Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы исследования движения донных наносов 7
1.1 Образование речных наносов и факторы их обуславливающие 7
1.2 Движение речных наносов 13
1.3 Грядовый режим перемещения донных наносов 31
1.4 Натурные и лабораторные исследования механизмов перемещения донных наносов 40
2 Методы расчета транспортирующей способности потока 55
2.1 Анализ основных причин неудовлетворительного состояния проблемы расчетов расходов донных наносов в реках 56
2.2 Основные методы и формулы для расчета расходов донных наносов 63
2.3 Оценка формул на основе фактических измерений 69
3 Эффект взаимодействия руслового и пойменного потоков 81
3.1 Особенности морфологического строения пойм 83
3.2 Натурные и лабораторные исследования эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков 91
3.3 Воздействие эффекта взаимодействия потоков на уклоны водной поверхности 113
4. Влияние эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков на транспорт донных наносов в основном русле 117
4.1. Общие положения 117
4.2 Результаты экспериментальных исследований по проблеме воздействия пойменного потока на транспорт наносов в основном русле 118
4.3. Натурные исследования по проблеме влияния пойменного потока на транспортирующую способность руслового 123
4.4. Описание установки и методики проведения экспериментов 128
4.5. Анализ экспериментальных данных 131
Заключение 138
Список использованных источников 140
Приложения 148
- Движение речных наносов
- Основные методы и формулы для расчета расходов донных наносов
- Натурные и лабораторные исследования эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков
- Результаты экспериментальных исследований по проблеме воздействия пойменного потока на транспорт наносов в основном русле
Введение к работе
Актуальность темы. Информация о донных наносах является крайне необходимой для проектирования и строительства различных гидротехнических сооружений, мостовых переходов, каналов различного назначения, дамб обвалования и других сооружений. Так, по данным экспертиз, около 20 % аварий мостов происходит из — за несовершенства расчетов русловых деформаций, основанных на информации о стоке донных наносов. В тоже время расходы донных наносов на сети гидрометслужбы не измеряются, а данные специальных наблюдений, в частности, за грядовым режимом перемещения наносов, как правило, не публикуются.
Анализ формул для расчета транспортирующей способности потока показал, что они применимы в ограниченном диапазоне изменения переменных, а погрешности расчетов по ним часто выходят за допустимые пределы.
В середине 50 — х годов прошлого века был вскрыт эффект взаимодействия руслового и пойменного потоков, но до настоящего времени не выполнена оценка влияния этого эффекта на транспортирующую способность русла. Хотя эта проблема имеет большое научное и практическое значение, так как основная часть стока донных наносов проходит именно в периоды высоких паводков и половодий.
Актуальным также является совершенствование методов гранулометрического анализа проб наносов.
Цели и задачи исследования.
1. Вскрытие закономерностей влияния эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков, при первом и третьем их типах, на транспорт наносов в основном русле.
Изучение некоторых особенностей механизма перемещения донных наносов, в частности, процессов сортировки разнозернистого материала.
Совершенствование методов гранулометрического анализа проб наносов.
Для достижения поставленных целей была выполнена серия лабораторных экспериментов в лаборатории водных исследований РГТМУ, проведен большой объем натурных исследований на естественных водотоках по изучению механизма перемещения донных наносов. Выполнен теоретический анализ лабораторных и натурных данных.
Научная новизна. Впервые экспериментальным методом вскрыт механизм воздействия пойменного потока на транспортирующую способность руслового при схождении их динамических осей.
Предложена новая методика обработки проб донных наносов, использующая современные технические средства.
Натурными исследованиями установлено, что различие в гранулометрическом составе наносов наблюдается не только в разных частях русла, но и в различных частях русловых мезоформ.
Вскрыт механизм образования слоистой структуры гряд.
Разработана методика использования кривой гранулометрического состава при обработке проб донных отложений. Данная методика позволяет выделять в русле зоны, где происходит транзитное перемещение наносов и зоны, где наносы аккумулируются и не участвуют в движении. Пробы, отобранные на участках, где происходит аккумуляция наносов, должны быть исключены из расчетов расходов донных наносов.
