Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Пропускная способность пойменных русел

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Пропускная способность пойменных русел"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

на правах рукописи

ИСАЕВ Дмитрий Игорэаич

УДК 556.533

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЙМЕННЫХ РУСЕЛ 11.00.07 - "Гидрология суши, водные ресурсы и гидрохимия"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации из соискание ученой стопами кандидата географических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа шполпена в Российском государственном падромотеоропггичсск:«,! институте

Научный рукоьоднтель - злслужгнний деятель наувг РФ, доктор географических нау*, профессор Н.Б. Барышников.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ, дэстср географических наук, профессор С .А. 4o4iT.it

кандидат технических наук Н.Р. Граче».

Ведущая организация: - Московский государственный университет.

Защита состоится " 22" июни 1935 г. в 15 час 30 мин на заседания специализированного совета Д. 063.19.01 в Российском государстыоннем гидрометеорологическом мнетитуго , по адресу:

195105, Сенкт - Петербург, Малоохтинси,«! пр., д.ЗЗ, РТГг.!И.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического института.

Автореферат расослан мая 1995 г.

Ученый секретарь ^-П

специализированного совета /[/

кандидат географических наук В.Д. Еникеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Диссертация посвящена исключительно взжной для обеспечения проектирования гидротехнических сооружений и расчетов экологической нэфузки проблема - разработке методов расчетов пропускной способности пойменных русел.

У^лью рпботы япллетсп разработка методов рисчетоа пропускной способности пойменных русел, учитывающих особенности морфологического строения пойм и их гидродинамического режима.

Достоверность результатов роботы обеспечивается широким использованием большого объема натурмсЯ информации по пойманным створам равнинных рек территории РФ и хорошей сходимостью расчетных и натурных данных на оснозо независимой информации.

Научная новизна . Опорные выполнена классификация гидравлического режима пойменных потоков, основанная на учете особенностей морфологического строения различных типов пойм . Разработаны методист расчетов: ,

- пропускной способности пойменных русел, учитывающие фазу водного режима и морфомвтрические характеристики пойм;

- затопления и опорожнения пойменных массивов.

Предложена методика определения и уточнения когффяцизитоа шероховатости пойм.

Практическая значимость. Результаты расчетов могут быть использованы при оценке водопропускной способности пойменных русел, при расчетах затопления пойменных территорий высокими водами, при сценка экологической нагрузки и при расчетах расходов поды по меткам высоких вод.

Расчетная схема была применена для определения уровней и расходов • воды на участке р. Преголь в условиях подпора от Вислинского залиаа для количественной оценки изменении экологического состояния городских акваторий г. Калининграда.

Дп!юбаци.и_. работы . Результаты исследований докладывались на:

- совещаниях Межоузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых, и устьевых процессоз Госкомобразования РФ (Воронеж 1393, Пскоз 1994);

- международной конференции "Сеоер - Юг - Запад - Восток", (Сонет - Патер-бург, 1394г);

- международной конференции по проблемам ренатурации пойм (Бад - Блан-кенбург ФРГ, 1994г.)

- сессии Ученого Совета РГГШ (Санкт - Петербург, 1993г);

- семинарах кафедры гидрометрии (Санкт - Петербург, 19S4r);

Объем и структура работы Диссертация изложена на 1X0 • страницах машинописного текста,, содержит 22 рисунка, 5 таблиц, состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Основное содержание рвботы

Во введении обосновываются актуальность, практическая значимость и научная новизна работы, сформулированы цель и задачи исследований. В первой главе рассматриваются особенности морфологического строения пойм и их влияние на гидравлику пойменного потока. Выполнен анализ работ по исследованию пойм РА Елеиевского (1336), Е.В.Шанцера (1951), H.H. Маккавеева (1S55), И.В.Попова (1970), Р.С.Чалова (1979) и других исследователей.

