Cookies помогают нам улучшить наш веб-сайт и подбирать информацию, подходящую конкретно вам.
Используя этот веб-сайт, вы соглашаетесь с тем, что мы используем coockies. Если вы не согласны - покиньте этот веб-сайт

Подробнее о cookies можно прочитать здесь

 

Санкт-Петербург: +7 (812) 235 15 86, nestor_historia@list.ru
Москва: +7 (499) 755 96 25, nestor_history_moscow@bk.ru
 

Арт: 354

Электронная книга
252 р. (В наличии)

Экспериментальные исследования и гидравлическое моделирование речных потоков и руслового процесса. ISBN 978-5-98187-697-4

Автор
Клавен А.Б., Копалиани З.Д.
Дата публикации
12.10.2011
Количество страниц
504

Клавен А.Б., Копалиани З.Д.
Экспериментальные исследования и гидравлическое моделирование речных потоков и руслового процесса. — СПб. : Нестор-История, 2011. — 504 с.

Монография содержит результаты многолетних экспериментальных исследований, выполненных авторами в Русловой лаборатории Государственного гидрологического института (ГГИ) с целью развития теории руслового процесса, разработки методики гидравлического моделирования речных потоков и руслового процесса и решения разнообразных практических задач с использованием физических, гидравлических моделей речных русел. Исследованы турбулентная структура руслового потока и закономерности ее взаимодействия с подстилающей граничной поверхностью и подрусловым потоком, гидравлические сопротивления и пропускная способность речных русел с различным типом руслового процесса, механизм формирования и трансформации гранулометрического состава донных отложений в реках, закономерности транспорта донных наносов и их заменителей в гидравлических лотках и на пространственных, деформируемых моделях. Разработана методика гидравлического моделирования речных русел и руслового процесса на жестких и деформируемых моделях равнинных и горно-предгорных рек. Рассмотрены вопросы взаимодействия речных русел с инженерными сооружениями и мероприятиями и их рационального проектирования и эксплуатации. Представлены примеры физического моделирования речных потоков и руслового процесса на жестких и деформируемых моделях речных русел. Книга рассчитана на научных работников и инженеров научно-исследовательских и проект ных организаций, а также преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений водохозяйственного, гидротехнического, гидрологического, экологического и природо охранного профилей, а также лиц, принимающих решения.

Содержание

Содержание
Предисловие ................................................................................................................. 3
Preface ........................................................................................................................... 5
Введение ....................................................................................................................... 7
Introduction ................................................................................................................. 11
Глава 1. Научные и методические основы экспериментальных исследований
и гидравлического моделирования речных потоков и руслового процесса ............ 15
1.1. О роли и месте экспериментальных исследований и моделирования
в науке и теории познания ................................................................................. 15
1.2. Из истории создания и деятельности крупнейших гидравлических
лабораторий мира ............................................................................................... 18
1.3. Гидролого-морфологическая концепция руслового процесса —
методологическая основа экспериментальных исследований речных
потоков и руслового процесса, выполняемых в ГГИ ........................................ 22
1.4. Гидромеханическое подобие открытых потоков ........................................ 26
1.5. Особенности методики экспериментальных исследований
и гидравлического моделирования участков рек, применяемой
в Русловой лаборатории ГГИ ............................................................................. 29
Глава 2. Техническое и технологическое обеспечение экспериментальных
исследований речных потоков и руслового процесса в ГГИ ................................... 32
2.1. Предпосылки к внедрению эксперимента в гидрологию ........................... 32
2.2. Русловая лаборатория ГГИ .......................................................................... 33
2.2.1. Краткая история становления Русловой лаборатории ..................... 33
2.2.2. Задачи Русловой лаборатории ГГИ ................................................... 34
2.2.3. Основные технические параметры, экспериментальные
установки и технологическое оборудование Русловой лаборатории ........ 35
2.2.4. Методические приемы выполнения экспериментальных
исследований и средства измерения характеристик потока и русла ......... 44
2.2.5. Разработки средств измерения и вспомогательного оборудования,
выполненные в Русловой лаборатории ГГИ для натурных исследований .... 55
2.3. Валдайская русловая станция на р. Поломети ............................................ 57
2.3.1. Краткая гидрологическая характеристика р. Поломети ................... 58
2.3.2. Экспериментальные участки для наблюдения за различными
типами руслового процесса ......................................................................... 60
2.3.3. Экспериментальная передвижная эстакада на участке
детальных наблюдений у с. Яжелбицы ....................................................... 64
Глава 3. Кинематическая структура русловых потоков ............................................ 66
Введение ...................................................................................................... 66
3.1. Современные представления о кинематической структуре
русловых потоков ........................................................................................ 66
3.1.1. Общеконцептуальные подходы к проблеме турбулентности ...... 66
3.1.2. Экспериментальные исследования русловой турбулентности ..... 69
3.1.3. Схематизации структуры русловой турбулентности ................. 74