Практическая значимость. Вскрытие механизма влияния эффекта взаимодействия потоков на транспорт донных наносов
позволяет вплотную подойти к разработке методики расчетов расходов донных наносов в русловом потоке при влиянии на него пойменного, что позволит уточнить величину стока наносов в паводочный период.
Предложенная методика обработки проб донных наносов позволяет не только значительно повысить точность при их обработке, но и значительно ускорить данный процесс. Кроме того, данный метод позволяет разделять на фракции пробы значительно меньших диаметров, чем стандартными ситовыми методами.
Учет направленности руслового процесса при определении средних и эффективных диаметров донных наносов позволяет существенно снизить погрешность в определении расходов донных наносов по формулам.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных семинарах кафедры гидрометрии, итоговых сессиях ученого совета РГГМУ в 2001 - 2004 гг., на восемнадцатом пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов в Курске в 2003г, на международной научно — теоретической конференции " Гидравлика", посвященной 100 — летаю со дня рождения заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, доктора технических наук, профессора P.P. Чугаева в СПбГПУ в 2004г, частично результаты вошли в научные отчеты НИР кафедры гидрометрии.
По теме диссертации имеется 7 публикаций
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения четырех глав, заключения, и приложений. Работа изложена на 147 страницах текста, включает 31 рисунок, 5 таблиц, 16 приложений и библиографический список использованной литературы из 84 наименований.
Движение речных наносов
Речные наносы в зависимости от характера движения в речном потоке делятся на взвешенные и донные, или влекомые. Однако такое деление по существу можно считать условным, поскольку все передвигаемые потоком наносы в отдельные моменты времени в зависимости от крупности частиц и скорости потока или находятся во взвешенном состоянии или, сальтируясь, перекатываются по дну. Перекатывающиеся и подпрыгивающие со дна крупные частицы могут достигать значительной высоты(по терминологии В. Н. Гончарова [1] «потолка взвешивания»), после чего снова падают на дно, а более мелкие частицы, подхваченные со дна течением, переносятся во взвешенном состоянии на значительные расстояния. Концентрация крупных частиц увеличивается от поверхности ко дну, тогда как мелкие частицы распределены по глубине потока более равномерно. В отдельных случаях насыщенность потока наносами вблизи дна достигает такой величины, при которой движение наносов представляет подобие движения разжиженной массы грунта, сползающей со склонов во время интенсивных ливней, или в метель снега по поверхности сугробов.
Анализ гранулометрического состава наносов в реках дает возможность установить физически более обоснованное их деление на взвешенные и донные [1,2].
Более мелкие частицы наносов, в основной своей массе проносятся рекой транзитом к устью, тогда как движение крупных частиц в зависимости от гидравлических условий потока происходит периодически, от одного участка реки к другому, где они задерживаются иногда на длительный период времени, после чего при изменившихся гидравлических условиях потока опять приходят в движение. При интенсивном движении донных наносов образуются как местные размывы русла, так и отложения в виде побочней, перекатов, осередков и пр. В переформировании русла участвуют и более мелкие частицы наносов, отлагаясь в застойных зонах, в пределах устьевых участков, в верхних бьефах плотин и пр. К руслоформирующим наносам в зависимости от физико-географических условий бассейна и характера речного потока могут быть отнесены частицы диаметром более 0.05—0.10 мм. Соответственно к транзитным могут быть отнесены частицы диаметром менее 0.05—0.10 мм.
Сток наносов характеризуется средним расходом наносов за месяц, год или ряд лет; в последнем случае расход называется средним многолетним.В отдельных случаях сток наносов относят к единице площади бассейна, а полученный результат, по аналогии со стоком воды, называют модулем стока наносов, который выражают в тоннах с 1 км2.
Количество наносов, содержащихся в единице объема воды, называется мутностью воды. Этот термин обычно применяется в гидрометрии, хотя по существу понятие «мутность» характеризует оптические свойства воды, т. е. степень ее прозрачности, меняющейся не только от содержащихся в ней минеральных частиц, но и от гумусовых и прочих растворенных соединений.
Характер передвижения донных наносов зависит от крупности частиц, их залегания на дне и гидравлических условий речного потока.
Лабораторными и полевыми наблюдениями установлено, что находящиеся на дне потока наносы начинают передвигаться после того, как воздействующие на них скорости потока достигают такой величины, при которой частицы теряют свое устойчивое положение на дне и срываются с места.
Естественно, что сначала передвигаются те частицы, которые выступают над поверхностью дна и таким образом в большей степени подвергаются непосредственному воздействию потока. Характер сдвига со дна частиц особенно наглядно наблюдается на примере галечных наносов.Лежащие на дне частички наносов, в данном случае гальки, в значительной своей массе ходятся в какой-то степени перекрытыми соседними гальками или занесены промежуточным, более мелким материалом (песком).
В связи с тем, что с увеличением скорости потока происходит смыв со дна вначале более мелких наносов, крупные частицы постепенно обнажаются и подвергаются воздействию обтекающего их потока. Образующиеся при этом завихривания потока способствуют дальнейшему выносу мелких частиц и возникновению подъемных сил, облегчающих сдвиг галек.
Перед началом движения гальки начинают вибрировать, вращаться на месте, а затем, становясь как бы невесомыми, внезапно срываются и, скользя и подпрыгивая, продолжают свое движение, пока не застрянут между другими гальками или пока скорости потока будут недостаточными для их дальнейшего передвижения. В результате того, что с увеличением скорости потока происходит смыв со дна вначале более мелких наносов, а затем более крупных, русло реки углубляется и оказывается постепенно замощенным оставшимися на месте более крупными частицами. Подобное явление наблюдается после прохождения паводков в руслах,. сложенных из песчано-галечных наносов и называется отмосткой.
При массовом движении донных наносов русловые отложения становятся менее связными, рыхлыми и более подверженными размыву.В этом случае движение крупных частиц переходит в скачкообразное с продолжительным отрывом от дна, а песчаные наносы переносятся сплошным слоем вблизи дна и достигают значительной высоты взвешивания.Характерным для передвижения песчаных наносов является формирование их, в виде гряд, образующих рельеф речного русла.
Механизм образования песчаных гряд до настоящего времени раскрыт еще не полностью, несмотря на большое количество
Основные методы и формулы для расчета расходов донных наносов
Как уже отмечалось, наносы в придонном слое перемещаются влечением, сальтацией или в виде донных гряд. Характер перемещения наносов определяет сопротивление русла движению потока и в значительной степени величину их расхода. Существующие методы измерения расходов донных наносов, к сожалению, несовершенны. Кроме того, из - за низкой точности получаемой информации на сети измерения расходов донных наносов были прекращены, еще в 60-х годах прошлого века. Поэтому большинство разрабатываемых формул для расчетов расходов наносов основано на лабораторных данных и имеет ограниченный диапазон применения.
Необходимо отметить, что русловые потоки могут переносить определенное количество наносов, которые поступают в них с бассейна реки крайне неравномерно. Так, при подъеме уровней в период паводков в русло реки с бассейна смывается большое количество частиц грунтов. При этом очень часто оно превышает то количество русловых наносов, которое поток может в данный момент транспортировать. Избыток наносов в этот период откладывается в русле в основном на перекатах. В период спада уровней в русло поступает осветленная вода, в этом случае количество русловых наносов, поступающих в русло, меньше того, которое поток может транспортировать. Поэтому недостающее их количество поток отбирает из русла, размывая его дно и берега. Разработка методики расчетов расходов донных наносов осуществлялась на основе трех подходов :— динамический, изучающий силы, действующие на частицу, находящуюся на дне потока. Основы этого подхода были заложены французским исследователем Дюбуа и развиты В.Н. Гончаровым, Г.ИЛДамовым, А. Шокличем и др. авторами [1,2];— статистический, изучающий вероятность срыва и перемещения донной частицы ( Г.А.Энштейн, М.А. Великанов и др. [26,27])— методом анализа размерностей (И.В.Егизаров и др.[25]) , этот подход фактически является вспомогательным и обычно используется только для анализа и систематизации экспериментальных данных. В настоящее время имеется около 200 формул для расчета расходов донных наносов. Все эти формулы можно условно разделить на четыре группы, положа в основу деления определяющий параметр. Конечно данное деление не является строгим, в связи с тем, что формулы гидравлики позволяют перейти от одного параметра к другому. К первой группе относятся формулы, в которых основным определяющим параметром является скорость потока. В качестве примера можно привести формулы получившие наибольшее распространение — В.НХончарова и И.И.Леви, К.В.Гришанина, основанные на лабораторных данных, и формулу Г.И.Шамова основанную на натурном материале.0.2 мм К 0.4 мм дают вполне удовлетворительные результаты, для песков крупностью К 0.15 мм формула Шамова малопригодна, а формула Гончарова дает преувеличение.