В результате этих работ сформировались современные воззрения на процессы образования и развития пойм, закономерности строения ее рельефа. Установлена четкая зависимость особенностей строения поймы от типа руслового процесса, нашедшая свое отражение в типизация* ГГИ (1970) и МГУ (1986). В рамках гидрологического подхода Н.Б.Бгрышниковым разработана типизация • условий взаимодействия руслового и пойменного потоков (197S).

Гидрологическое направление рассматривает пойму . как часть большого русла, служащего для пропуска высоких вод и осуществляющего регулирование поводочного стока. В соответствии с последними воззрениями особенности морфологического строения пойм определяют гидравлику потока на них. Последняя же, в свою очередь, воздействует на морфологическое строение пойм. Поэтому эти процессы взаимосвязаны.

Важной с точил зрения расчетов пропускной способности пойм является и их "четковидное" строение в плане (Чалов, Маккавеев (1Э85)).

Для всех типов пойм и пойменных массивов в период прохождения высоких вод исследователи ( Барышников 1978, Попов 1972 .Усачев 1972 и др.) выделяют следующие четыре фазь) гидродинамического режима:

1. начало подъема воды и заполнение низин пойм через низовые прорвы;

2. затопление центральных ее частей и одновременная работа верховых и низовых прорв, заполнение аккумулирующих емкостей и водообмен между ними посредством внутренних прорв;

3. заполнение пойм, образование транзитного потока;

4. опорожнение пойм, работа прорв по разгрузке пойменных емкостей.

Большое значение при расчетах пропускной способности пойм имеет пойменная растительность. Ее видовой состав, высота и густота определяют гидравлические сопротивления движению пойменных потоков.

Совокупность особенностей морфологического строения, характера распространения и типов пойменной растительности а также различных фаз водного режима определяют весьма сложный ражим движения пойменных потоков. Поэтому расчеты, связанные с определением пропускной способности пойменных русел, необходимо начннатв о морфологического анализа. Задачей такого анализа является выделение морфологически однородных пойменных участков с выявлением на них структуры пойменного рельефа ( прирусловых валов, вееров перемещения, проток, прорв), и картирование пойменной растительности.

Во второй главе рассматривается проблема учета гидравлических сопротивлений при. взаимодействии руслового и пойменного потоков.

На основа анализа литературы по проблеме (Г.8. Железняков (1050), В.Н. Гончаров (1962), И.П. Спицын (1962), Н.Б. Барышников (1933) и др.) показано, что наличие поймы приводит к заметному увеличению гидравлических сопротивлений «эк руслового так и всего руслопойменного потока. Выполнены уникальные исследования, проведенные в естественных условиях (ГГИ о 1962-63, 1965 и 1970 годах, МГМИ на р.Обь, А.Л. Рздюк (1964) на Сибирских реках). Исходя ид анализа натурных данных разработана типизация процессов взаимодействия руслового и пойменного потоков (Н.Б. Барышников (1934)).

Однако, методики расчетов, а том числе и рекомендованные директивными документами, не обеспечивают достаточной точности расчетов пропускной способности русел и особенно пойм.

Это привело к необходимости разработки новых подходов. Одним из ■ них-является предложенная методика, основанная на расчета по формула Шези средних скоростей на пойменных вертикалях. Учет эффекта воздействия руслового потока на пойменный при этом производится путем сравнения натурной и расчетной эпюр распределения скоростей по ширине поймы. Результаты сразнения и анализа этих совмещенных эпюр для различных условий взаимодействия потоков, выполненные на примере 6 рек России (р. Лежа - Бушуиха. р. Горынь - Оженин, р. Двиница - Котлатса, р. Вычегда - Пузла, р. Десна - Разлеты. р. Селемджа - Усть-Ульма) позволили установить:

- при параллельности осей руслового и пойменного потоков и при их схождении (угол между геометрическими осями потоков а<25°) отклонения измеренных скоростей от расчетных не превышают в среднем 10 -15%;

-при расхождении осей этих потоков измеренные скорости а среднем на 30% превышают расчетные;

-воздействие pycr.ossoro потока на пойманный ггвисит от глубмки сатол-лгния поймы, высоты и степей.! зерг.стонип прируслового бола .При нтагя в средних паводках прирусловой сап ослабляет язаимноа влияние руслового к 'пойменного потоков а пойменная грива ограшгчизаот sto влияние прирусловой частью патока.

