Анализ материалов натурных наблюдений

При сопоставлении расчетных и наблюденных данных необходимо учитывать, что само уравнение Шези, корректно только при выполнении неравенства

. (28)

Для большинства равнинных рек неравенство (28) выполняется, за исключением периода прохождения интенсивных паводков.

Гидрологические ежегодники до середины семидесятых годов публиковали таблицы измерения расходов воды. Н.Б. Барышников [30] отмечает, что данные таблицы расходов выполненные до второй половины семидесятых годов, являются наиболее надежным материалом регулярных наблюдений на водотоках. Используя данные материалы за весь период регулярных наблюденийпо рекам Камского бассейна, включая в себя, как правило, более 300 измерений по каждому водотоку, были рассчитаны значения (28). Данные зависимости позволяют оценить структуру коэффициентов Шези, хотя и косвенно, но на материалах многочисленных натурных наблюдений. Ряд из них представлен в табл. 1.

Таблица1

Характеристика гидроморфометрических зависимостей по отдельнымгидропостам Пермского края

Створы измерений	αVQ	αHQ	αBQ	αVH	αBH	αCH	αVQ/αHQ
1.Бабка – Балалы	0,46	0,24	0,30	1,42	0,4	0,92	1,92
2.Барда – Петилова	0,42	0,53	0,05	0,84	0,09	0,34	0,79
3.Вишера – Митраково	0,42	0,46	0,035	0,8	0,08	0,3	0,91
4.Иньва – Кудымкар	0,46	0,45	0,09	0,86	0,11	0,36	1,02
5.Кама – Волосницкое	0,28	0,48	0,24	0,39	0,27	-0,11	0,58
6.Кама – Гайны	0,53	0,46	0,10	1,48	0,11	0,98	1,15
7.Кама – Тюлькино	0,79	0,11	0,10	6,9	0,53	6,4	7,18
8.Кама-Сарапул	0,65	0,30	0,05	1,93		1,43	2,17
9.Колва – Петрецово	0,56	0,35	0,09	1,87	0,26	1,37	1,60
10.Колва – Чердынь	0,51	0,32	0,17	1,2	0,35	0,7	1,59
11.Обва – Карагай	0,46	0,40	0,24	1,33	0,59	0,83	1,15
12.Сылва – Подкаменное	0,44	0,43	0,13	0,98	0,37	0,48	1,02
13.Усьва – Усьва	0,49	0,35	0,09	1,3	0,12	0,8	1,40
14.Яйва – Кряж	0,61	0,25	0,14	1,85	0,42	1,35	2,44

Как следует из представленных материалов, фактические расчетные гидроморфометрические параметры существенно отличаются от их характеристик при доминировании зернистого сопротивления. Наиболее существенно эти различия проявляются в створе р. Кама п. Тюлькино. При этом существует устойчивая зависимость α_VQ/α_HQ=f(α_CH), как это должно следовать из соотношения (27) (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость отношения гидроморфометрических показателей / от показателя

Таким образом, на основе обработки материалов натурных наблюдений на реках Камского бассейна приходим к выводу, что грядовое сопротивление играет существенную, доминирующую роль в формировании гидроморфометрических характеристик, и данный эффект необходимо учитывать как при изучении динамики русловых потоков так и в практической водохозяйственной деятельностью.

Заключение

1. В русловых водотоках эффективное суммарное гидравлическое сопротивление обуславливается сочетанием имеющих существенно различную структуру и характер зернистого и грядового сопротивлений.

2. При этом характер и структура коэффициента гидравлического сопротивления и, соответственно, коэффициента Шези существенно влияет не только на скоростной режим водотока, но и на структуру и характер его гидроморфометрической зависимости .

3. Проведенный анализ материалов регулярных гидрометрических измерений на реках Камского бассейна показал, что грядовое сопротивление играет доминирующую роль в формировании характера потока.

4. Характер формирования зернистого сопротивления изучен значительно более полно, чем формирование особенностей грядового сопротивления. При этом следует подчеркнуть, что большинство традиционных методов оценки коэффициента Шези для зернистого сопротивления, при характерных глубинах водотока H~1м дают очень близкие результаты , а их различие сопоставимо с погрешностью гидрометрических измерений.

5. Современные методы оценки коэффициента Шези для режима грядового сопротивления позволяют достаточно объективно подойти к его оценке. При этом структура данного коэффициента определяется характером устойчивости частиц слагающих донные отложения. Соответственно в число определяющего параметров в этом случаи необходимо включать гидравлический уклон. Характер и особенности грядового сопротивления очень важно учитывать при проведении гидравлических расчетов для экстремальных, редко встречаются ситуации, когда натурные оценки гидравлической шероховатости весьма затруднены или практически невозможны.

Список литературы

1. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русловых потоков. С.-Петербург, 1992. 181с.

2. Айвазян О. М.Основы гидравлики равномерных течений. М., Изд-во: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2006.