В формулах второй группы в качестве основного расчетного параметра принята «влекущая сила потока» x=pghl. Формулы данного типа не получили в нашей стране широкого распространения, однако они довольно часто применяются за рубежом. Третья группа формул основана на связи расходов наносов непосредственно с расходами воды и уклонами водной поверхности. Формулы этой группы широко распространены за рубежом, в частности, формулы Шоклича и Мейер — Петера.
Здесь а, си и b- числовые параметры; q и q0 - расходы воды на единицу ширины потока - бытовой и при начале движения наносов.
В четвертой группе формул определение расхода наносов осуществляется на основе статистического анализа движения отдельных твердых частиц.
Так, Г.Энштейн, используя некоторые положения теории вероятности и считая движение влекомых частиц случайным, предложил для определения расходов их наносов два метода:- в первом рассмотрена вероятность отрыва произвольно взятой на дне частицы в течение расчетного времени At и перемещения ее на расстояние AL;- второй основан на рассмотрении процесса обмена частицами между потоком и дном.
Данное направление развивал также М.А.Великанов, принявший на основе экспериментальных данных допущение о наличии прямой корреляционной зависимости между высотой и длинной скачка песчинки, он разбивал непрерывный временной процесс на короткие расчетные интервалы времени. М.А.Великанов допускает [26,27], что корреляция между двумя соседними, осредненными за расчетный интервал времени величинами (пульсационными скоростями и др.) равна нулю, что не является строгим. С учетом данного допущения рассматриваются две вероятности:- первая т — вероятность того, что произвольно взятая на дне частица, в течении расчетного интервала времени будет сорвана со дна и унесена потоком, т.е. вероятность превышения силы (F) над весом частицы (Р) F Р; - вторая є — вероятность того, что сорванная со дна в первый расчетный интервал времени частица во второй расчетный интервал времени не опустится на дно. К сожалению, теория недоработана и не доведена М.А.Великановым до окончательных расчетных рекомендаций. Также следует отметить и ряд расчетных формул, предложенных отечественными и зарубежными авторами , полученных на основе статистического анализа движения частиц. В качестве примера можно привести формулы Доу-Го-женя и К.И.Росинского и В.К.Дебольского , которые учитывали наносы, перемещающиеся не только сальтацией , но и влечением по дну потока Здесь р 0.2 ; а і , а г— коэффициенты, характеризующие слошность движения частиц; VB и Vc— скорости катящихся и сальтирующихся частиц ; со — гидравлическая крупность. В заключении следует отметить, что наибольшее распространение в нашей стране получили формулы первого вида, в первую очередь из-за относительной простоты расчетов и более менее приемлемым результатам, полученным с использованием данных эмпирических формул.
Натурные и лабораторные исследования эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков
Лабораторные исследования первоначально выполнялись на моделях различной длины, где русло с одной или двумя поймами создавалось при параллельности их геометрических осей.
Несколько позднее в РГГМУ [60,61] были выполнены экспериментальные исследования процесса взаимодействия потоков, протекающих по поверхности с резко отличной шероховатостью и примерно равной глубиной по ширине.
На модели в лаборатории РГГМУ было сформировано русло, на котором по всей длине установки на двух полосах шириной 0.75 м каждая была нанесена различная шероховатость (1.8 и 4.5 см), а дно средней полосы было покрыто стеклом толщиной 7 мм. Таким образом, были образованы три отсека с различной шероховатостью по ширине. Изучение процессов взаимодействия потоков в этих отсеках осуществлялись по методике при которой измерения параметров выполнялись при режиме, близком к равномерному как в изолированных, так и во взаимодействующих отсеках потока.