В третьей глзео выполнен анализ методов расчета пропускной способности пойменных русел в зависимости от фазы водного ражима и от особенностей морфологического строения пойм.

Bes рассмотренные методы можно условно разделить на три группы. К первой - относятся методы, основанные на формулах разномерного движения. Ко второй, - основанные на численном решении дифференциальных уравнений движения воды. Третья группа - базируется на анализе натурного материала и разработке на его основе эмпирических формул.

Очевидно, что характер применяемой методики зависит от гидродинамического режима потока, его кинематической структуры. Так, единый транзитный поток при низких и средних паводках преимущественно будет образовываться на узких поймах, при ограниченном и незавершенном меандрировзнии, в пойменных узкостях при стеснении дна долины и на отдельных пойменных фрагментах, нетипичных для участка в целом. Расчеты пропускной способности для условий такого потока можно производить на основа одномерных моделей, а в наиболее простых случаях - применяя формулы равномерного двуи<ения. Образование системы транзитных потоков наиболее вероятно на пойменных массивах при свободном меандрировании и многорукавной пойме, при развитой системе грив, понижений и проток. Подобные системы течений описываются математическими моделями плановой гидравлики.

Нетранзитная зона характерна для широких пойменных массивов или массивов типа "карман". Расчет застойных нетранэитных зон осуществляется плановыми моделями, а расчет процессов затопления и опорожнения пойменных массивов требует разработки соответствующей методики.

В первом раздало рассматриваются методы расчет«, основанные на уравнениях равномерного движения. Расход воды считается как сумма расходов в русловом и пойменных отсеках потока: . • 0) Уклон свободной поверхности при этом принимается одинаковым для пойменной и русловой частей. Это условие является вынужденным, поскольку частные уклоны отсеков потока (отдельно русло и пойма ) не измеряются, хотя равенство этих уклонов (или примерное равенство) будет наблюдаться только в случае образования единого транзитного потока. Коэффициенты

Шези С при применении формулы равномерного движения характеризуют все гидравлические сопротивления движению руслопойменного потока.

Как указывают исследователи (Барышников (1992), Гришанин (1992), Знаменская (1992) и др.), в естественных потоках гидравлические характеристики и морфометрия потока взаимосвязаны, поэтому структура формул для расчетов коэффициента Шези С должна быть основана на принципе саморегуляции системы 'речной поток-русло".

Во втором разделе рассматривается использование одномерных математических моделей применительно к расчетам пропускной способности руслопойменных потоков.

Математической основой при создании одномерной математической модели неустановившегося движения являются различные модификации уравнений Сен-Венана. Однако, они не учитывают массообмен между русловым и пойменным потоками, потери энергии, связанные с этим явлением а также аккумуляцию воды на пойме и возврат этого объема (за вычетом потерь) на спаде паводка или половодья. Н.Б. Барышников (1984) предложил рассматривать русло - пойменный поток как два одномерных потока (русловой и пойменный) взаимодействующих друг с другом посредством массообмена. Величину массобмена им предлагается рассчитывать по формулам водослива с широким порогом. К сожалению, эта методика не доведена до уровня расчетного пользовательского алгоритма из-за сложности определения необходимой исходной информации. В.П. Рогунович (1989) разработал свою модель расчета движения паводочной волны по пойменным руслам, учитывающую возможность образования застойных зон на пойме. Однако предложенная методика также не учитывает специфических особенностей пропуска поймами высоких вод.

