Математическое моделирование деформаций дна в покрытых льдом нестационарных потоках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Математическое моделирование деформаций дна в покрытых льдом нестационарных потоках

Масликова Оксана Яковлевна

Специальность 05.23.16 - Гидравлика и инженерная гидрология

МОСКВА 2008

Работа выполнена в Институте водных проблем РАН

Научный руководитель - доктор технических наук,

ведущий научный сотрудник

Дебольская Елена Ивановна

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Боровков Валерий Степанович

- кандидат технических наук Верхоглядов Андрей Александрович

Ведущая организация - ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева"

Защита состоится «01» декабря 2008г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.02 в Московском государственном университете природообустройства по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д.19, аудитория 201.

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке Московском государственном университете природообустройства по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д.19.

Автореферат разослан « 28 » октября 2008г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, доцент

кандидат технических наук И.М. Евдокимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования определяется тем, что зимний режим рек и водохранилищ на территории России продолжается в ряде случаев больший период года. Возникающие при этом ледовые образования существенно изменяют условия течения воды и формирования рельефа аллювиальных русел. При образовании ледовых заторов и зажоров возникают зимние наводнения, которые в большинстве своем приводят к гораздо более тяжелым последствиям, чем весеннее половодье и осенние паводки, существенно изменяя процесс руслоформирования. Рельеф русла в нижних бьефах ГТС зависит от условий их эксплуатации, зимний режим которой значительно отличается от летнего. При этом отличия в сезонных деформациях русла могут быть вызваны не только изменением нагрузки на ГТС, но и изменением динамики потока в нижнем бьефе за счет наличия приплотинной полыньи и резким скачком гидравлического сопротивления на кромке ледяного покрова.

Значительные деформации русла, причем, как размывы, так и заиление в нижних бьефах могут привести к ухудшению работы ГТС, условий обитания биоты и стать дополнительным фактором формирования ледовых затруднений. Проведение натурных исследований гидродинамики потоков и процессов деформаций дна в условиях резкой нестационарности течений, свойственной нижним бьефам, и особенно в период формирования ледовых затруднений, практически невозможно. Лабораторное моделирование также связано со значительными трудностями из-за невозможности выполнения всех критериев подобия одновременно, что главным образом обусловлено разномасштабностью действующих сил и процессов. В связи с этим одним из эффективных способов изучения воздействия ледяного покрова на руслоформирование в нижних бьефах является математическое моделирование.

Целью диссертационной работы является разработка математических моделей, позволяющих оценить влияние ледяного покрова на транспортирующую способность речных потоков и донные деформации в нижних бьефах ГТС и при формировании ледовых заторов.

Реализация поставленной цели предполагает решение следующих основных задач:

1. Разработка численной модели, позволяющей объединить модели для расчёта распространения волны попусков в нижнем бьефе гидроузлов при наличии ледяного покрова и деформаций дна с учетом возможности возникновения ледовых заторов.

2. Получение экспериментальных и натурных данных для тестирования модели.

3. Оценка методов расчета расхода наносов, приемлемых для моделирования существенно нестационарных потоков в условиях, формирующихся во время образования заторов, при которых возникают разнонаправленные потоки, переносящие наносы.

4. Выявление зависимостей деформаций дна в нижних бьефах гидроузлов в условиях ледовых затруднений от гидродинамических параметров потока, характеристик волны возмущения, ледяного покрова и грунта, слагающего ложе русла.

5. Выявление роли донных форм в процессе формирования ледовых заторов.

6. Разработка практических рекомендаций по предотвращению и уменьшению негативного влияния ледовых образований.

Материалы и методы исследования.

Для реализации поставленных задач использованы теоретические основы гидродинамики открытых и подледных потоков, гидрологии и теории русловых процессов. Исследование основано на применении математического моделирования открытых и подледных русловых потоков, формирования ледовых заторов и транспорта наносов.

Работа базируется на собственных программах, написанных на языке программирования Фортран с использованием современного графического интерфейса, а также на пакете MATLAB.

