Пропускная способность русел с поймами

Тип работы:
Диссертация
Предмет:
Науки о земле
Страниц:
177


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Актуальность темы

Надежная информация о максимальных расходах воды является наиболее востребованной при проектировании гидротехнических сооружений и водохозяйственных мероприятий. Однако в последние годы положение с ней значительно ухудшилось, в частности в системе Росгидромета. Это обусловлено как объективными факторами, такими как скоротечность прохождения максимальных расходов’воды, необходимость при этом соблюдения требований техники безопасности, так и сложным экономическим положением России в целом и Росгидромета в частности, особенно в период перестройки.

К тому же большинство рек России равнинные, весенние паводки и половодья на них проходят при затопленных поймах. Измерения же максимальных расходов на пойменных створах имеют дополнительные трудности, особенно из-за сложного морфологического строения пойм. Все это приводит к тому, что гидрометрические измерения на поймах, как правило, не производятся, что резко снижает качество натурной. информации о стоке воды. Её ценность особенно возросла в последний период, когда из-за изменения климата резко усилилась деятельность циклонов, в частности на*европейской территории. Следствием этого явились катастрофические паводки на большинстве рек европейских государств. Вероятность таких паводков по оценкам зарубежных специалистов составляет 1 раз в 300−1000 лет.

Анализ расчетных методов определения пропускной способности пойменных русел, в частности рекомендуемых директивными документами и основанных на концепции равномерного движения, показал, что погрешности расчетов на их основе даже на беспойменных створах далеко выходят за допустимые пределы. В среднем они составляют 30−35%, при их наибольших значениях в несколько сотен процентов. Такое положение свидетельствует о составляющих потока и необходимости разработки принципиально новых или совершенствовании применяемых расчетных методов.

Вскрытый в конце 40-х годов прошлого столетия, в основном трудами отечественных ученых (В.Н. Гончаров, Г. В. Железняков, Н. Б. Барышников и др.), эффект взаимодействия руслового и пойменного потоков оказывает существенное воздействие на пропускную способность пойменных русел. Поэтому его учет в расчетных методах является обязательным.

В настоящее время перспективными являются два метода расчетов. Эмпирический, основанный на графических зависимостях для русловой

УР / кР) «» г ~ Л

---= / ----, а и пойменной ---- - /

УРбЬрб у бя+бр обоснованный ограниченным объемом натурной информации. Второй — основан на применении для расчетов максимальных расходов воды системы уравнений движения потока с переменным по длине расходом воды.

Однако* оба метода нуждаются в совершенствовании. Первый — на основе большего объема надежной натурной информации, которая, к сожалению, трудно доступна или является недостаточно надежной. Второй — в установлении зависимостей инерционных членов уравнения движения потока от определяющих факторов.

Учитывая сложное положение с натурной информацией и ее высокую стоимость, в данной работе была признана целесообразной разработка второго направления на основе данных, полученных при лабораторном моделировании и ограниченного объема надежной натурной информации, с целью дальнейшего совершенствования метода расчетов максимальных расходов воды.

Научная новизна.

На основе анализа уравнения движения потока с переменным по длине расходом воды и данных экспериментальных исследований установлено, что: инерционные члены уравнения, учитывающие неравномерность движения и массообмен между русловым и пойменным потоками являются значимыми- наибольшие значения этих инерционных членов по данным измерений при угле ос=20& deg- (а — угол между динамическими осями взаимодействующих русловых и пойменных потоков) могут достигать значений 85 и 25% соответственно- впервые установлена зависимость этих членов, уравнения от угла, а и глубин руслового потока- установлено, что трансформация полей скоростей руслового потока под влиянием пойменного зависит от типа взаимодействия потоков и угла ос, при увеличении последнего она увеличивается- на основе натурных данных установлено, что погрешности расчетов на основе формулы Шези средних на вертикалях скоростей могут достигать сотен процентов, особенно при третьем типе взаимодействия потоков- выявлено, что воздействие пойменного потока на русловой на малых реках распространяется на всю ширину руслового потока, а на больших и частично средних реках только на часть ширины руслового потока-

Практическая значимость

Надежные данные о максимальных расходах воды широко используются при проектировании и строительстве различных гидротехнических сооружений и водохозяйственных мероприятий. Их наличие способствует наибольшей эффективности проектирования и строительства гидротехнических сооружений при обеспечении их надежности. Особенно остро в настоящее время стоит вопрос получения этой информации при проектировании мостовых переходов и переходов трубопроводов через реки.

Сведения о трансформации эпюр скоростей по глубине русловых потоков могут быть использованы, в частности при проектировании опор мостов.

Цель и задача работы

Основные цель и задача работы — совершенствование методов расчетов максимальных расходов воды на основе информации о максимальных уровнях и морфометрических и других характеристиках русел и пойм.

Для достижения поставленной задачи выполнен анализ современного состояния проблемы и на его основе проведены экспериментальные исследования процесса взаимодействия руслового и пойменного потоков на физической модели русла с односторонней поймой (при различных углах взаимодействия руслового и пойменного потоков).

Методы исследования: выполнение экспериментальных лабораторных исследований на фи зической модели русла с односторонней поймой и анализ получен ных данных- теоретический анализ полученной информации- анализ натурной информации.

Достоверность результатов работы обоснована: использованием результатов экспериментальных исследований на физической модели русла с односторонней поймой- использованием материалов натурных измерений расходов воды в руслах с поймами и полей скоростей русловых и пойменных потоков, полученных в системе Росгидромета и других организациях.

На защиту выносятся: результаты оценки инерционных членов уравнения движения потоков с переменным по длине расходом воды- зависимости инерционных членов уравнения движения потока с переменным по длине расходом воды от определяющих факторов- результаты оценки точности расчетов по стандартному методу средних на вертикалях скоростей русловых потоков при их взаимодействии с пойменными потоками- результаты оценки поправочных коэффициентов к средним скоростям русловых потоков, рассчитанных по формуле Шези.

Апробация работы

Результаты работы были доложены на:

VI Семинаре молодых ученых по эрозионным, русловым и устьевым процессам в г. Волгограде, 2006 г. -

VII Семинаре молодых ученых по эрозионным, русловым и устьевым процессам в г. Курске, 2008 г. -

— итоговых сессиях ученого совета РГГМУ в 2007—2008 годах.

По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 191 странице текста, включая 42 рисунка, 37 таблиц.

Выводы и предложения.

На основе проведённого анализа экспериментальных данных, выявлены четкие зависимости инерционных членов уравнения движения для потока с переменным по длине расходом воды от угла, а и относительной глубины потока. Исходя из этого, целесообразно на основе этих зависимостей разработать поправочные коэффициенты к формуле Шези (см. формулу 4. 6), вида:

Р =

1 +е2 +?3 ^ V- 7 У

6. 5)

В свою очередь, член & pound-з/1, характеризующий нестационарность режима мал и по данным результатам расчетов по 100 равнинным рекам его величина не превышает 5%, что входит в пределы погрешности измерений. Учитывая выше изложенное, величиной & pound-з/1 можно пренебречь, тогда формула для расчета поправочного коэффициента примет следующий вид: б. б) у

Так на основании данных таблицы 6. 13 нами был выполнен расчет суммы двух инерционных членов уравнения движения, с учетом из знаков е,// и ег /I и построена соответствующая графическая зависимость этих величин от угла, а и относительных глубин руслового потока, приведенная на рис. 6. 14.

ПоказатьСвернуть

Содержание

1 Происхождение, классификация, и морфометрические характеристики речных пойм.

1.1 Происхождение и формирование пойм.

1.2 Классификация пойм.

1.3 Типы речных пойм.

2 Гидрология и гидравлика русло-пойменных процессов.

2.1 Различные аспекты гидрологии и гидравлики пойм.

2.2 Динамика затопления пойм и пойменных массивов.

2.3 Частота и продолжительность затопления пойм.

2.4 Оценка пойменной составляющей в общем паводочном стоке рек бывшего СССР.

2.5 Уклоны свободной поверхности руслового и пойменного потоков.

2.6 Аккумуляция и регулирование поймами паводочного стока рек.

3 Взаимодействие руслового и пойменного потоков.

3.1 История вопроса.

3.2 Лабораторные исследования.

3.3 Натурные исследования.

3.4 Трансформация поля скоростей при взаимодействии руслового и пойменного потоков.

4 Анализ методов расчета пропускной способности пойменных русел.

4.1 Типизация процесса взаимодействия руслового и пойменного потоков.

4.2 Методы расчета пропускной способности русел с поймами.

4.3 Методы расчетов пропускной способности пойм.

5 Описание модели и методика проведения экспериментов.

5.1 Общие положения.

5.2 Экспериментальная установка.

5.3 Методика проведения экспериментов, приборы и оборудование.

6 Анализ результатов экспериментальных исследований.

Список литературы

1. Докучаев В. В. О происхождении русского лёсса Текст./ Докучаев В. В. -М.: Изд. Землеведение, 1892 г.

2. Шанцер Е. В. Аллювий равнинных рек умеренного пояса и егозначение для познания закономерностей строения и формированияаллювиальных свит Текст./ Шанцер Е. В. М.: Изд. Недра, 1951.

3. Вильямс В. Р., Почвоведение Текст./ Вильямс В. Р. — М.: Издательство студентов Петровск. с/х академии, 1919.

4. Маккавеев Н. И. Русло реки и эрозия и ее бассейне Текст./ Маккавеев Н. И. М.: Изд. АН СССР, 1955.

5. Попов И. В., Кочаненкова Н. П. О морфологических особенностях речных пойм Текст./ Попов И. В. // Труды ГГИ. Вып. 190. — JL: Изд. Гидрометеоиздат, 1972. — С. 19 — 36.

6. Чалов P.C. Русловые исследования Текст.: уч. пособие / P.C. Чалов М.: Изд. МГУ, 1995.

7. Попов И. В. Деформация речных русел и гидротехническое строительство Текст./ Попов И. В. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1965.

8. Маккавеев Н. И., Чалов P.C. Русловые процессы Текст./ Маккавеев Н. И. М.: Изд. МГУ, 1986.

9. Чалов P.C. Географические исследования русловых процессов Текст. /Чалов P.C. М.: Изд. МГУ, 1979.

10. Ламакин В. В. О динамической классификации речных отложений Текст./ Ламакин В. В. М.: Изд. Землеведение, 1950. -№ 3 (43). — с. 161−168.

11. Обидиентова Г. В. Формирование речных систем Русской равнины Текст./ Обидиентова Г. В. М.: Изд. Недра, 1976. — 174 с.

12. Шанцер Е. В. Очерки учения о генетических типахконтинентальных осадочных образований Текст./ Шанцер Е. В. // Труды геологического института АН СССР. Вып. 161. — Л.: Изд.

13. Гидрометеоиздат, 1966.- 240с.

14. Поляков Б. В. Гидрология бассейна р. Дон Текст./ Поляков Б. В. -Ростов-на-Дону: Изд. Управления главного инженера строительства Волго-Дона, 1930. — 331с.

15. Поляков Б. В. Гидрологические исследования Нижней Волги Текст./ Поляков Б. В. — М. JL: Изд. Госстройиздат, 1938. — 160 с.

16. Великанов М. А. Русловой процесс Текст./ Великанов М. А. — М.: Изд. Физматгиз, 1958. 396 с.

17. Чалов P.C. Рельеф пойм Текст./ Чалов P.C. // Эрозия почв и русловые процессы. М.: Изд. МГУ, 1972. — 232 с.

18. Карташев И. П. Основные закономерности геологической деятельности рек горных стран (на примере Северо-Востока СССР) Текст./ Чалов P.C. // Труды Ин-та геологии АН СССР. Вып. 245. — М.: Изд. МГУ, 1972. -С. 184−194.

19. Арманд Д. Л. Наука о ландшафте Текст./ Арманд Д. Л. — М.: Изд. Мысль, 1975.

20. Чернов A.B. О типизациях и классификациях речных пойм и пойменных процессов Текст./ Чернов A.B. // Пойма и пойменные процессы.- СПб.: Изд. РГГМУ, 2006. С. 12−29.

21. Еленевский Р. А., Вопросы изучения и освоения пойм Текст./ Еленевский Р. А. М.: Изд. Мысль, 1936

22. Кондратьев Н. Е., Ляпин А. Н., Попов И. В. и др. Русловой процесс Текст./ Кондратьев Н. Е., Ляпин А. Н. Л.: Гидрометеоиздат, 1959.

23. Чалов P.C., Чернов A.B. Геоморфологическая классификация пойм равнинных рек Текст./ Чалов P.C., Чернов A.B. // Геоморфология — М.: Изд. МГУ, 1985, № 3

24. Петров И. Б. Обь-Иртышская пойма Текст./ Петров И. Б. -Новосибирск: Изд. Наука, 1979. 136 с.

25. Барышников Н. Б., Иванов Г. В. Взаимодействие руслового и пойменного потоков при пересечении их осей Текст./ Барышников Н. Б. // Труды ЛГМИ. Вып. 46. — Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1972. — G. 23- 31.

26. Барышников Н-Б. Поймы равнинных рек (морфология- гидрология и гидравлика) Текст./ Барышников- Н.Б. // Труды ЛГМИ. -Вып. 74--Л.: Изд. Гидрометеоиздат,. 1981*. -С. 95 104-

27. Барышников Н. Б. Морфология, гидрология и- гидравлика пойм Текст./ Барышников* Н! Б- - Л-: Изд: Гидрометеоиздат, 1984. 280 с.

28. Великанов M.A. Динамика русловых потоков& mdash- 3-е изд. Текст. /

29. Великанов М. А. М.: Изд: ГИТТЛ* 1955. — т.1. — 323 с. >

30. Великанов М. А. Русловой процесс Текст./ Великанов М. А. М.: Изд. Физматгиз, 1958. — 396 с.

31. Гончаров В. II. Динамика русловых потоков Текст./ Гончаров

32. Попов И. В., Усачев В. Ф. Исследования затопления поймы р. Оби на участке от г. Стрежневого до г. Нефтеюганска с применением аэрометодов Текст./ Попов И. В. // Труды ГГИ. Вып. 245. — JL: Изд. Гидрометеоиздат, 1977. -С. 30−40.

33. Каменсков Ю. И. Учет пойменных процессов меандрирующих рек при выявлении мелиоративного фонда Текст. /Каменсков Ю.И. // Автореф. дисс. на соискание учен, степени канд. геогр. наук. Л., 1979. — 19 с.

34. Федосеев Б. А. Одномерная схематизация неустановившегося движения при изоляции русла от поймы Текст./ Федосеев Б. А. // Труды ГГИ. -Вып. 173. — Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1969. С. 3−32.

35. Кондратьев Н. Е., Попов И. В., Снищенко Б. Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса Текст./ Кондратьев Н. Е., Попов И. В. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1982. — 272 с.

36. Шенников А. П. Луговедение Текст./ Шенников А. П. Л.: Изд. ЛГУ, 1941. -311 с.

37. Усачев В. Ф. Анализ изменения уровней для оценки затопления и опорожнения многорукавной поймы Текст./ Усачев* В.Ф. // Труды ГГИ. -Вып. 245. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1972. — С. 64−75.

38. Максимов A.A., Мерзляков Е. П. Характеристики половодий в пойме р. Оби Текст./ Максимов A.A. // Труды биологического ин-та СО АН СССР. Вып. 19. -М.: Изд. МГУ, 1972. — С. 362−391.

39. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. вып. 6, ч. 1. 3-е изд. — Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1978. — 272 с.

40. Скородумов Д. Е. Вопросы гидравлики пойменных русел в связи с задачами построения и экстраполяции кривых расходов воды Текст./ Скородумов Д. Е. // Труды ГГИ. — Вып. 128. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1965

41. Великанов М. А. Гидрология суши Текст./ Великанов М. А. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1948. — 530 с.

42. Барышников Н. Б. Речные поймы (морфология и гидравлика) Текст./ Барышников Н. Б. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1978. — 152 с.

43. Гордиков A.B., Рассомахин М. В. Поперечные уклоны водной поверхности затопленной поймы (на примере р. Иртыш) Текст./ Гордиков

44. A.B., Рассомахин М. В. // Труды ГГИ. Вып. 88. — Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1961. -С. 109−124.

45. Наставление по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки (НИМП-72). М.: Изд. Транспорт, 1972.

46. Барышников Н. Б. Русловые процессы Текст./ Барышников Н. Б. -СПб.: Изд. РГГМУ, 2008. 439 с.

47. Указания по определению расчетных гидрологических характеристик СН 435−72. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1972.

48. Барышников Н. Б. Методика расчета пропускной способности русел с поймами Текст./ Барышников Н. Б. // Труды ЛГМИ. Вып. 69. — Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1969. — С. 127 — 143.

49. Железняков Г. В. Пропускная способность русел каналов и рек Текст./ Железняков Г. В. — Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1981. 310 с.

50. Форхгеймер Ф. Гидравлика Текст. / Ф. Форхгеймер. М.: Изд. ОНТИ, 1935. -615 с.

51. Hegly, М. Note sur de l’ean canal a profil complexe Text. / M. Hegly. Paris, 1936. — 151 p.

52. Гончаров B.H. Динамика русловых потоков Текст./ Гончаров,

53. B.Н. // уч. пособие Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1962. — 374 с.

54. Спицын И. П. О взаимодействии потоков основного русла и поймы Текст./ Спицын И. П. // Метеорология и гидрология. № 10. — М., 1962. -С. 22−27.