Нами предлагается методика расчета пропускной способности и реше-■ ния обратной задачи - построения кривой свободной поверхности пойменных русел. Методика основывается на следующих положениях: - при расчетах пропускной способности потока для условий расчетных обеспеченных расходов воды или при пропуске максимальных расходов на пике половодья или паводка режим движения потока стационарен или близок к стационарному;

-для ряда пойм характерно образование единого транзитного потока, которое представляется как плавно изменяющееся и описывается дифференциальным одномерным уравнением неравномерного движения. Решение этого уравнения производится численными методами, на основе алгоритма решения задачи Коши. Для элементарного участка уравнение представлено в конечных разностях:

ь

. - построение конечно - разностной сетки выполняется на основе предварительного морфологического анализа поймы реки, на которой выделяются участки с Минимальной пропускной способностью. Такими участками являются места естественных сужений пойм, возвышенные верховые части пойменных массивов, участки, густо поросшие растительностью и другие участки, оказывающие влияние на выше лежащие створы;

- в рамках одномерной идеализации руслопойменный поток сводится к единому потоку с приведенными параметрами. ..

- приведенный коэффициент шероховатости л, рекомендуется рассчитывать как средневзвешенную величину пропорционально частным расходам воды на участках поймы с однотипной шероховатостью. С учетом формулы Маннинга:

Поверочные расчеты на основе данной модели произведены для пойменного участка р. Преголь, расположенного между 33 и 60 км от устья. Участок представляет собой однорукавмое русло и ровную луговую пойму, местами поросшую кустарником.

Вычисление значений приведенного коэффициента шероховатости в русле и на пойме по формуле (3) производилось лишь на начальном этапе расчетов. В дальнейшем они уточнялось по результатам идентификации кривой водной поверхности, полученной по модели с наблюдёнными отметками уровня воды на водомерных постах устьевого участка.

Анализ и сравнение результатов расчетов проведенных на независимом материале показали:

- погрешность определения расхода воды для расчетного участка по стандартной методике (1) достигает 93%, составляя в среднем 25,6%, тогда как по рекомендованной только 14%;

- при применении формул равномерного движения к расчетам пропускной способности пойменных потоков коэффициент шероховатости несет в себе не свойственную для него нагрузку. Кромепотерь на трение он учитывает весь комплекс сопротивлений;

(3)

-дгт стационарных, плавно изменяющихся условий расчетные формулы неравномерного движения в большей степени отвечают движению русло -пойменного потока, чем формулы равномерного движения.

Подобный подход обеспечивает надежность результатов расчетов в узком диапазоне изменения уровней воды и небольшом интервале времени, однако для гидравлических расчетов при расходах воды редкой повторяемости, превышающих максимальные наблюденные величины, требуется знание законов изменения коэффициентов шероховатости (или коэффициентов сопротивления) во времени и в пространстве.

В третьем разделе рассматривается возможность применения плановых математических моделей к задачам расчета гидравлических характеристик на затопленных поймах. Выполнен анализ применения различных расчетных схем, по результатам которого за основу был принят алгоритм расчета, предложенный Н.Р. Грачевым (1994). Особенностью этого алгоритма является возможность расчетов сложных полей течений, рельефа дна и распределения шероховатости в условиях установившегося и неустановившегося движения. 3 его основе лежат двумерные уравнения Сен-Венана и уравнение деформаций русла.

Для расчетов по этой модели был выбран участок двухсторонней поймы

р.Тетерев у с. Макалевичи , со сложным рельефом, обличающимся разнообразием морфологических форм. Параметризация модели осуществлялась путем подбора коэффициентов шероховатости, на основе сравнения результатов расчетов с наблюденными величинами.

Результатами расчетов являются поля отметок свободной поверхности воды на пойме и средних скоростей течения. Анализ полученных данных по-• кззывает наличие значительных поперечных уклонов, связанных с выходом руслового потока на пойму.