Особенностью экспериментов, проведенных как на модели русла с поймами, так и на моделях русла с неоднородной шероховатостью по ширине, явилось изучение эффекта взаимодействия, возникающего при не параллельности динамических осей руслового и пойменного потоков.
Как вытекает из анализа опубликованных работ [60,61,62], при движении потоков с различными скоростями на границе их раздела сначала (при малых скоростях) возникает вертикально расположенная волновая поверхность.
По мере роста скоростей от нее отделяются вихри с вертикальной осью вращения, которые по закону Кутта—Жуковского перемещаются в поток, движущийся с большими скоростями. Следовательно, эти вихри, захватывая массы жидкости пойменного потока, переносят их в русловой, тем самым, осуществляя массообмен между руслом и поймой и торможение пойменным потоком руслового.
Теоретический анализ процесса взаимодействия руслового и пойменного потоков впервые выполнен В. Н. Гончаровым [1], а наличие вихрей на границе взаимодействующих руслового и пойменного потоков впервые экспериментальным путем установлено И. П. Спицыным [64] и несколько позднее подтверждено Р. X. Селлиным (рис.3.1).
Интересные результаты получены А. Л. Радюком [63] при измерениях на р. Большом Енисее на участке длиной 300 м с каменистой односторонней поймой.
«При очень большой разнице скоростей руслового (5 м/с) и пойменного (0.4 м/с) потоков по всей линии соприкосновения потоков поймы и русла четко просматривалась вихревая дорожка. Зона вихрей захватывала незначительную часть поймы и большую часть ширины русла. Вихри с вертикальной осью вращения зарождаются сразу же после слияния потоков поймы и русла и вращаются против часовой стрелки, постепенно увеличиваясь в диаметре до определенного предела. Диаметры вихрей изменялись от 15 до 150 см. Затем вихревые структуры начинают смещаться в сторону руслового потока, угловая скорость их вращения уменьшается, происходит распад вихрей на более мелкие локальные массы, которые рассеиваются в окружающей среде. Продолжительность «жизни» отдельных вихрей составляла 2—6 с». Аналогичные вихри, но на границе взаимодействующих отсеков потока, протекающего по поверхности, имеющей резко неоднородную шероховатость и постоянную глубину по ширине, были обнаружены Н.Б.Барышниковым совместно с В. Г. Саликовым [62].
Визуальные наблюдения, а также данные, приведенные на фотографиях, полученных через небольшой интервал времени, позволили сделать вывод о том, что указанные вихри имеют форму фигуры, ограниченной вытянутым эллипсом, большая ось которого, расположенная вдоль русла, постепенно сжимается, и к моменту отрыва вихря его форма становится близкой к кругу.
На процесс образования, перемещения и обтекания русловым потоком вихрей, а также на замещающие течения затрачивается значительное количество энергии, что приводит к уменьшению пропускной способности руслового отсека и деформации поля его скоростей.
Значение дополнительного сопротивления в этом случае может быть оценено по формуле х = Ae(dV/db),где Ав — коэффициент турбулентного обмена между взаимодействующими потоками; dV/db — градиент осредненных по вертикали скоростей в зоне взаимодействия потоков. Таким образом, сопротивление пропорционально разности, точнее градиенту скоростей потоков.
Поэтому аналогичная картина сопротивлений наблюдается и при взаимодействии отсеков потоков, протекающих по поверхности с различной шероховатостью по ширине, где градиент скоростей на их границе обусловлен не разностью глубин, а различием шероховатости дна.