В качестве фактического материала были использованы данные лабораторных и натурных экспериментов, проведенных в гидравлической лаборатории Российского Университета Дружбы Народов и в экспедиционных исследованиях Института водных проблем Российской Академии Наук на р. Истре (Московская обл.)

Научная новизна. Впервые разработан комплекс математических моделей, позволяющих оценить влияние ледяного покрова на транспортирующую способность нестационарных потоков и особенности процесса деформации дна в нижних бьефах гидроузлов при наличии ледяного покрова и в условиях ледовых заторов.

Впервые предложены зависимости для параметризации максимальных размывов в нижних бьефах гидроузлов от величины попуска, его продолжительности, длины полыньи, коэффициента шероховатости дна и льда, размера частиц грунта, его пористости и плотности.

Практическая значимость. Разработанный комплекс моделей может быть использован для прогнозов возможных переформирований дна от воздействия работы гидроузлов и в условиях формирования ледовых заторов.

Зависимости, предложенные в работе, могут быть использованы для оценки возможных размывов в створе гидроузлов и у кромки ледяного покрова.

На основе полученных в работе результатов даются практические рекомендации по предотвращению и смягчению последствий ледовых затруднений.

Достоверность научных положений и выводов, полученных в работе, является следствием использования классических математических методов построения моделей, их численного и аналитического анализа; использования реальных данных по динамике внешних факторов; согласования численных экспериментов с натурными и лабораторными данными.

На защиту выносятся следующие положения:

Разработана численная модель деформаций дна в условиях нестационарности в открытых, подледных и частично покрытых льдом потоках, а также в условиях возникновения ледовых заторов, возникающих под воздействием волны попуска.

Модель позволяет одновременно рассчитывать динамику волны попуска, место и время возникновения возможных ледовых заторов, деформации дна.

С помощью модельных экспериментов показано, что наряду с возникновением размывов в створе гидроузла значительные размывы возникают и под кромкой ледяного покрова, величина которых в зависимости от входных параметров может превышать приплотинные.

На основе результатов численных экспериментов определены параметрические зависимости размывов в створе гидроузла и под кромкой ледяного покрова от характеристик руслового потока, гидрографа попуска, льда и грунта.

Личный вклад автора. Результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами. Все необходимые расчеты и оценки сделаны автором лично. Анализ и интерпретация полученных результатов проведены при непосредственном

участии автора.

Апробация работы. Результаты, полученные в рамках диссертационной работы, докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

· Международная научная конференция "Экстремальные гидрологические события: теория, моделирование, прогноз", Москва, 2003;

· VI Гидрологический съезд, С.-Петербург, 2004

· IV Научно-практическая конференция МЧС России «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций», Москва, 2004.

· VI Конференция «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей», Москва, 2004

· Всероссийская научная конференция «Новые и традиционные идеи в геоморфологии», МГУ им. Ломоносова, 2005.

· 18th IAHR Ice Symposium, Japan, Sapporo 2006.

· X Int. Symposium on River Sedimentation. «Effects of River Sediments and Channel Processes on Social, Economic and Environmental Safety». Russia,. Moscow, 2007

· Всероссийская конференция «Ледовые и термические процессы на водных объектах России», Архангельск, 2007

· Научная конференция «Россия в МПГ - первые результаты». Сочи, 2007

· научная сессия «Географические и экологические аспекты гидрологии», Спб. Г.У., факультет географии и геоэкологии, март 2008

· 19th IAHR International Symposium on Ice “Using New Technology to Understand Water-Ice Interaction” Vancouver, British Columbia, Canada, July 6 to 11, 2008

· XIV Гляциологический симпозиум «Гляциология от международного геофизического года до международного полярного года», Иркутск, сентябрь 2008

· Научная конференция «Вклад России в МПГ», Сочи, октябрь 2008

Публикации. Результаты, полученные в диссертации, опубликованы в печатных работах, в том числе в тезисах, статьях в реферируемых журналах. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ.

Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы, содержит 5 таблиц и 53 рисунка. Общий объем диссертации 142 страницы. Список литературы включает 91 наименование, из которых 41 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

математический моделирование деформация дно

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, дается краткое содержание глав работы.

В главе 1 дается аналитический обзор современных научных представлений о транспортирующей способности потока, транспорте наносов при неустановившемся движении жидкости, а также современное состояние изученности деформаций дна открытых и покрытых льдом русловых потоков. Приводятся сведения об изученности влияния ледяного покрова на формирование рельефа аллювиальных русел, даются описания возникновения заторов.

Глава 2 посвящена исследованию размыва дна при наличии покрытия на поверхности потока, проведенному в гидравлической лаборатории кафедры гидравлики РУДН.

Рабочий участок лотка (рис. 1) был выбран по результатам измерения распределения скоростей течения воды вдоль потока, как участок с равномерным режимом течения.

Для измерения скоростей использовалась трубка Пито. Имитацией льда являлся плотный пенопласт длиной равной длине рабочего участка - 2м, шириной равной ширине гидравлического лотка 0,24м и толщиной 0,05м.

Во всех экспериментах использовался песок крупностью от 0,315 мм до 1,0 мм.

Расход воды в гидравлическом лотке выбирался таким образом, чтобы донные скорости были неразмывающими. После этого в лоток погружалась модель льда.



Рис. 1 Схема экспериментальной установки

1 - всасывающий трубопровод; 2 - водопроводный кран; 3 - термрметр; 4 - пенопластовый успокоитель; 5 - микроманометр; 6 - шпиценмасштаб; 7 - трубка Пито; 8 - песок; 9 - модель опоры моста; 10 - бортики для фиксации песка; 11 - деревянный успокоитель; 12 - успокоительно-струевыпрямляющая кассета; 13 - нагнетательный трубопровод; 14 - задвижка; 15 - центробежный насос

Измерения скоростей течения в различных вертикалях исследуемого участка, а также визуальные наблюдения за процессом переноса наносов при наличии имитации ледяного покрова позволили выявить основные закономерности размыва дна, а также верифицировать данные наблюдения с результатами, полученными при использовании программы FEMLAB (математического расширения пакета MATLAB).

Программа FEMLAB после введения входных данных - скоростей течений (измеренных в экспериментах) рассчитывает поле скоростей в каждой точке заданного геометрического объема. В результате оценивается геометрия дна и сравнивается с визуально наблюденными данными в процессе эксперимента.

В 3 главе описаны натурные исследования динамики уровней водной поверхности, скоростей течения и транспорта взвешенных и донных наносов в различные периоды попусков, в нижний бьеф Истринского гидроузла, включая зимний период, т.е. при наличии ледяного покрова, необходимых для верификации моделей неустановившегося потока в размываемом русле.



Рис. 2 Схема расположения створов

Методика исследований заключается в предварительном определении характеристик течений при равномерном и установившемся режиме и последующем сравнении этих характеристик при неустановившемся и неравномерном режиме течений. Были проведены синхронизированные измерения уровней водной поверхности, скоростей течения, концентрации взвешенных наносов и отметок поверхности дна в трех створах по длине русла. При этом в зависимости от объема попуска расстояния между створами изменялись для оценки изменения скорости добегания волны попуска.

В нижнем бьефе Истринского гидроузла на расстоянии от 5 до15 км ниже плотины были разбиты 7 створов и один створ (№ 8) был оборудован в пункте Павловская Слобода ниже по течению, где расположен створ Федерального государственного управления «Мосводоканал» (рис. 2).

На каждом из указанных створов проводились измерения скоростей потока на вертикалях, расположенных на расстоянии 2 м друг от друга (7-15 вертикалей в зависимости от ширины русла). На створах №2, 4 и 6 измерялись колебания уровня воды. На всех створах проводился отбор проб грунта для гранулометрического анализа. Измерения проводились при попусках, которым соответствовали расходы воды 4, 6, 8, 9, 11, 13 и14 м3/с.