В целом, опыт применения данной методики свидетельствует о высокой ее эффективности при расчетах полей скоростей течений и отметок свободной поверхности руслопойменных потоков.

В четвертой главе Выполнен анализ методов расчетов заполнения и опорожнения пойманных массивов.

Наиболее часто на равнинных реках русловой процесс идет по типу меандрирования, определяя тем самым тип образующихся пойм, а также и их гидродинамический режим. Качественно разная динамика потока при раз-

&

личных фазах водного режима требует и различных подходов к методике расчета ее элементов. Н.Е. Кондратьев (1973) предложил для второй и четвертой фазы (соответственно затопление центральной поймы и ее опорожнение) рассчитывать массобмен между русловым и пойменным потоками путем расчета расхода воды через пойменные преграды по формуле водослива с широким порогом.

Однако, анализ картографического материала для пойменных массивов приводИ1 к выводу о том, что в большинстве случаев для участков низовых понижений в прирусловых валах характерен режим короткого канала, а не водослива с широким порогом, поэтому в методику а необходимо внести существенные изменения.

Так, изменение отметок водной поверхности на пойме за время сН можно представить как изменение объема воды на пойме, отнесенное к площади ее зеркала:

. (/О (4)

а изменение объема веды на пойме определяется суммарным расходом через прорвы:

Л(5) Расход воды принимается постоянным в течение короткого интервала времени Л. Для короткой прорвы, форма которой близка к призматической, он определяется по перепаду отметок свободной поверхности в русле и на пойме по формуле Шези:

„..с^еы : ' ■. (6) .

При сложных очертаниях прорвы делят на короткие участки, в пределах которых изменение отметок водной поверхности можно считать линейным. Расход воды в этом случае определяется оптимизацией кривой свободной поверхности в прорве при известных отметках уровня воды в русле й на пойме по формуле (2). ;

В качестве начальных условий расчета задается отметка уровня воды в русле и начальная отметка уровня воды для низинной поймы. Расход воды

на начальные условия определяется подбором. Затем, за расчетный интервал времени определяется объем воды поступившей на пойму IV (6) и по зависимости VI/ =1{2,) определяется новая отметка уровня воды на низинной пойме По данным гидрометрических наблюдений задается следующая по времени отметка уровня воды в русле. Расчет повторяется до тех пор, пока уровни воды в русле и на пойме не сравняются. Расчетную схему можно применять и для условий опорожнения пойменного массива.

По данной методике были выполнены расчеты времени затопления участка луговой поймы р. Белый Лух у в/п Тимошино шириной 400 м. Анализ результатов расчетов показал, что время выравнивания уровней воды в русле и на пойме составляет 20-30 минут и слабо зависит от интенсивности подьема уровней воды в русле.

Для широких пойм, например на реках Обь или Ока процесс затопления более длителен и должен учитываться при стандартных гидрологических наблюдениях. Анализ результатов расчетов, выполйенных на пойменном массиве р. Оки у г.Муром (ширина поймы 4 км), показал, что ход уровней воды на пойме существенно отстает по времени от хода уровней воды в русле, а расходы воды через низовое понижение могут достигать 80 - 90 мЗ/с. Наибольшие перепады уровней воды в русле и на пойме наблюдаются в периоды интенсивного подьема уровней и в начале спада высоких вод.

В пятой главе рассмотрены вопросы, связанные с расчетом и назначением коэффициентов шероховатости пойм.

Как правило, при использовании расчетной схемы (1) для определения коэффициентов Шези пойменных потоков применяются различные формулы (Павловского, Маннинга, Агроскина и др.). Тем самым принимается, что характер сопротивлений пойм . подобен режиму сопротивлений русла, а особенности движения пойменного потока учитываются посредством коэффициента шероховатости пойм п„. При отсутствии данных наблюдений для определения п„. применяют таблицы коэффициентов шероховатости. Погрешности расчетов при их использовании по данным Н.Б. Барышникова (1984) могут достигать 400%,

Анализ натурной информации, по 12 региональным Управлениям Гид-рометслужбы, включающей данные по 110 гидрологическим постам на пойменных створах малых и средних рек РФ показал ее недостаточную надежность.