3. Карасев И.Ф. Гидравлические сопротивления и системная морфометрия самоформирующихся русел рек и каналов // Известия Российского государственного педагогического университета имени А.И.Герцена. - 2007. - № 7(26): Естественные и точные науки (физика, математика, химия, современная техника и технология, естествознание). - С.153-164.

4. Косиченко Ю.М. Влияние эксплуатационных факторов на пропускную способность земляных русел каналов // Научный журнал Россиского НИИ проблем мелиорации, № 3(03), 2011.

5. Волынов А.М.Пропускная способность саморегулирующихся речных русел // Природоустройство, № 5, 2011. С. 66-70.

6. Азит К. Бисвас. Человек и вода. Л., Гидрометеоиздат, 1975. 288 с.

7. Du Buat P.L. G. Principesd`hydralique, 2vols.Paris,1786.

8. Bogardi J. Sediment transport in alluvial streams. Budapest, 1974.

9. Lacey G. Sediment transport and the regime concept. College of Engineering Utah State University, Logan, Utah, 1964

10. Albertson, M.L. – Simons, D.B. – Richardson, E.V.: Discussion: «Mechanics of sediment-ripple formstion» by Hsiu-Kuan Liu. ASCE Hydraulics Division HY 1, Vol. 84, 1958.

11. Li C.H., Liu, J.M. Resistance of alluvial rivers’, Nanjing Hydraulic Research Institute, China (in Chinese), 1963

12. Наnif Chaud M. Open –Channel Flow, Second Edition Spriger 2008, 520p.

13. Weiming Wu. ComputationalRiverDynamics. Taylor&Francis,2007.494р.

14. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. – Ижевск:НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 200. 576c.

15. БаренблаттГ.И. Подобие, автомодельность, промежуточнаяасимптотика. Л.: Гидрометеоиздат, 1982.

16. Gioia G., Bombardelli F. A. Scaling and Similarity in Rough Channel Flows // Physical review letters, № 1, 2002.

17. Лео Тепакс. Равномерное турбулентное движение в трубах и каналах. Таллинн: «Валгус», 1975

18. Железняков Г.В. Гидравлическое обоснование методов речной гидрометрии. – М.; Л.: АН СССР, 1950. – 164 с.

19. Великанов М.А. Проблема формирования речного русла // Изв. АН СССР, сер.геогр. и геофиз., т. XI, вып. 4, 1947, с. 301-310.

20. ПетровГ.Н. Коэффициент шероховатости для малых равнинных рек // ДАН академии наук СССР. Том LXIV, № 1, 1949. С. 33-36.

21. Jensen P, Lebreton J.C. Quelques resultants experimentaux concern ant les caracteristiques des dunes etleur representation sur les modeles a fonds. Billetin de la Direction des EdudesetRecherches – Serie A. Nucleaire, Hydraulique, Thermique, No. 4, 1969. Pp. 15-34.

22. Hwang, S.S.Y. and Hu, K.K. Improved methodology for formulating finite-element hydrodynamic models. Finite Element in Fluids.edited by T.J. Chung, Vol. 8, Hemisphere. Publication Cooperation, 1993. pp. 457–478

23. KarimF. Bedconfigurationandhydraulicresistanceinalluvial-channelflows // J.HydraulicEng., ASCE, 121(1), 1995. pp. 15-25.

24. Chen Y. H. and Cotton G. K. Design of Roadside Channels with Flexible Linings, Hydraulic Engineering Circular No. 15, Publication No. FHWA-IP-87-7, US Department of Transportation, Federal Highway Administration, McLean, VA, 1988.

25. Li C.H., Liu, J.M. Resistance of alluvial rivers’, Nanjing Hydraulic Research Institute, China (in Chinese), 1963.

26. Wang, S.S.Y. and Wu, W. (2005) ‘Computational simulation of river sedimentation and morphology – A review of the state of the art’, Int. J. Sediment Res., 20(1), 7–29.

27. Кнороз В.С.О деформациях дна и о влиянии их на гидравлический режим потоков. – В кн.: Труды IIIВсесоюзн. Гидрологического съезда. Л., 1960, т. 5, с. 166-176.

28. Sheilds A. Anwendung der Aechnlichkeitsmechanik und der Turbulenzforchung auf die Geschiebebewegung. Mitteilungen d. Preuss. Versuchansta f. Wasserbau u. Schiffbau. Berlin. 1936. H. 26

29. Лепихин А.П. Особенности гидравлико-морфометрических зависимостей для естественных русловых потоков // Водное хозяйство: проблемы, технологии, управление, №3, 2008. С. 12-25.

30. Барышников Н.Б. Динамика русловых потоков. С-Петербург: РГГМУ, 2007. 314с.

31. Альтшуль А.Д. Примеры расчетов по гидравлике. М.: «Стройиздат», 1977. – 255 с.

32. Талмаза В.Ф., Крошкин А.Н. Гидроморфометрические характеристики рек горно-предгорной зоны. – Фрунзе, 1968. – 210 с.

33. Барышников Н.Б., Пагин А.О. Гидравлическое сопротивление речных русел // Журнал университета водных коммуникаций №2, 2009. С. 90-93.

[1] Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 10-01-96060-Урал