Измерения скоростей течения проводились гидрометрическими вертушками ИСП-1, F-581B и ГР-99. Колебания уровня определялись по отметкам на водомерных рейках. Отбор проб донного материала осуществлялся дночерпателем А. С. Орлова. Гранулометрический состав наносов определялся путем ситового анализа. Поперечные сечения на створах и их эволюция определялись путем эхолотирования. Распределение концентраций взвешенных наносов определялось с помощью наносонакопителей ИО РАН.

Основные результаты. По данным указанных выше измерений были рассчитаны средние величины основных гидравлических характеристик потока при различных объемах попусков для створов 1 и 6, по перепаду уровней водной поверхности, между которыми измерялись гидравлические уклоны.

4 глава посвящена разработке математической модели деформаций дна в подледном потоке. Моделирование транспорта наносов в подледных потоках пока слабо развито. Различия в транспорте наносов в открытых и подледных руслах могут быть вызваны прежде всего изменением общего сопротивления русла и отсутствием поступления наносов мелких фракций с водосбора. Здесь формирование поля взвешенных наносов происходит в основном только за счет донного материала русла.

Основные уравнения одномерной модели нестационарного подледного потока с деформируемым дном.

Основой одномерной модели транспорта наносов, как это принято в большинстве моделей для открытых потоков, для жидкой фазы служат уравнения Сен-Венана и неразрывности для расчета скоростей и отметок воды (в неконсервативной форме записи) или расходов (в консервативной форме) и уравнение неразрывности Экснера для твердой фазы.

В случае прямоугольного призматического канала без боковых притоков стандартная форма записи этих уравнений в консервативной форме будет иметь вид:

, (1)

, (2)

, (3)

где x и t координаты пространства и времени, g - ускорение силы тяжести, h - глубина воды в сечении, zb - отклонение поверхности дна, p - пористость донного материала, Q и Qs - расходы воды и наносов на единицу ширины соответственно, фb -донное трение, выражаемое обычно через коэффициент шероховатости в форме Маннинга.

Расход наносов Qs складывается из расхода донных Qsb и взвешенных Qss наносов. Из всего многообразия зависимостей для записи расхода наносов Qs, в одном случае нами использовалась наиболее простая зависимость Энгелунда, не предусматривающая деление наносов на взвешенные и донные:

. (4)

В другом случае для расхода донных наносов возможно использовать формулу Мейера-Петера и Мюллера, полученную для однородного потока

, (5)

где с7 = 0.047, u* - динамическая скорость, , d - средний диаметр частиц, сs - плотность частиц, с - плотность воды.

Расход взвешенных наносов рассчитывался в виде

. (6)

Распределение концентрации взвешенных наносов с(z) принималось в виде зависимости [Graf W.H , McLean S.]

, (7)

где z - вертикальная координата, w - гидравлическая крупность наносов, к - константа Кармана, а - толщина слоя, в котором осуществляется транспорт донных наносов, эквивалентная донной шероховатости. В этом слое концентрация наносов постоянна и равна .

Уравнение (1) для подледных потоков, отличается от случая открытых потоков записью члена фb, вследствие того, что на верхней границе потока появляется дополнительное сопротивление и изменяется смоченный периметр поперечного сечения.

В качестве начальных условий нами принимается постоянство расхода по длине реки и во времени.

Основные результаты. Известно, что в приплотинном створе при проведении сбросов воды наблюдаются значительные размывы. Очевидно, что при достижении фронтом волны кромки ледяного покрова после прохождения приплотинной полыньи, резко изменяется сопротивление движению, что с необходимостью должно вызывать перестройку эпюры скорости, а, следовательно, и приводить к изменениям в процессе переноса донных и взвешенных наносов. Численные эксперименты по предложенной модели показали, что в отличие от потока с открытой поверхностью при прохождении волны возмущения в потоке, покрытом льдом, как на приплотинном участке, так и в створах, прилегающих к кромке ледяного покрова, наблюдаются размывы дна. Между этими участками наблюдается аккумуляция наносов, причем, чем больше длина полыньи, тем оно незначительнее. Это с очевидностью вытекает из сохранения общей массы переносимых потоком наносов. Расчеты были проведены для условной реки со средними характеристиками: ширина 500м, глубина 4 м, расход воды 1000 м3/с, уклон 0.00005, =0.02 с/м1/3, кромка льда расположена на расстоянии 1900 м от створа гидроузла, что соответствует, например, р. Свири. На рис. 3 приведены изменения отметок дна по длине реки начиная от створа гидроузла в начальных створах и створах, прилегающих к кромке льда при различных попусках. Сплошные линии соответствуют попуску, превышающему бытовой расход в k=4 раза, пунктирные - в k=3 раза и штрихпунктирные - в k=2 раза. Видно, что размыв у кромки даже несколько превышает размывы в створе гидроузла.