Так, максимальные погрешности назначения п к по таблицам по сравнению с рассчитанными по формуле Шези • Маннинга на основе натурных данных составили 219% (р. Сережа - Лесуново), а средние - 40-60%.

Н.6. Барышниковым (1992} было выделено 5 типов кривых зависимости л/я ер« ЦЬЬрв) и выявлены критерии их оценки, зависящие от типа руслового процесса, строения дна и берегов русла, наличия водной растительности, типа мезоформ русла и других факторов.

Продолжение работ в этом направлении позволило установить, что отклонения Оп - п„ - (где: - коэффициент шероховатости, назначенный по соответствующей таблице ( М.Ф. Срибного, В.Т. Чоу , И.Ф. Карасева);

Ап - поправки к табличным значениям, зависящие от определяющих факторов, п„ - коэффициенты шероховатости, рассчитанные по формула Шези -Маннинга) являются интегральной характеристикой различных форм сопротивлений движению пойменных потоков, не учитываемых таблицами в явном виде.

Для оценки вклада основных из определяющих факторов в общий режим сопротивлений были построены графики зависимостей вида

и=/(//', а); л = ; т.е. в качестве определяющих факторов рассмат-

ривался уровень воды над бровками прирусловых валов Н\ относительная ширина поймы Вр/В„ и тип взаимодействия, учитываемый углом между динамическими осями руслового и пойменного потоков (X.

Наиболее надежные графические зависимости вида п„ -1(а) были получаны для уровней образования единого транзитного потока Н„„. Разброс ' точек на графиках, соответствующих натурным данным, для более низких уровней' затопления пойм значителен и не позволяет использовать эти графики в качестве расчетных.

Анализ зависимости n=1(BJB^a) показал, что для узких пойм (В„/0, < 1-3) эффект взаимодействия вносит существенный вклад в режим, сопротивлений (до 50%). При более широких поймах кривые Ап„ = ЦВ^ВР) выполаскиваются, вклад потерь энергии при массобмене руслового и пойменного потоков в ражим сопротивлений уменьшается. К сожалению, эти зависимости нельзя рекомендовать а качестве расчетных, так как разброс точек, соответствующих натурным данным, велик.

Большой практический интерес представляет установление зависимости п„ от уровня затопления поймы. На рисунке приведены кривые зависимостей nyript = f (Н ), где Н' - уровень воды на пойме над бровкой прируслового вала.

График связи Пг/Прц = i (Н ),

Вид этих кривых обусловлен следующими основными причинами: - особенностями режима сопротивлений потоку на пойме. На начальной фазе, при небольших глубинах затопления поймы, размеры растительности на пойме вполне сопоставимы с глубиной потока, что оказывает значительное влияние на его торможение. При этом также велика и роль микрорельефа пойм, который представляет собой сложную структуру разнообразно ориентированных грив и понижений.

-в период подьема уровней воды на пойме наблюдаются большие поперечные уклоны водной поверхности, тогда как продольные уклоны (особенно на пойменных массивах) малы. Последние в русловом потоке в начальной фазе затопления превышают аналогичные уклоны на пойме, что в свою очередь приводит к завышению значений rw определяемых на основе формулы Шези.

- при образовании единого транзитного потока происходит стабилизация кривой п„ =f(H). Значения критической глубины, при которой происходит стабилизация зависят от степени расчлененности пойменного рельефа, высоты пойменной растительности и строения пойменных террас и по нашим данным изменялись от 0.6 до 1.0 м.