3.2. Экспериментальные исследования русловой турбулентности,
выполненные в ГГИ ........................................................................................... 81
3.2.1. Характеристика лабораторных установок, натурных объектов,
условий экспериментов и методики измерений ........................................ 82
3.2.2. Двухмерная структура русловой турбулентности ............................. 88
3.2.2.1. Свойства структурных элементов турбулентности
и схема кинематической структуры .................................................... 89
3.2.2.2. Распределение продольной и вертикальной компонент
скорости по глубине потока ................................................................. 93
3.2.2.3. Оценка влияния шероховатости дна на структуру
турбулентности и гидравлические характеристики потока ............... 96
3.2.2.4. Сопоставление лабораторных данных с натурными .............. 99
3.2.3. Трехмерная структура русловой турбулентности ............................103
3.2.3.1. Распределение продольной, вертикальной и поперечной
компонент актуальной скорости по глубине потока .........................103
3.2.3.2. Масштаб пульсационных скоростей ......................................104
3.2.3.3. Характерные значения пульсационных скоростей ................105
3.2.3.4. Трехмерная структура русловой турбулентности ..................107
Глава 4. Лабораторные исследования методических проблем моделирования
речных русел на гидравлических деформируемых моделях ....................................109
4.1. Воспроизведение типов руслового процесса в лабораторных условиях ...109
4.1.1. Опыты зарубежных и отечественных авторов .................................109
4.1.2. Работы, выполненные в Русловой лаборатории ГГИ ......................113
4.2. Физические предпосылки моделирования участков рек
на гидравлических деформируемых моделях ...................................................121
4.2.1. Подрусловой поток и его взаимодействие с русловым потоком .....123
4.3. Комплекс условий подобия для деформируемых моделей .......................139
Глава 5. Лабораторные исследования закономерностей и механизма
фомирования гранулометрического состава донных отложений в речных руслах .....146
5.1. Методика статистического анализа гранулометрического состава
наносов, разработанная во ВНИГРИ ...............................................................147
5.2. Лабораторные исследования переформирования
гранулометрического состава донных отложений на деформируемых
моделях русел рек Иртыш и Волга ....................................................................157
5.2.1. Модель р. Иртыш ..............................................................................158
5.2.2. Модель р. Волги ................................................................................164
Глава 6. Лабораторные исследования гидравлических сопротивлений и
пропускной способности русел с различным типом руслового процесса
и формами транспорта донных наносов ..................................................................171
6.1. Пропускная способность и гидравлические сопротивления русел
меандрирующих рек ..........................................................................................172
6.2. Влияние мезоформ и других структурных форм транспорта донных
наносов на гидравлические сопротивления и пропускную способность русла ...175
6.3. Микроформы и гидравлические сопротивления ......................................177
6.4. Связь гидравлических сопротивлений с турбулентной структурой
руслового потока ................................................................................................179

