Введение к работе
Актуальность проблемы.
для обеспечения проектирования различных гидротехнических . сооружений необходимо выполнить гидравлические расчеты, d частности пропускной способности русел, основным параметром которых являются гидравлические сопротивления. К сожалению, методы рас- четов последних - несовершенны и требуют глубоких исследования.
В технической гидравлике достижения солидные. В частности, широкое распространение получили результаты работ Зегжды-Нику-радзе, представленные в виде графической зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса и относительной высоты выступов шероховатости. Особый интерес в исследованиях Зегкды-Нику-радзе представляет область квадратичных сопротивлений шероховатых русел или так называемая автомодельная область, в которой зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса практически отсутствует.
Многими исследователями (Н.С.Знаменская, 1992 и др.) установлено, что автомодельность, имевшая большое практически значение при проведении лабораторного моделирования не выполняется не тольк) для равнинных, но и для горных рек, и зависимости, полученные Зегкдой для малых каналов, а Никурадзе для напорных труб неприемлемы для оценки сопротивлений речных русел.
Применение различных видов уравнений движения для определения сопротивлений в речных руслах в настояпсе время затруднено из-за отсутствия необходимой исходной информации (Н.Б.Барышников, 1980).
В практике оценок сопротивлений получили широкое распространение такие его характеристики, как коэффициенты Шези и шероховатости. При этом в многочисленные зависимости для определения коэффициентов Шези, как правило, входит высота выступов шероховатости, определение которой весьма субъективно (В.И.Полтавцев, В.А.Соколова, 1974). /,аже отсутствует единство в терминологии и обозна-іении этой характеристики, а также рекомендации по ее определению при иерархическом строении грядового рельефа.
В ресснии проблемы гидравлических сопротивлений речных русел 'наметилось два взаимодополняющих направления: первое - паллиативное - заключается в использовании таблиц для определения
коэффициентов шероховатости, но при условии их усовершенствования посредством введения поправок, учитывающих изменение глубин и других факторов; второе - наиболее перспективное и вскрывающее физическую суть процесса сопротивления - основано на системном подходе, согласно которому сопротивление является регулятором работы саморегулирующейся системы бассеіін-речной поток-русло. Анализ процесса саморегулирования этой системы, осуществляемого сопротивлением, и взаимосвязь последнего с двумя блоками системы, а именно - русловыми процессами и твердым стоком является в нас-тояаее время одной из наиболее актуальных проблем речной гидравлики.
Цель работы. Разработка методов расчетов гидравлических сопротивлений речных русел. В частности, нами были использованы оба направления, указанные выше: усовершенствование методики расчетов гидравлических .сопротивлений на основе таблиц для определения коэффициентов шероховатости и большого объема натурной информации по равнинным и горным рекам, расположенным на территории бывшего СССР, и вскрытие роли сопротивлений в процессе саморегулирования работы системы бассейн-речной поток-русло.
Задачи работы;
I. Оценка методов расчетов гидравлических сопротивлений речных 'русел на основе натурной информации и, в частности, широко используемых в.практике таблиц для определения коэффициентов шероховатости.
Z. Выявление зависимостей гидравлических сопротивлений от. глубин речных потоков, типизация атих зависимостей и установление критериев, определяющих вид зависимости.
3. Выявление влияния русловых деформаций на гидравлические. сопротивления речных русел.
Научная новизна: Вскрыт механизм саморегулирования в системе бассейн-речной поток-русло, где регулятором работы составляющих блоков этой системы является сопротивление. Установлено пять типов зависимостей коэффицентов шероховатости от глубин. Усовершенствована методика расчетов гидравлических сопротивлений речных русел, основанная на таблицах для определения коэффициентов шероховатости и введении поправок на глубины.
. 5
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Методика расчетов гидравлических сопротивлений речных русел, основанная на усовершенствовании таблиц для определения коэффициентов шероховатости речных русел.
-
Пять типов зависимостей относительных величии коэффициентов шероховатости от относительных глубин и критерии, определяю-пие эти типы.
-
Представление о гидравлическом сопротивлении речных русел как регуляторе работы отдельных блоков системы бассейн-речной поток-русло.
-
Зависимость гидравлических сопротивлений от русловых деформаций.
Практическая значимость диссертационной работы: Результаты расчетов могут быть использованы при гидрологических и гидравлических расчетах при проектировании различных гидротехнических сооружений в речных руслах; при оценке водопропускной способности последних и расчетах максимальных расходов по меткам высоких вод%
Апробация работы: Результаты исследований докладывались на совещаниях Ьлжвузовского научно-координационного совета по проблеме -эрозионных, русловых и устьевых процессов Госкомобразования СССР (Ярославль, 1990; Ижевск, 1992; Воронеж, 1993), на семинаре в Совинтерводе (Москва, 1992), на сессиях Ученого Совета РГП.ІІ ' (1992,1993) и на семинарах кафедры гидрометрии РГГиИ (1992,1993).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 работ, список которых приведен а конце автореферата.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, вклгачаюшего Ш наименование. ОбяиП объем работы составляет гго страниц, включая 33 рисунков, іг таблиц, зо страниц приложений.»