Выполненный анализ исследований ряда авторов (A.B. Чернов (1983) и др.) указывает на необходимость учета изменений видового состава растительности на пойме, происходящих по мере старения пойм или связанных с нарушениями режима их затопления. К сожалению, вопросы прогнозирования развития пойменной растительности находятся в стадии становления. Нами была выполнена оценка возможных изменений гидравлического режима пойменного участка р. Тетерев при гипотетическом увеличении увлажненности поймы. Расчеты производились на основе плановой модели 'FLOOD* для двух режимов. Первый режим соответствовал соаремен-. ному состоянию растительности на пойме (луговая и частично кустарниковая, п„ = 0.025). Второй - моделировал условия зарастания поймы ивняком (п„ = 0.05) при повышении ее увлажненности.

Анализ результатов расчетов по заросшей пойме позволил сделать следующие выводы: - значительно (на 30%) уменьшилась пропускная . способность участка поймы;

■ - произошло перераспределение русловых и пойменных расходов в сторону уменьшения последних; .',"-'

- возросли. сроднив скорости течения в русле при уменьшении средних ' ; пойменных скоростей Следствием увеличения русловых скоростей является актиьизация руслового процесса на участке. Изменятся процессы развития поймы за счет более интенсивной аккумуляции пойменной фации аллювия

в прирусловых областях. Полученные выводы имеют ограниченное при-

геонвнка лишь дгет подлет««* участксз, близких по строг.»;:» и годному ро-•;:<:.';;?у я участку р.Тетерев. Одняко зти выводы свидетельствуют о

необходимости разработки методики вероятностной оценки коэффициентов шероховатости (или сопротивления) пойм, а тэдгк® о неоЗходгшости ком-гпзкеного подхода к изучению вопросов пропуска высок« вол пойменными г-усл

В_2й№ЮЧа!«Щ сформулирсзй! 1Ы ссиогныэ рэзультлш рг.Ззты.

1. Пропуск высоких вод пойменными руслами в естественных усло-Сс'ях является сложным пэоцеесом, зависящим от ряда пу1релогкческих и морфологических фрстсрсз, тесно связанных между собой.

2. Предложена типизация кинематической структуры руслопсЯменного потока, учить! аеюш.гя особенности этого процесса В еэ основе лежат основные положении гидроморфолотческой теории руслового процесса, позволяющие класанЬицнровять руслолоймянныэ потоки по признаку образования на них транзитных течений . 1

3. Для стационарны* условий образования единогЬ транзитного потока предложена методика расчетов пропускной способности пойменных русел, основанная на численном решения уравнений неравномерного движения, Глаенов отличив предлагаемой методики от существующих состоит в следующем:

- рпечетная сета разбивается на основа еналига особенностей морфологического строения пойм. В качество нижних граничных стпороз назначаются створы с минимальной пропускной способностью;

- расчеты гидравлических характеристик производятся путем численного интегрирования отмето* поперечного профиля поймы реки с последующей нелинейной интерполяцией. Это позволяет использовать в расчетах болеэ точные гидравлические характеристики;

- дополнительные сопротивления движению патокоа учитываются посредством использования эмпирических соотношений.

Применение предлагаемой методики для расчетов пропускной способности на пойменном участка р. П ре голь показало сю более высокую эффективность по сравнению с расчетами по стандартней методика.

4. Предложена методика, позволяющая выявить аффект взаимодействия руслового пойменного лотокоз. Она основана на анализа величины расхождения зпюр измеренных и рассчитанных средних скоростей потоков по ширина поймы. Установлено, что на сегментно - гривистых поймах влия-

• нив руслового потока на пойменный наиболее полно проявляется е пределах участка прирусловой вал - первая пойменная грива.