Глава 7. Методы исследования речных потоков и руслового процесса
на гидравлических моделях(краткий обзор мирового и отечественного опыта) ...183
7.1. Гидравлическое моделирование на жестких моделях................................184
7.2. Существующие методы и приемы гидравлического моделирования
на деформируемых моделях ..............................................................................187
7.3. Искажение геометрических масштабов моделей речных русел ................196
7.4. Масштаб времени установившихся, обратимых русловых деформаций ....198
7.5. Моделирование на напорных моделях .......................................................201
Глава 8. Примеры решения практических задач с использованием жестких
гидравлических моделей речных русел ....................................................................203
8.1. Гидравлическое моделирование проектных решений трассирования
железнодорожной насыпи на участке русла р. Хани по трассе БАМ ..............203
8.2. Исследования деформаций русла и кинематической структуры потока
р. Селенги у с. Брянска с целью обеспечения нормальной работы выпуска
сточных вод Селенгинского ЦКК .....................................................................210
8.2.1. Особенности взаимодействия рассеивающего выпуска
сточных водс водным объектом .................................................................210
8.2.2. Характеристики режима стока воды и морфологии
русларассматриваемого участка р. Селенги ..............................................211
8.2.3. Методика исследований ...................................................................213
8.2.4. Особенности гидравлики речного потока и руслового процесса....214
8.2.5. Экспериментальные исследования по обоснованию
оптимального варианта проекта рассеивающего выпуска сточных
вод СЦКК ...................................................................................................218
8.2.5.1. Исследования на гидравлической пространственной
модели участка р. Селенги ..................................................................218
8.2.5.2. Исследование разбавления сточных вод на участке
р. Юля-Йоки .......................................................................................223
8.2.5.3. Экспериментальное исследование различных вариантов
конструкциирассеивающего выпуска ................................................224
8.2.5.4. Предложения по нормализации работы
инфильтрационного водозабора на о. Долгий ..................................227
8.3. Регулирование русла Оби у Барнаула в связи с интенсивным
хозяйственным использованием этого участка реки .......................................228
8.3.1.Краткая характеристика гидрологического режима Оби
у Барнаула ...................................................................................................231
8.3.1.1. Физико-географическая характеристика ...............................231
8.3.1.2. Водный режим .........................................................................232
8.3.1.3. Режим твердого стока .............................................................233
8.3.2. Русловой процесс Оби у Барнаула ....................................................234
8.3.2.1. Тип руслового процесса ..........................................................234
8.3.2.2. Морфогидродинамическая характеристика исследуемого
участка Оби во второй половине 1980-х годов ...................................235
8.3.2.3. Прогноз руслового процесса ..................................................238
8.3.3. Натурные работы, выполненные на Оби в районе Барнаула
в 1986–1987 гг. ............................................................................................238

8.3.4. Экспериментальные исследования гидравлических характеристик
потока, кинематической структуры течений и руслового процесса
на гидравлической модели участка Оби у г. Барнаула ..............................240
8.3.4.1. Гидравлическая модель р. Оби ...............................................240
8.3.4.2. Оценка возможности спрямления Верхне-Ереснинской
излучины .............................................................................................242
8.3.4.3. Оценка гидравлико-морфологической ситуации
на участке размещения городского водозабора №1
и перехода ЛЭП–220 кВ ......................................................................243
8.3.4.4. Сравнительная оценка вариантов проектирования
коммунального моста ..........................................................................246
8.3.4.5. Экспериментальная оценка гидравлико-морфологической
ситуации на участке реки между коммунальным
и железнодорожным мостами .............................................................246
8.3.4.6. Экспериментальная оценка гидравлико-морфологической
ситуации на участке реки между железнодорожным мостом
и о. Белоярским ...................................................................................247
8.4. Комплексные исследования гидравлического режима и руслового
процесса р. Иртыш с целью обоснования проекта регулирующих
мероприятий по обеспечению надежного функционирования
автотрассы и речного порта г. Ханты-Мансийска............................................248
8.4.1. Методика решения проблемы ..........................................................249
8.4.2. Основные характеристики и особенности гидрологического
режима реки ................................................................................................250
8.4.3. Прогноз руслового процесса ............................................................252
8.4.4. Варианты инженерных мероприятий, направленных
на регулирование речного потока и руслового процесса ..........................254
8.4.5. Гидравлическая модель р. Иртыш ....................................................254
8.5. Гидравлическое моделирование пропуска половодий по пойме
Иртыша в естественных и проектных условиях ...............................................258
Глава 9. О гидравлическом моделировании на деформируемых моделях
речных русел с использованием заменителей наносов ...........................................262
Введение .............................................................................................................262
9.1. Виды и физико-механические свойства заменителей наносов .................263
9.2. Информация об использовании заменителей наносов в различных
гидравлических лабораториях мира ..................................................................265
9.3. Экспериментальные исследования динамических свойств различных
заменителей донных наносов. Опыты Хенг-Сенг Лоу и В.К. Дебольского ....270
9.4. Экспериментальные исследования заменителей наносов,
выполненные в Русловой лаборатории ГГИ ....................................................275
9.5. Масштаб времени русловых деформаций при использовании
заменителей наносов на деформируемых моделях речных русел ....................283
Глава 10. Лабораторные исследования и гидравлическое моделирование
русел рек, сложенных из крупного аллювия ............................................................288
Введение .............................................................................................................288
10.1. Особенности руслового процесса рек горно-предгорной зоны ..............290

