Пропускная способность русел с поймами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.27, кандидат технических наук Селина, Татьяна Сергеевна

  • Селина, Татьяна Сергеевна
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2011, Санкт-ПетербургСанкт-Петербург
  • Специальность ВАК РФ25.00.27
  • Количество страниц 177
Селина, Татьяна Сергеевна. Пропускная способность русел с поймами: дис. кандидат технических наук: 25.00.27 - Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия. Санкт-Петербург. 2011. 177 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Селина, Татьяна Сергеевна

Введение

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.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия», 25.00.27 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пропускная способность русел с поймами»

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 ———- - /

УРб ^Ьрб 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° (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, 2006г.;

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

- 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.

Похожие диссертационные работы по специальности «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия», 25.00.27 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия», Селина, Татьяна Сергеевна

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 £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 £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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Селина, Татьяна Сергеевна, 2011 год

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

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— 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, —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. —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.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.