Гидравлические характеристики речного потока и условия транспорта наносов в нижнем бьефе гидроузла

В работе рассматривается судоходный участок реки Свирь, расположенный в нижнем бьефе Нижне-Свирского гидроузла. На данном участке были проведены специальные натурные наблюдения по изучению гидравлического режима речного потока в условиях неустановившегося движения воды. Выполненные исследования показали, что кинематические характеристики потока в нижнем бьефе изменяются по мере удаления от створа гидроузла и зависят от режима сбросных расходов воды. Изучен характер трансформации попускового расхода воды в нижнем бьефе в условиях открытого русла и подо льдом. Выполнена оценка значений и интенсивности изменения основных характеристик речного потока при распространении волны попуска в нижнем бьефе: характера изменения уровенного режима и уклонов свободной поверхности на гидростворах, режима скоростей течения воды. Определены основные гидравлические параметры речного потока: значения числа Фруда, коэффициента Шези и модуля расхода воды. Изучен характер изменения локальных и конвективных ускорений и выполнена оценка их вклада в общую величину потерь энергии по длине потока. Численные эксперименты позволили выявить специфику движения наносов в условиях неустановившегося движения воды и разработать рекомендации для моделирования русловых переформирований в таких условиях. Установлено, что при суточном и недельном регулировании речного стока транспорт наносов активизируется в моменты прохождения волны суточного попуска воды из верхнего бьефа гидроузла. При этом основные параметры транспорта наносов: скорость перемещения гряд и расход наносов, возрастают по сравнению со стационарным движением воды. 

1. Исследования неустановившегося движения воды на реке Свири в зимних и летних условиях / Глав. упр. гидрометеорол. службы при Совете Министров СССР. Гос. ордена Трудового Красного Знамени гидрол. ин-т; под ред. канд. техн. наук Н. Е. Кондратьева и канд. техн. наук В. А. Урываева. — Л.: Гидрометеоиздат, 1963. — 252 с.

2. Розовский И. Л. Неустановившееся движение водного потока ниже гидроэлектростанций и его влияние на русло / И. Л. Розовский, Е. В. Еременко, В. А. Базилевич. — Киев: Наукова думка, 1967. — 276 с.

3. Грушевский М. С. Неустановившееся движение воды в реках и каналах / М. С. Грушевский. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982. — 288 с.

4. Гришанин К. В. Динамика русловых потоков / К. В. Гришанин. — Л.: Гидрометеоиздат, 1979. — 311 с.

5. Гришанин К. В. Гидравлическое сопротивление естественных русел / К. В. Гришанин. — Л.: Гидрометеоиздат, 1992. — 182 с.

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

7. Gladkov G. Hydromorphological substantiation of channel stability of navigable rivers in engineering water transport regulation of river runoff / G. Gladkov, M. Zhuravlev, V. Katolikov // International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies EMMFT 2019: Volume 2. — Springer International Publishing, 2021. — Pp. 661–675. DOI: 10.1007/978-3-030-57453-6_63.

8. Гладков Г. Л. Гидроморфология русел судоходных рек: монография / Г. Л. Гладков, Р. С. Чалов, К. М. Беркович. — 4 е изд., стер. — СПб.: Изд-во «Лань», 2023. — 432 с.

9. Belikov V. V. On the Effect of the Froude Number and Hydromorphometric Parameters on Sediment Transport in Rivers / V. V. Belikov, N. M. Borisova, T. A. Fedorova, O. A. Petrovskaya, V. M. Katolikov // Water Resources. — 2019. — Vol. 46. — Is. 1. — Pp. S20–S28. DOI: 10.1134/S0097807819070029.

10. Беликов В. В. Модели мелкой воды в задачах речной гидродинамики / В. В. Беликов, А. И. Алексюк. — М.: РАН, 2020. — 346 с.

11. Prokofyev V. A. Application of unified 3D hydro-thermal model of a reservoir for estimation of HPP construction influence on environment / V. A. Prokofyev // ICOLD, Proceedings of the International Symposium on Dams on changing word. — Kyoto, 2012. — Pp. 69–74.

12. 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.

