в водотоках с неоднородными стенками / Павловский Н.Н. Изв. НИИИГ. Т. 3.-1931.-С. 8-16.

63. Павловский, Н.Н. Собрание сочинений / Павловский Н.Н. М.: Изд-во АН СССР.-1956.

64. Панфилов, Д.Р. Интенсивность ледовых воздействий на сооружения при ледоставе / Панфилов Д.Р. //Мат. конф. и совещ. по гидротехнике.-Л.: Энергия. -1979.-С.63-69.

65. Пехович, А.И. Основы гидроледотермики / Пехович А.И. -Д.: Энергоатомиз-дат. -1983.-С. 200.

66. Пиотрович, В.В. Причина избирательного образования внутриводного (донного) льда. / Пиотрович В.В. //Метеорология и гидрология.-1949. N4. -С.63-67.

67. Пиотрович, В.В. Расчеты толщины ледяного покрова на водохранилищах по метеорологическим элементам / Пиотрович В.В. Д.: Гидрометеоиздат. -1968.-С. 186.

68. Пономарев, М.Б. Расчет нарастания льда на Куйбышевском водохранилище для целей краткосрочного прогноза / Пономарев М.Б. // Труды Гидрометцентра СССР. -1977. Вып. 184. -С. 73-77.

69. Рекомендации по расчету длины полыньи в нижних бьефах ГЭС. П 28-86/ВНИИГ. Д.: Гидрометеоиздат. -1986. -С. 38.

70. Россинский, К.И. Термический режим водохранилищ / Россинский, К.И. М.: Наука.-1975.-С. 167.

71. Рось, У.С. О расчетных формулах для русел, покрытых льдом / Рось, У.С. // Гидротехничнское строительство. -1965. № 10. -С. 34-45.

72. Руководство по гидрологическим прогнозам. Вып. 4. -Л.: Гидрометеоиздат. -1963.-С.291

73. Рымша, В.А. Распределение тепла кристаллизации переохлажденной воды по глубине в потоках и водоемах / Рымша, В.А. // Труды ГТИ. -1962. Вып. 93. -С. 40-51.

74. Рымша, В.А. Исследования и расчеты замерзания рек и водохранилищ / Рымша В.А., Донченко Р.В. / Рымша, В.А. // Труды ГТИ. -1965. Вып. 129. -С. 320.

75. Синотин, В.И. Гидравлический расчет потока под ледяным покровом/ Сино-тин В.И., Генкин З.А. // Метеорология и гидрология. -1966. № 12. -С. 5-22.

76. Синотин, В.И. Исследование увлечения льдин под преграду / Синотин В.И., Генкин З.А. // Труды ГГИ. -1972. Вып. 192. -С. 37-43.

77. Спицын, И.П. Общая и речная гидравлика / Спицын И.П., Соколова В.А. Л.: Гидрометеоиздат. -1990. -С. 360.

78. Трегуб, Г.А. Расчетный метод определения начальной толщины льда на водохранилищах / Трегуб Г.А. // Ледотермика и ледотехника. Известия ВНИИГ. -1994. Т. 228. С.44-47.

79. Тройнин, В. К. Некоторые вопросы воздействия зажорных и заторных масс на отдельно стоящие опоры / Тройнин, В. К. // Труды координационных совещаний по гидротехнике. -Л.: Энергия. -1970. Вып. 56. -С. 150—156.

80. Туговиков, В.Б. Численное моделирование гидроледотермических режимов нижних бъефов / В.Б. Туговиков -Дис. на соиск. учен. степ. канд. физ.-мат. наук : 05.13.16. -Красноярск: -1991. -С. 149.

81. Филиппов, A.M. Модельные исследования вовлечения льда под кромку ледяного покрова / Филиппов A.M. // Труды ГГИ. -1973. Вып. 201. -С. 107-114.

82. Хендерсон-Селлерс, Б. Инженерная лимнология / Хендерсон-Селлерс Б. -JL: Гидрометеоиздат. -1987. -С. 336.

83. Чижов, А. Н. К вопросу об исследовании шуговых явлений на горных реках / Чижов А. И. // Труды ГГИ. -1958. Вып. 65. -С. 84—99.

84. Чижов, А.Н. Образование внутриводного льда и формирование шугохода на горных реках / Чижов А. И. // Труды ГГИ. -1962. Вып. 93. -С. 3-23.

85. Чижов, А.Н. Закономерности пространственного распределения толщины ледяного покрова рек озер и водохранилищ / Чижов А. Н. // Труды ГГИ. -1985. Вып. 309. -С. 15-23.

86. Чижов, А.Н. Формирование ледяного покрова и пространственное распределение его толщины / Чижов А. Н. Л.: Гидрометеоиздат. -1990. С. 128.

87. Чугуев, P.P. Гидравлика / Чугуев P.P. Л.: Энергия. -1982. -С. 672.

88. Шуляковский, Л.Г. Появление льда и начало ледостава на реках, озерах и водохранилищах. Расчеты для целей прогнозов / Шуляковский Л.Г. Л.: Гидрометеоиздат. -1960. -С. 216.

89. Шуляковский, Л.Г. К методике расчета толщины ледяного покрова на водохранилищах / Шуляковский Л.Г. // Труды Гидрометцентра СССР. М.: Гидрометеоиздат. -1972. Вып. 112. -С. 50-63.

90. Ashton, G.D. River ice // American scientist. -1979. N 67 P. 38-45.

91. Beltaos, S. Rivers ice jams: theory, case studies and applications // J. Hydraul. Eng. -1983. V. 109. № 10. -P. 1338-1359.

92. Beltaos, S. Hydraulics of ice-covered rivers // In: Issues and Directions in Hydraulics. Nakato & Ettema (eds). Balkema: Rotterdam. -1996. -P. 159-166.

93. Halabi, Y.S. Transport and accumulation of fraxil-ice suspensions in rivers / Halabi Y.S., Shen H.T., Papatheodorou T.S., Briggs W.L. // In Proc. Inter. Conf. "Math.

94. Modelling in Science and Technology. Zurich. 1983". New York. -1983. -P. 412-417.

95. Han, T.J. An open boundary condition for incompressible stratified flows / Han

96. J. of Hydraulic Eng. ASCE. -1984. Vol. 110.№ 7. -P. 958-971. Jobson, H.E. The dissipation of excess heat from the water systems // Proc. ASCE.

97. J.Po.Div. -1973. N 99 (POl). -P. 89-103. Kennedy, J.F. Ice jam mechanics // Proc. IAHR. Symposium on ice problems.

98. Hanover.-1975.-P. 143-164. Lennart, B.F. Ice covers formation and break-up solid ice covers on rivers.

99. Roy. Meteor. Soc. 1963. N 89. -P. 339-348. Wake, A. Modeling ice regime of lake Eria / Wake A., Rumer R.R. // J. Hydraul. Div. -1979. V. 105. NHY 7. -P. 827-844.

Информация о работе

Кудишин, Алексей Васильевич
кандидата физико-математических наук
Барнаул, 2006
ВАК 25.00.27

Диссертация

Численное моделирование гидроледотермических процессов в нижних бьефах ГЭС - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы