ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕРНИСТОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ ДНА РЕЧНЫХ РУСЕЛ

Выполнено исследование основных задач динамики русловых потоков, от решения которых зависит качество гидравлических расчетов и надежность русловых прогнозов в реках с подвижными грунтами донных отложений, таких как оценка потерь энергии по длине и определение расхода русловых наносов в естественных руслах рек. В речных потоках эти вопросы взаимосвязаны между собой через механизм взаимодействия потока и деформируемого русла реки. К настоящему времени удалось получить большое количество расчетных рекомендаций в области моделирования транспорта наносов. Учитывая, что универсального решения в речной гидравлике до настоящего времени не установлено, данная проблема остается по-прежнему актуальной. Выполненная работа посвящена вопросам оценки гидравлического сопротивления русла и совершенствованию модели транспорта наносов в реках с использованием базы данных натурных измерений на реках. Полученные в ходе проведения исследований результаты позволили улучшить качество моделирования транспорта наносов. В результате проведенных исследований был сделан следующий вывод: в том случае, если целью гидравлических расчетов является вычисление отметок свободной поверхности по длине, то на участках рек, где преобладают крупные донные отложения и транспорт наносов ограничен, предпочтение следует отдать расчетным зависимостям, имеющим структуру формулы А. П. Зегжды. На реках с мелкозернистыми грунтами предлагается использовать в расчетах зависимости, построенные на основе установленной связи коэффициента Шези от скорости течения. Когда целью гидравлических расчетов является прогноз русловых переформирований на участке реки, для вычисления расхода русловых наносов рекомендуется использовать модифицированную формулу Л. ван Рейна. При этом оценку зернистой шероховатости дна в формуле расхода наносов рекомендуется выполнять с помощью формул Маннинга - Штриклера и А. П. Зегжды.

морфометрические характеристики русла, скорость течения воды, расход воды, транспорт наносов, расход наносов, градиент потерь энергии, коэффициент Шези, касательное напряжение на дне, число Рейнольдса, русловые переформирования

1. Meyer-Peter E. Formulas for bed-load transport / E. Meyer-Peter, R. Muller // Proceedings of 2nd meeting of the International Association for Hydraulic Structures Research. - Delft, 1948. - Pp. 39-64.

2. Shields A. Anwendung der Ahnlichkeitsmechanik und der Turbulenzforschung auf die Geschiebe Bewegung: Diss. / A. Shields. - Berlin, 1936. - 26 p.

3. Egiazaroff I. V. Calculation of nonuniform sediment concentrations / I. V. Egiazaroff // Journal of the Hydraulics Division. - 1965. - Vol. 91. - Is. 4. - Pp. 225-247.

4. Ribberink J. S. Mathematical modelling of one dimensional morphological changes in rivers with non-uniform sediment. Report №.87-2 / J.S. Ribberink // Delft University of Technology, 1987. - 202 p.

5. Yalin M.S. Steepness of sedimentary dunes / M. S. Yalin, E. Karahan // Journal of the Hydraulics Division. - 1979. - Vol. 105. - Is. 4. - Pp. 381-392.

6. Söhngen B. Modelling of the Danube and Isar rivers morphological evolution. Part 1: Measurements and Formulation / B. Söhngen, Y. Kellerman, G. Loy // Proc.5th Int. Symp. on River Sedimentation, Karlsruhe. - 1992. - Vol. 3. - Pp. 1175-1207.

7. Gladkow G.L. Modellirung des Geschiebetransports mit unterschiedlicher Korngröße in Flüssen / G.L. Gladkow, B. Söhngen // Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau. - Karlsruhe: Bundesanstalt für Wasserbau, 2000. - Nr. 82. - Pp. 123-130.

8. Гладков Г. Л. Гидравлическое сопротивление движению воды и транспорт наносов в реках / Г. Л. Гладков, М. В. Журавлев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 6. - С. 1044-1055. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-6-1044-1055.

9. Einstein H.A. The bed-load function for sediment transportation in open channel flows / H.A. Einstein // Technical Bulletin. - U.S. Dept. of Aghiculture, 1950. - No. 1026.

10. Van Rijn L.C. Sediment transport, Part 1: Bed load transport / L.C. Van Rijn // Journal of Hydraulic Engineering. - 1984. - Vol. 110. - Is. 10. - Pp. 1431-1456. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9429(1984)110:10(1431)

11. Кнороз В. С. Неразмывающая скорость для несвязных грунтов и факторы, ее определяющие / В.С. Кнороз // Изв. ВНИИГ. - 1958. - Т. 59. - С. 62-81.

12. Stricler A. Beitrage zur Frage der Gesсhwindigkeitsformel und der Rauchigkeitszahlen für Strome, Kanale und geschlossene Leitungen / A. Stricler // Mitteilungen des eidgenössischen Amtes für Wasserwirtschaft. - 1923. - № 16.

13. Зегжда А. П. Гидравлические потери на трение в каналах и трубопроводах / А.П. Зегжда. - Л., М.: Госстройиздат, 1957. - 276 с.

14. Griffiths G. A. Flow resistance in coarse gravel bed rivers / G. A. Griffiths // Journal of the Hydraulics Division. - 1981. - Vol. 107. - Is. 7. - Pp. 899-918.

15. Гришанин К. В. Гидравлическое сопротивление естественных русел / К.В. Гришанин. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 182 с.

16. Griffiths G. A. Form resistance in gravel channels with mobile beds / G. A. Griffiths // Journal of Hydraulic Engineering. - 1989. - Vol. 115. - Is. 3. - Pp. 340-355.

17. Engelund F. Hydraulic resistance of alluvial streams / F. Engelund // Journal of the Hydraulics Division. - 1966. - Vol. 92. - Is. 2. - Pp. 315-326.

18. Karim F. Bed configuration and hydraulic resistance in alluvial-channel flows / F. Karim // Journal of Hydraulic Engineering. - 1995. - Vol. 121. - Is. 1. - Pp. 15-25. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9429(1995)121:1(15)

19. Yang S. Q. Flow resistance and bed form geometry in a wide alluvial channel / S. Q. Yang, S. K. Tan, S. Y. Lim // Water resources research. - 2005. - Vol. 41. - Is. 9. DOI: 10.1029/2005WR004211.

20. Самохвалова О. А. Дифференцированный подход к расчету расхода донных наносов в реках / О. А. Самохвалова // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 1-2. - С. 269.

21. Ferguson R. I. Flow resistance and hydraulic geometry in contrasting reaches of a bedrock channel / I. Ferguson, B. P. Sharma, R. J. Hardy, R. A. Hodge, J. Warburton // Water Resources Research. - 2017. - Vol. 53. - Is. 3. - Pp. 2278-2293. DOI: 10.1002/2016WR020233.

22. Stewart M. T. Hydraulic resistance in open-channel flows over self-affine rough beds / M.T. Stewart, M. Cameron, V. I. Nikora, A. Zampiron, I. Marusic // Journal of Hydraulic Research. - 2019. - Vol. 57. - Is. 2. - Pp. 183-196. DOI: 10.1080/00221686.2018.1473296.

23. Гладков Г. Л. Гидроморфология русел судоходных рек: Монография / Г.Л. Гладков, Р.С. Чалов, К.М. Беркович. - 2 изд., стер. - СПб.: Издательство Лань, 2019. - 432 с.