Было показано, что величина размывов зависит от величины попуска, его продолжительности, длины полыньи, коэффициента шероховатости льда, размера частиц грунта, его пористости и плотности. Для оценки вклада каждого из этих параметров, при прочих неизменных в каждом эксперименте последовательно изменялся только один из параметров.



Рис. 3 Изменения отметок дна по длине реки в начальных створах и створах, прилегающих к кромке льда при различных попусках

По данным численных экспериментов были получены зависимости величины максимального размыва в створе гидроузла, в створе кромки и их отношение от параметра попуска k, характеризующего превышение попуска над бытовым расходом. Было показано, что соотношение размера размыва у кромки и в створе гидроузла уменьшается с увеличением параметра попуска.

Были получены также характеристики размыва в зависимости от изменения отношения шероховатости льда к шероховатости дна, от размера полыньи и от размера частиц наносов. Очевидно, что с ростом шероховатости льда размывы у кромки увеличиваются, а у вблизи гидроузла уменьшаются.

Все полученные зависимости удалось описать в параметрическом виде.

Для открытого потока:

Для подледного потока:

;

;

,

где - глубина потока до производства попуска, h - глубина в створе гидроузла или у кромки при соответствующем размыве, н=8·н0, н0=10-6м2/с - вязкость воды при температуре 20єС.

Влияние размеров частиц и начальной формы дна на его деформацию. В вышеупомянутых случаях и в условиях затора, были проведены численные эксперименты с различными размерами частиц. Очевидно, что благодаря отсутствию механизма взвешивания частиц, для потока с дном, сложенным материалом более крупного размера, преобладающим руслоформирующим процессом является размыв, хотя его интенсивность значительно ниже, чем для потоков с мелкими частицами. Особенно это характерно для случая образования затора.

Чтобы выяснить влияние первоначальной формы дна на его деформацию в результате воздействия нестационарности, были проведены численные эксперименты для потока с ровным дном и потока с донными формами, размеры которых задавались в виде синусоидальной зависимости: z=hrsin(рx/lr), где hr - высота рифеля, lr - его длина.

Параметры потока были таковы: начальная глубина h0=7м, уклон дна i=3·10-4, параметры попуска: максимальное значение расхода попуска Qpop0=5Q0 и Qpop0=7Q0, Q0=7м2/с, время попуска 10 мин, толщина льда hi=2м. Оказалось, что в потоке, частично, покрытом льдом, даже при расходе попуска Qpop0=5Q0, не образующем затор в потоке с ровным дном, в случае с рифелями образовался затор и повлек за собой значительный размыв дна. Это позволило сделать вывод о том, что при прочих равных условиях наличие в потоке донных форм служит катализатором для формирования затора. Увеличение расхода попуска до Qpop0=7Q0 незначительно влияют на деформации дна. При этом во всех случаях первоначальные донные формы сглаживались, рифели исчезали.

Этот эффект может быть использован для регулирования возможного образования ледового затора в нижнем бьефе гидроузла небольшим попуском, позволяющим перестроить форму дна перед кромкой льда из грядовой в гладкую.

Деформации дна в условиях формирования затора. Необходимыми условиями образования заторов являются разрушение ледяного покрова и превышение скорости течения критического значения, при котором может происходить подныривание оторвавшейся льдины под неразрушенный ледяной покров. Критерии разрушения: при выполнении условия , происходит разрушение, где E и упр- модуль упругости и предел прочности льда на изгиб. Условие подныривания льдин принято: Uкрит , где сi - плотность льда.