55. Саликов В. Г. Некоторые исследования взаимодействия руслового и пойменного потоков- Текст./ Саликов В. Г. // Труды IV Всесоюзного гидрологического съезда, & mdash-т. 11. — Л, 1976 — С. 75 81.

56. Ржаницын H.A. Морфологические и: гидрологическиезакономерности строения речной сети Текст./ Ржаницын H.A. Л., 1973. — 180 с.

57. Ржаницын H.A. Руслодеформирующие: процессы рек Текст./ Ржаницын H.A. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1985. — 264 с.

58. Барышников Н. Б., Попов И-В. Динамика русловых потоков ирусловые процессы- Текст./ Барышников Н. Б. Л.: Изд. Гидрометеоиздат,. 1988. -456 с., ¦

59. Карасев И. Ф. Речная гидрометрия и учет водных ресурсов

60. Текст. /Карасев И. Ф- Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1980: — 310 с. '

61. Соколов 10. 11. Морфологические показатели- растительности всвязи с исследованием гидравлического сопротивления поймы Текст. /

62. Соколов Ю. Н. // Вопросы водного хозяйства. вып. 2. — Минск, 1976. — С. 97- 104. ,

63. Барышников Н. Б., Самусева Е. А. Антропогенное воздействие насаморегулирующуюся систему бассейн речной поток — русло Текст. /

64. Барышников Н-Б, Самусева Е. А. СПб.: изд. РГГМУ, 1999. — 220 с.

65. Агроскин С. И., Дмитриев Г. Т., Пикалов Ф. И. Гидравлика. Текст./ Агроскин С. И. & mdash-М. Л.: Изд. Энергия, 1954. — 484 с.

66. Коваленко В. В., Илларионов A.B., Сало Ю. А.

67. Экспериментальное исследование автоколебаний безнапорных потоков Текст. / A.B. Илларионов, Ю. А. Сало // Сб. науч. трудов. Вып. 98. — Л.: Изд. Политехнический институт, 1987. — 98 с.

68. Коваленко В. В. Измерение и расчет характеристикнеустановившихся потоков Текст./ В. В. Коваленко. Л.: Изд.1. Гидрометеоиздат, 1984.

69. Картвелишвили H.A. Неустановившиеся открытые потоки Текст./ Картвелишвили H.A. JL: Изд. Гидрометеоиздат, 1968.

70. Антроповский В. И. Гидроморфологические зависимости и их дальнейшее развитие Текст./ Антроповский В. И. // Труды ГГИ. Вып. 169. -Л. :Изд. Гидрометеоиздат, 1969. — С. 34−86.

71. Барышников Н. Б. Влияние антропогенного фактора на русловые и пойменные процессы Текст./ Барышников Н. Б. // Труды ЛГМИ. вып. 76. -Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1981. — С. 129 — 136.

72. Галактионов' С. Л. Пропускная способность русел с поймами в створах мостовых переходов Текст./ Галактионов С. Л. // Труды ЛГМИ. -Вып. 98. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1987. — С. 80 — 83.

73. Гришанин K.B.J Динамика русловых потоков Текст./ Гришанин К. В. Л.: Изд. Гидрометоеиздат, 1979. — 311 с.

74. Гришанин К. В. Теория руслового процесса Текст./ Гришанин К. В. М.: Изд. Транспорт, 1972. — 216 с.

75. Караушев A.B. Речная гидравлика Текст./ Караушев A.B. Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1969. -416 с.

76. Копалиани З. Д., Федорова З. Н. Натурные исследования процессов затопления поймы и развитие пойменных течений на р. Полометь у с. Заречье Текст./ Копалиани З. Д. // Труды ГГИ. Вып. 183. — Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1970. — С. 26 — 32.

77. Латышенокв А. М. Сравнение различных формул для определения коэффициента Шези Текст./ Латышенокв А. М. // Гидротехническое строительство. № 7. — М.: Изд. МГУ, 1973. — С. 32 — 36.

78. Розанов В. А. О динамике взаимодействия потоков русла и поймы на прямолинейных участках Текст./ Розанов В. А. // Труды ЛГМИ. Вып. 46.- Л.: Изд. Гидрометеоиздат, 1972. — С. 12 22.

79. Соколов Ю. Н. Лабораторные исследования пропускной способности русла при пересечении под прямым углом пойменного ируслового потока Текст./ Соколов Ю. Н. // Вопросы водохозяйственного строительства. Минск, 1969. — С. 214м — 224.

Заполнить форму текущей работой