Для экспериментального изучения таких сопротивлений в РГТМУ была разработана и применена оригинальная методика, основанная на изоляции взаимодействующих руслового и пойменного потоков тонкой (5—7 мм) продольной стеклянной разделительной стенкой. По этой методике увеличение сопротивлений определяется на основе данных измерений параметров потоков как при их изоляции, так и при их взаимодействии. Позднее эта методика была применена Селлиным [66] и другими авторами [67,68]. Аналогичная методика впервые была применена
Н.Б.Барышниковым [61,69] при изучении сопротивлений при взаимодействии потоков, протекающих по поверхности, имеющей различную по ширине шероховатость. Дальнейшие работы связаны с экспериментальным исследованием взаимодействия потоков при не параллельности их динамических осей. Первым исследованием является работа Н. А. Ржаницына [70], выполненная на модели малых размеров (шириной 26 см), представлявшей собой прямоугольное русло, составленное в плане из трех последовательных излучин и прямоугольной поймы (рис. 3.2). Н. А. Ржаницыным с помощью красителей изучались направления поверхностных и донных течений при взаимодействии руслового и пойменного потоков (рис. 3.3). Детальными и тщательно выполненными явились экспериментальные исследования, начатые под руководством В. Н. Гончарова в лаборатории ЛГМИ в 1959 г. и продолженные его учениками в последующий период. Результаты этих исследований дали первые количественные характеристики эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков. Рис. 3.5. Распределение средних скоростей вертикалей по ширине русла и поймы в условиях сложного изгиба русла (по Гончарову
Результаты экспериментальных исследований по проблеме воздействия пойменного потока на транспорт наносов в основном русле
Натурные исследования по проблеме воздействия пойменного потока на транспортирующую способность руслового крайне ограничены [4,25 и др.]. Из опубликованных работ наиболее детальные результаты приведены З.М.Великановой и Н.АЛрных [ 78 ], по результатам паводочных работ на р. Оби у г.Барнаула. (рис4.5) В проведенных исследованиях ставилась задача охватить весь пойменный массив для получения общей картины течений в условиях затопленной поймы. Этой цели была подчинена и принята методика: отказ от створовых наблюдений и проведение измерений по контуру пойменного массива и в характерных точках внутри его. В процессе затопления исследованного пойменного массива в условиях исключительно высокого половодья оказалось возможным выделить следующие фазы: I. Начало затопления поймы. Вода поступает через пониженные участки в верховой части поймы, в отличие от обычно рассматриваемых схем, при которых затопление начинается в низовой части массива. Такой характер затопления можно объяснить тем, что изучаемый участок пойменного массива имеет малую разницу в высотных отметках в верховой и низовой его частях. В эту фазу течение в пойменных протоках сохраняло свое обычное направление; П. Вода поступает общим фронтом через верховую часть поймы. На пойме возникает транзитное течение, которое на пике охватывает весь массив и подчиняет себе течение в протоках. Слив происходит через низовую часть поймы; III. При спаде уровня вода из поймы поступает в русло виде разобщенных потоков в пониженных частях бровки. В протоках внутри массива снова появляется обычное течение. Для всех фаз затопления поймы можно выделить входной и выходной участки, граница между которыми меняется в зависимости от степени затопления. При спаде уровня граница эта несколько перемещается вверх по течению и участок слива становится больше чем при подъеме уровня. Распределение скоростей на пойме при ее затоплении очень неравномерное: максимальные значения имеют скорости на бровке в середине верховой части поймы, минимальные — в притеррасной части у коренного берега. Направление скоростей во всех точках пойменного массива при разных фазах затопления менялось несущественно (в пределах 10—30). Исключение составляют скорости в протоках внутри массива, где на пике скорости в отдельных точках меняли свое направление па противоположное, подчиняясь направлению транзитного потока. Значения скоростей увеличивались на подъеме и уменьшались на спаде половодья. На затопление поймы сначала уходит весь расход, поступающий с верховой части поймы, а на пике -лишь незначительная его часть (около 3%). При опорожнении поймы происходит увеличение стока через низовую часть поймы. Стока через верховую часть не наблюдалось. Расход, проходящий через пойму на пике половодья, составил примерно 1/3 общего расхода Оби. Ход уровня на пойменных водопостах отличался от хода уровня русловых водпостов. В начале затопления поймы наблюдались наибольшие уклоны свободной поверхности между русловыми и пойменными водпостами, при подъеме они уменьшались, достигая минимума на пике, и снова увеличивались на спаде уровня . При этом знак уклона не менялся.