5. Разработана методика расчетов затопления и опорожнения пойманных Массивов, основанная на гидравлических расчетах пропускной способности низовых и верховых прора. Анализ результатов расчетов по предложенной методике показал, что время заполнения и опорожнения пойменных емкостей различно и зависит от величины пойм и интенсивности роста уровней' воды в русла. Наибольшие перепады уровней воды в русле и на пойма наблюдаются в начальный период затопления и в нашем случае достигали 0.8 м.

6. При расчетах пропускной способности пойменных русел по формулам равномерного движения необходимо вносить поправки к табличным значениям коэффициентов шероховатости. Разработанная Зависимость вида л„= ((В¿Вр.а) представляется перспективной. Для ее уточнения необходима дополнительная надежная исходная информация.

7. При назначении коэффициентов шероховатости пойм необходимо учитывать, что они уменьшаются с ростом глубин затопления. Установлено, что при превышении уровня воды над бровкой прируслового вала от 0.6 -1,0м кривая зависимости п„ = ((Н) стабилизируется и при дальнейшем увеличении уровня изменением коэффициентов шероховатости можно пренебречь.

8. При гидравлических расчетах сооружений, рассчитанных на длительную эксплуатацию необходимо учитывать возможные изменения Значений коэффициентов шероховатости пойм, связанные с изменениями типа растительности в процессе развития пойм или с нарушением естественного режима ■поемности. Оценочные расчеты, произведенные для условий повышенной увлажненности, показали ухудшение пропускной способности

; расчетного пойменного участка по сравнению с естественным состоянием примерно на 30%. •

9. Анализ■ исходной информации' приводит к выводу о необходимости существенного улучшения ее надежности и качества, а также проведения на-

турных экспериментов, направленных на определенно характеристик сопротивления движению русло пойменных потоков.

Основные результаты диссертации опубликованы s следующих работах:

1. Барышников Н.Б., Исаев Д.И. Особенности расчета коэффициентов шероховатости русел с поймами на реках Дальнего Востока. Материалы научной конференции по проблемам гидрологии рек зоны БАМ и Дальнего Востока .-Л.: Гидрометеоиздат, 1S36.-C.421-427.

2. Барышников Н.Б., Субботина Е.С., Исаев Д.И. Сопротивление движению потоков а руслах с поймами //Сб. научн. тр./ Динамика русловых потоков .Л.: Изд. ЛПИ (ЛГМИ),1983.-С. 23-34.

3. Барышников Н.Б., Исаев Д.И., Перова Т.В. Сопротивление движению потоков а руслах с поймами. Тезисы докладов X Республиканской гид-ромет. конференции. Вильнюс, 1983.-С.57-53.

4. Барышников Н.Б., Исаев Д.И., Плоткина Н.П. ГидраЬлические сопротивления речных русел и каналов сложных форм сечения //Сб. научн. тр./ Вопросы гидрометеорологических исследований а целях интенсификации народного хозяйстеа.-Л.: изд.ЛПИ (ЛГМИ), 1987,- Вып SS.-C.137-145.

5. Исаев Д.И. Расчет коэффициентов шероховатости пойм //Сб. научн. тр./ Гидрологические прогнозы и расчеты .-изд. ЛПИ,1932, вып. 79.-е 115-117.

6. Исаев Д.И. Расчет коэффициентов шероховатости пойм //Сб. научн. тр./ Динамика русловых потоков .Л.: Изд ЛПИ, 1987.-С 69-62.

7. Исаев Д.И. Расчеты пропускной способности пойм.// Тезисы докладов восьмого межзузовского совещания по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов.-Воронеж, 199Э.-С.41-42.

8. Исаев Д.И., Левашова ИА Роль поймы в процессе работы саморегулирующейся системы ".бассейн - речной поток - русло Тезисы докладов рабочего совещания Межвузовского совета, Ярославль, 1992.-C.S-9.

9. Isaev D.I. Die Durchlässigkeit der Auen II Auenkonzepta und Fliessgewasser -Renaturlenjng in Europa. Bad Blankenburg, Thüringen, 1994.-S.12,