10.2. Лабораторные исследования структурного транспорта крупных наносов в
реках ..................................................................................................................295
10.3. Гидравлическое моделирование руслового процесса и транспорта
донных наносов в реках, сложенных из крупного аллювия ............................308
10.3.1. О предшествующих исследованиях ................................................308
10.3.2. Методика гидравлического моделирования руслового
процесса рек горно-предгорной зоны при структурной
и бесструктурной формах транспорта донных наносов ............................310
10.3.3. Примеры гидравлического моделирования руслового процесса
на участках мостовых переходов предгорных рек .....................................314
10.3.3.1. Гидравлическая модель р. Хара-Мурин ...............................316
10.3.3.2. Гидравлическая модель р. Утулик ........................................326
10.3.3.3. Гидравлическая модель р. Аносовки ...................................341
10.3.4. Гидравлическое моделирование руслового процесса
и транспорта наносов р. Лабы в связи с добычей аллювия
для строительных целей .............................................................................348
10.3.4.1. Общие сведения о реке .........................................................351
10.3.4.2. Натурные исследования ........................................................352
10.3.4.3. Гидравлическая модель р. Лабы ...........................................354
10.3.4.4. Лабораторные эксперименты в 100-метровом
гидравлическом лотке .........................................................................359
10.3.4.5. Выводы и рекомендации .......................................................361
10.3.5 Гидравлическое моделирование р. Нюкжи на участке прижима
1416–1422 км по трассе БАМ .....................................................................363
Заключение ........................................................................................................368
Глава 11. Гидравлическое моделирование ледовых заторов и заторных
наводнений ................................................................................................................371
11.1. Методические подходы к изучению ледовых заторов .............................371
11.2. Гидравлическое моделирование ледовых заторов на р. Лене
у г. Ленска ..........................................................................................................373
11.2.1. Задачи и методика моделирования .................................................375
11.2.2. Результаты экспериментов .............................................................378
11.2.3. Оценка эффективности противозаторных мероприятий
и мер защиты г. Ленска от наводнений .....................................................389
11.3. Исследование ледовых заторов на р. Лене у с. Табага
на пространственной гидравлической модели .................................................394
11.3.1. Методика и состав модельных экспериментов ..............................396
11.3.2. Анализ результатов опытов .............................................................401
11.3.2.1. Характеристика поля скоростей течения воды
в пределах рассматриваемого участка р. Лены ...................................401
11.3.2.2. Поле скоростей течения в проектных условиях ...................403
11.3.2.3. Характеристика поля скоростей течения в проектных
условиях при заторах льда у мостового перехода ...............................403
11.3.2.4. Характеристика уровней воды на исследуемом участке
Лены .....................................................................................................406
11.4. Гидравлическое моделирование заторных ситуаций у мостовых
переходов разной конструкции в 20-метровом призматическом канале ........414

11.5. Общие выводы по результатам исследований ледовых заторов

на р. Лене у с. Табага на пространственной гидравлической модели
и в 20-метровом призматическом канале .........................................................417
Глава 12. Экспериментальные исследования и гидравлическое моделирование
аварийных разливов нефти в реках ..........................................................................419
12.1. Причины аварийных разливов нефти ......................................................419
12.2. Методы определения путей и скорости распространения аварийных
разливов нефти в реках ......................................................................................420
12.3. Основные свойства поведения нефти в водной среде .............................422
12.3.1. Нефть на открытой водной поверхности .......................................422
12.3.2. Нефть под ледовым покровом ........................................................428
12.4. Основные черты и особенности распространения аварийных
разливов нефти в реках ......................................................................................439
12.5. Методика гидравлического моделированияаварийных разливов
нефти в реках .....................................................................................................441
12.6. Некоторые примеры моделирования аварийных разливов нефти
в реках .................................................................................................................443
Глава 13. Натурные и экспериментальные исследования руслового процесса
на р. Поломети ..........................................................................................................450
Введение .............................................................................................................450
13.1. Морфология, плановые деформации и гидравлика потокана
участках свободного меандрирования ..............................................................450
13.2. Исследования процессов затопления поймы и развития пойменных
течений на р. Поломети у д. Заречье .................................................................452
13.3. Исследования грядового движения наносов ............................................453
13.4. Натурные исследования макротурбулентности руслового потока ..........455
13.5. Неравновесные процессы в формировании русла р. Поломети .............456
Заключение ........................................................................................................461
Глава 14. О соотношении физического и математического моделирования,
физических и математических методов исследований в задачах речной
гидравлики и руслового процесса ...........................................................................462
Заключение ...............................................................................................................472
Conclusions .................................................................................................................478
Литература .................................................................................................................484
Приложение 1 ............................................................................................................505
Приложение 2 ............................................................................................................523
Приложение 3 ............................................................................................................528
Об авторах этой книги ..............................................................................................531