Численные эксперименты, выполненные с привлечением зависимости (4) показали, что после формирования затора, на всем предзаторном участке размыв дна достигает очень больших значений, особенно в первые моменты после его образования. Расчеты, выполненные с использованием зависимостей (5) - (9) для определения расхода наносов, дают результат, значительно отличающийся для деформаций в условиях образования затора. Характерно, что результат расчета деформаций дна и расходов воды для открытых потоков мало зависит от вида зависимости, используемой для расчета расхода наносов, в случае подледного потока расхождение становится больше, в случае же образования затора наблюдается существенное различие как в величинах деформаций, так и в расходах воды.

Существенное влияние оказывает уменьшение расхода взвешенных наносов в месте образования затора, что, в совокупности с тем, что ниже затора наносы переноситься не могут, по-видимому, и служит причиной аккумуляции наносов в верхней части предзаторного участка.

Сравнение результатов численных экспериментов с данными лабораторных наблюдений. Эксперименты показали, что при прочих равных условиях покрытие вызывает изменение в режиме переноса наносов, образовании донных форм и местных деформаций дна. В качестве основного фактора для тестирования модели было выбрано образование местного размыва у кромки покрытия при резком увеличении скорости во входном створе. При нагруженном покрытии процесс деформаций значительно интенсифицировался. На рис. 4 приведены кривые изменения отметок дна по длине на начальном участке и у кромки покрытия, которая располагалась на расстоянии 200 см от головы лотка. Кривые построены по данным расчетов, выполненных по модели при параметрах потока, соответствующих эксперименту. В численном эксперименте скорость образования и величина размыва (около 2 см) у кромки покрытия совпадали с наблюдаемыми при проведении эксперимента в лотке.

Сравнение результатов численных экспериментов с данными натурных исследований. Для тестирования модели деформаций дна были использованы данные натурных наблюдений на реке Истре при проведении попусков с гидроузла в период открытой воды.

Начальный расход до попуска 4 м3/с. Максимальный расход попуска 8 м3/с. Из измерений были известны глубины потока (поперечные сечения) и пьезометрический уклон (0.0005). Коэффициенты сопротивления рассчитывались по этим параметрам исходя из предположения, что поток - стационарен.



Рис. 4 Изменения отметок дна с расстоянием на начальном участке и у кромки покрытия по данным модельных расчетов

При наблюдениях в зимний период не удалось получить условий для тестировании модели из-за отсутствия ледяного покрова. В связи с этим аналогом изменения сопротивления при достижении потоком кромки ледяного покрова послужило изменение глубины потока на небольшом участке русла.

На рис. 5 представлено изменение профиля дна после 10 часового попуска. Сплошная кривая соответствует 4 м3/с, пунктирная - 8 м3/с. Символами отмечены положения створов проведения измерений. На рис. 6 те же кривые, полученные по результатам численных экспериментов. Характер изменения отметок дна совпадает, отличие в величине размыва в месте локального увеличения глубины связано возможно с тем, что исследуемый участок не был прямолинейным и поперечные сечения отличались от формы, задаваемой в модели.

Рис. 5 Изменение профиля дна после 10 часового попуска в нижнем бьефе гидроэлектростанции Истринского гидроузла

Следует отметить, что в данном расчете размер частиц грунта был принят равным 0.0002 м, хотя в общем распределении крупности, анализ которого был проведен в ходе измерений, их вклад был не определяющим, что так же, как и применение одномерной схемы повлияло на оценку абсолютных размывов в сторону увеличения.

Рис. 6 Изменение профиля дна после 10 часового попуска (модельный расчет)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты настоящего исследования сводятся к следующему:

1. Впервые разработана численная модель деформаций дна в условиях нестационарности в открытых, подледных и частично покрытых льдом потоках, а также в условиях возникновения ледовых заторов, возникающих под воздействием волны попуска. Модель позволяет одновременно рассчитывать динамику волны попуска, место и время возникновения возможных ледовых заторов, деформации дна.