13. Гладков Г. Л. Исследование зернистой шероховатости дна речных русел / Г. Л. Гладков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 2. — С. 333–346. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-2-336-346.

14. Gladkov G. Sediment transport and water flow resistance in alluvial river channels: modified model of transport of non-uniform grain-size sediments / G. Gladkov, M. Habel, Z. Babiński, P. Belyakov // Water. — 2021. — Vol. 13. — Is. 15. — Pp. 2038. DOI: 10.3390/w13152038.

15. Гладков Г. Л. Транспорт наносов в реках: зависимость параметров донных гряд от определяющих факторов / Г. Л. Гладков, П. В. Беляков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2021. — Т. 13. — № 1. — С. 52–63. DOI: 10.21821/2309-5180-2021- 13-1-52-63.

16. Католиков В. М. Побочни в руслах рек: условия образования и их динамика / В. М. Католиков, З. Д. Копалиани // Водные ресурсы. — 2001. — Т. 28. — № 5. — С. 579–586.

17. Гладков Г. Л. Параметры транспорта наносов в реках с побочневым типом руслового процесса / Г. Л. Гладков, В. М. Католиков, П. В. Беляков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 493–507. DOI: 10.21821/2309-5180-2022- 14-4-493-507.

18. Babi´nski Z. Hydromorphological conditions of the Lower Vistula in the development of navigation and hydropower / Z. Babi´nski, M. Habel // Acta Energetica. — 2013. — Vol. 4. — Pp. 83–96. DOI: 10.12736/issn.2300- 3022.2013206.

19. Беляков П. В. Анализ и оценка гидроморфологической ситуации на участке строительства мостового перехода через р. Зею в г. Благовещенске с помощью математического моделирования характеристик движения воды / П. В. Беляков, С. В. Конопацкий, П. С. Ржаковская // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 6. — С. 862–874. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-6-862-874.

20. Schoeneich M. An Integrated Approach to an Assessment of Bottlenecks for Navigation on Riverine Waterways / M. Schoeneich, M. Habel, D. Szatten, D. Absalon, J. Montewka // Water. — 2023. — Vol. 15. — Is. 1. — Pp. 141. DOI: 10.3390/w15010141.

21. Чалов Р. С. Русловедение: теория, география, практика / Р. С. Чалов. — М.: Изд-во ЛКИ, 2008. — Т. 1: Русловые процессы: факторы, механизмы, формы проявления и условия формирования речных русел. — 608 с.

22. Чалов Р. С. Русловедение: теория, география, практика / Р. С. Чалов. — М.: КРАСАНД, 2011. — Том 2. Морфодинамика речных русел. — 960 с.

23. Чалов Р. С. Структурные уровни и морфодинамическая классификация русловых разветвлений / Р. С. Чалов, С. Р. Чалов // Водные ресурсы. — 2020. — Т. 47. — № 3. — С. 259–271. DOI: 10.31857/S0321059620030049.

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

25. Sukhodolov A. N. Flow dynamics in alluvial channels: the legacy of Kirill V. Grishanin / A. N. Sukhodolov, V. I. Nikora, V. M. Katolikov // Journal of Hydraulic Research. — 2011. — Vol. 49. — Is. 3. — Pp. 285–292. DOI: 10.1080/00221686.2011.567760.

26. Копалиани З. Д. База данных «Данные измерений гидравлических характеристик транспорта донных наносов в больших, малых и средних равнинных реках» (свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2017620992) / З. Д. Копалиани, О. А. Петровская // Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем». — 2017. — № 9 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www1.fips.ru/wps/PA_FipsPub/res/ BULLETIN/PrEVM/2017/09/20/INDEX.HTM (дата обращения: 01.11.2017).

27. Копалиани З. Д. База данных «Данные измерений гидравлических характеристик транспорта донных наносов в гидравлических моделях горных рек и лотковых экспериментах» (свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2017620878) / З. Д. Копалиани, О. А. Петровская // Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем». — 2017. — № 8 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www1.fips.ru/wps/PA_FipsPub/res/BULLETIN/PrEVM/2017/08/20/INDEX. HTM (дата обращения: 01.11.2017).