Введение к работе
Актуальность темы. Турбулентность русловнх потоков играет существенную роль практически ео всех процессах, связанных с рациональным использованием водных ресурсов. Интенсивность речной турбулентности определяет описание и расчеты процессов обмена, от которых зависит способность потока к самоочищению, трансформация и деград? їция загрязняющих ведеств. В связи с известными трудностями те еретического описания турбулентного руслового потока на практике широкое распространение получили методы расчета русловой турбулентности, основанные на использовании различных полуэмпирических моделей с корректировкой их по деннім локальных натурных измерений или модельных лабораторных экспериментов. Такой подход, по-видимому, еще долгое время будет использоваться при выполнении более или менее детальных разработок, связанных с необходимостью определения характеристик процессов переноса и обмена в водной среде. Однако в целом ряде задач оптимального использования и охраны водных ресурсов требуются общие оценки таких величин, как: длина пути смешения водных масс, время осаждения примеси и т.п.. Для решения этих задач необходимы более обідие методы расчета турбулентных характеристик потока. Поэтому разработка таких методов, основанная на обобщении результьгов лабораторія исследования и натурных измерений, а также теоретических концепций, является актуальной задачей исследования. Такие методы, по-видимому, могут служить и некоторым дополнением имеющихся теоретических описаний, например для гипотетического замыкания математических моделей. Эти методы дают также возможность обоснования и дальнейшего развития экспериментального исследования русловой турбулентности.
Цель и задачи исследования. Целью работы являлась разработка
методов расчета основных параметров, описывающих турбулентный руслово* поток.. В соответствии с этой целью в задачи исследования входило:
анализ имеющихся к настоящему времени тєіретических построений, натурньпс и экспериментальных данных по русловой турбулентности;
проведение самостоятельных натурньпс исследований;
на основе обобщения теоретических, экспериментальных и натурных исследований построить связи турбулентных характеристик руслового потока с осредненньвди его параметрами.
...етрдика исследований. Поставленные задачи решались путем статистической обработки данных собственных натурньпс измерений турбулентных характеристик руслового потока и анализа результатов измерений других авторов с использованием фундаментальных теоретических выводов о механизме турбулентности.
Собственные натурные исследования проводились на естественных водных потоках различных масштабов с помощью современной гидрофизической аппаратуры. Данные других авторов выбирались таким образом, чтобы иметь возможно больший диадезон изменения основных параметров п^-оков. Статистическая обработка данных измерений включала расчеты первых четырех моментов пульсаций скорости потока и их спектральный анализ.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней ьпервые предложена звіґ'чутая система соотношений для расчета турбулентних харяктер-'стик руслового потока, включая первые четыр статистические момента пульсаций скорости течения. ;
Практическаяiзначимость работы вытекает из еозножност.. использования предложенных зависимостей для расчета параметров русловых потоков, определяющих процессы обмена и переноса в них, для разработки методов оптимального использования водных ресурсов.
Предметом .защиты являются предложенные обобщенные связи характеристик турбулентного руслового потока с его осредненными, легкоолределяежт параметрами, позволяющие рассчитывать основные составляющие процессов обмена и переноса в русловых потоках.
Реализация работы осуществлена при разработке проекта мелиорации существующих и строительства искусственных нерестилищ осетровых рыб на Нижней Волге, при разработке рекомендаций по расчету осадконакопления в приливном устье (проект "Белое море").
Апробация работы. Отдельные части работы неоднократно'докладывались и обсуждались на международных, общесоюзных и региональных конгрессах, симпозиумах и конференциях: XX, ХХП н ХХШ конгрессы Международной Ассоциации Гидрологических Исследований (1963, 1967 и 1969 гг.), П и Ш конференциях "Динамика и термика рек, водохранилищ и окраинных морей (1985, 1939 гг.), на координационном совещании "Математическое моделирование в Гидроэкологии - 90 (декабрь 1990 г.), а также на семинарах отдела гидрофиз ки, лаборатории динамики русловых потоков и ледотермики ИВЛ АН СССР.
Объем и структура диссертации.. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 16? страницах, содер- ' жиг 55 рисунков, 20 таблиц. Список используемой литературы содержит 97 наименовании, из них 33 иностранных.