2. Проведенные лабораторные эксперименты и натурные наблюдения позволили протестировать модель и подтвердили важный практический результат: наряду с возникновением размывов в створе гидроузла значительные размывы возникают и под кромкой ледяного покрова, и их величина в зависимости от входных параметров может превышать приплотинные.

3. Проведенные анализ и оценка методов расчета расхода наносов, приемлемых для моделирования существенно нестационарных потоков в условиях, формирующихся во время образования заторов, при которых возникают разнонаправленные потоки, позволил сделать важный вывод о том, что результат расчета деформаций дна для открытых потоков мало зависит от вида зависимости, используемой для расчета расхода наносов, в случае подледного потока расхождение становится больше, а в случае образования затора наблюдается существенное различие как в величинах деформаций, так и в расходах наносов.

4. Установлено, что отношение величины текущего размыва дна к величине максимального размыва в момент окончания попуска в створе гидроузла от времени одна и та же, независимо от влияния параметров.

5. На основе результатов математического моделирования впервые получены зависимости деформаций дна в нижних бьефах гидроузлов в условиях ледовых затруднений от гидродинамических параметров потока, характеристик волны возмущения, ледяного покрова и грунта, слагающего ложе русла. Параметризация зависимостей позволяет использовать их для практической оценки величин деформаций в приплотинных створах. Расчеты по предложенной модели и экспериментальные данные показали, что общий расход наносов в подледном потоке уменьшается при переходе к подледному режиму. В то же время доля донных наносов в общем расходе наносов увеличивается, а взвешенных уменьшается.

6. Впервые показано, что наличие донных русловых форм (гряд) в подледном потоке повышает вероятность формирования заторных явлений по сравнению с «гладким» дном. Это позволяет дать рекомендации по смягчению заторных явлений первоначальным попуском в нижний бьеф гидроузла с целью обеспечения «гладкого» режима транспорта наносов.

7. Направление дальнейших исследований видится в разработке двух- и трехмерных моделей взаимодействия неустановившегося течения с ледяным покровом в условиях деформируемого русла.

Список литературы составлен в алфавитном порядке, в ссылках указан номер работы в списке. Нумерация рисунков и формул подглавная (первая цифра определяет номер главы, вторая - номер ссылки).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дебольская Е.И. Оценка катастрофических последствий наводнений на основе математического моделирования [Текст] / Е.И. Дебольская, М.В. Дербенев, М.В. Исупова, И.С. Кузнецов, О.Я. Масликова // Труды международной научной конференции «Экстремальные гидрологические события: теория, моделирование, прогноз». - Москва, 2003. - С. 161-164.

2. Дебольская Е.И. Численное моделирование ледовых заторов [Текст] / Е.И. Дебольская, М.В. Дербенев, О.Я. Масликова // Водные ресурсы. - 2004 , - №5, Т. 31. - С. 533-539.

3. Дебольская Е.И. Математическое моделирование динамики русла в покрытых льдом нестационарных потоках [Текст] / Е.И.Дебольская, О.Я.Масликова, Н.Н.Степанова // Труды VI Гидрологического съезда. - С.-Петербург, 2004. - Секция 5. - С. 49-50

4. Дебольская Е.И. Прогнозирование последствий русловых деформаций, вызываемых катастрофическими зимними наводнениями [Текст] / Е.И. Дебольская, О.Я Масликова // Сборник материалов IV Научно-практической конференции МЧС России «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций». - Москва, 2004. - С.49-50

5. Дебольская Е.И. Математическое моделирование динамики русла в покрытых льдом нестационарных потоках [Текст] / Е.И.Дебольская, О.Я.Масликова, Н.Н.Степанова // VI Конференция «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей». - Москва, 2004. - С. 135-136

6. Масликова О.Я. Применение системы конечноэлементных расчетов «FEMLAB» к задачам речной гидродинамики [Текст] / О.Я.Масликова // Тезисы докладов на VI Конференцию «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей». - Москва, 2004. - С. 68-69

7. Масликова О.Я Применение системы конечноэлементных расчетов FEMLAB к созданию математической модели процесса переформирования дна под воздействием нестационарного подледного потока в руслах [Текст] / О.Я.Масликова // Труды Всероссийской научной конференции «Новые и традиционные идеи в геоморфологии». - МГУ, 2005.

8. Дебольская Е.И. Математическое моделирование деформаций дна в покрытых льдом нестационарных потоках [Текст] / Е.И. Дебольская, В.К. Дебольский, О.Я. Масликова // Водные ресурсы. - 2006. - № 1, Т. 33. - С. 29-38

9. Debolskaya E.I. Mathematical modeling of bed deformations in ice-covered non-steady Proceedings [Text] / E.I Debolskaya., V.K. Debolsky, O.Ja. Maslikova // 18th IAHR Ice Symposium. - Sapporo, Japan, 2006.

10. Дебольская Е.И. Математическое моделирование распространения загрязнений и деформаций дна в подледных потоках [Текст] / Е.И. Дебольская, В.К. Дебольский, М.В. Дербенев, О.Я. Масликова, А.В.Ермаков // Международная конференция «Криогенные ресурсы полярных регионов». - Салехард, 2007.

11. Debolskaya E.I. Mathematical Modelling of Bed Deformation in Ice-Covered Non-Steady-State Flows [Text] / E.I.Debolskaja, O.Ya.Maslikova // X Int. Symposium on River Sedimentation. «Effects of River Sediments and Channel Processes on Social, Economic and Environmental Safety». - Moscow, 2007. - vol. II. - P. 84-91

12. Дебольская Е.И. Влияние ледяного покрова на динамику руслового потока [Текст] / Е.И. Дебольская, О.Я. Масликова, А.В. Ермаков // Труды Всероссийской конференции «Ледовые и термические процессы на водных объектах России». - Архангельск, 2007. - С. 12-13

13. Дебольская Е.И. Влияние ледяного покрова на динамику руслового потока [Текст] / Е.И. Дебольская, О.Я. Масликова, А.В. Ермаков // Труды научной конференции «Россия в МПГ - первые результаты». - Сочи, 2007. - С. 44

14. Масликова О.Я. Математическое моделирование деформаций дна в неустановившихся подледных потоках [Текст] / О. Я. Масликова, Е. И. Дебольская // Научная сессия «Географические и экологические аспекты гидрологии». - Спб. Г.У., 2008. - С. 65

15. Дебольская Е.И. Влияние ледяного покрова на деформации дна в нижних бьефах [Текст] / Е.И. Дебольская, В.К. Дебольский, О.Я. Масликова, А.В. Ермаков // Водные ресурсы. - 2008. - № 6, Т. 35. - С. 663-670

16. Дебольская Е.И. Влияние ледового покрова на русловые и береговые процессы в нижнем бьефе гидроузлов, модель динамики русла под ледяным покровом [Текст] / Е.И. Дебольская, А. В. Котляков, О.Я. Масликова, С.А. Артемьев // Материалы гляциологических исследований. - В печати.

17. Дебольская Е.И. Двухмерная модель русловых деформаций в условиях формирования ледовых заторов [Текст] / Е.И. Дебольская, В.К. Дебольский, О.Я. Масликова // Гидротехническое свтроительство. - В печати.

18. Дебольская Е.И. Одномерная и двухмерная модели динамики русла в нижних бьефах ГТС в условиях формирования ледовых заторов [Текст] / Е.И. Дебольская, А. В. Котляков, О.Я. Масликова, С.А. Артемьев // Материалы гляциологических исследований. - В печати.

19. Дебольская Е.И. Двухмерная модель русловых деформаций в условиях формирования ледовых заторов [Текст] / Е.И. Дебольская, А. В. Котляков, О.Я. Масликова, С.А. Артемьев // Научная конференция «Вклад России в МПГ». - Сочи, 2008. - С. 32

Размещено на Allbest.ru

...