Помимо жидкого стока Великанова и Ярных, занимались изучением стока наносов. В частности, они указывают, что русло Оби было в значительной степени заполнено донными наносами, и последние через прорвы стали поступать на исследуемый пойменный массив. На рис. 4.5. указаны зоны отложения наносов на пойме в верхней части массива, достигающие 1.5 м. толщины. Наносы откладывались в виде конусов выноса, наибольшая длина которых достигала 150 - 200 м. ( от бровки). Гранулометрический анализ проб, позволил сделать вывод о том, что в верхней части пойменного массива происходило осаждение русловых наносов. К сожалению, сведения о глубинах в основном русле в местах интенсивного выноса русловых наносов на пойму не опубликованы, возможно промеры глубин не производились. Помимо приведенных выше, интересные исследования проведены на р.Полометь в районе деревни Яжелбицы. Однако результаты этих исследований как правило не опубликованы. Отдельные результаты приведены в работах Ю.М.Корчохи [5] и других авторов [9,24]. Таким образом, анализ опубликованных работ по данной проблеме позволяет сделать вывод о том, что она еще далека от решения. Учитывая сложность проведения натурных экспериментов и, что очень важно, их высокую стоимость, считаем, что на данном этапе работы наиболее перспективным методом исследований являются лабораторные эксперименты. Последние могут оказать существенную помощь при вскрытии физической сущности процесса влияния эффекта взаимодействия потоков на транспортирующую способность русла. По видимому, эти эксперименты должны охватывать все типы взаимодействия потоков, встречающих в натурных условиях. Однако на первом этапе целесообразно ограничится одним - двумя из них. Это обусловлено трудоемкостью и большим объемом экспериментальных исследований, а также необходимостью отработки методики их проведения. Учитывая, что в экспериментальном плане наиболее полно изучен первый тип взаимодействия потоков [64,81,84 и др. ]. Тем более, что уже имеются результаты пробных экспериментов по воздействию пойменного потока на транспорт наносов в русловом потоке, было принято решение начать экспериментальные исследования именно с первого типа взаимодействия. Помимо экспериментов при параллельности осей потоков аналогичные исследования целесообразно провести и при третьем типе взаимодействия потоков, то есть при сходящихся динамических осях потоков. Как показал анализ литературных данных, третий тип взаимодействия руслового и пойменного потоков довольно часто ( до 40 % ) встречается в натурных условиях. Это, в частности, обусловлено тем, что большинство гидрологических станции и постов располагаются в местах значительных сужений поймы. Но особенно четко этот эффект проявляется при исследовании нестационарного процесса, то есть при изучении процесса освобождения поймы. Когда пойменные воды, поступая в русло, тормозят русловой поток и тем самым трансформируют его скоростное поле и значительно уменьшают его средние скорости. Именно в период спада уровней наблюдается значительное уменьшение уклонов водной поверхности руслового потока под влиянием пойменного. Величина этого уменьшения зависит как от угла, под которым массы пойменного потока поступают в русло, так и от мощности пойменного потока, определяемой его глубиной. К сожалению, какие либо сведения о влиянии эффекта взаимодействия потоков на транспортирующую способность руса, при этом типе, отсутствуют. В тоже время, известно [60], что поступление наносов в реки в этот период резко снижается. Поэтому вполне актуальной является решение этой проблемы, особенно в свете последних исследований о процессе саморегулирования в системе поток — русло. Таким образом, понимая важность исследований и при остальных типах взаимодействия, было принято решение на первом этапе ограничится исследованием только этой части общей проблемы. Для проведения экспериментов был использован гидравлический лоток с переменным уклоном, длиной 6 м и шириной 0.6 м (рис 4.6). В этом лотке были смонтированы русло и пойма высотой 0.05 м, ширина поймы составляла 0.35 м, а ширина русла 0.25 м. Модель была изготовлена из несущей деревянной конструкции усиленной алюминиевыми листами, каркас был уложен и прикреплен ко дну лотка, после чего образовавшиеся пустоты были засыпаны песком. Затем на поверхность поймы, по всей ее ширине, были уложены стеклянные панели. Таким образом, рабочая часть поймы была выполнена из стекла (в последствии на нее наносили шероховатость). Выходное отверстие лотка было снабжено жалюзи для стабилизации гидравлического режима потока, а также специально разработанным для данного лотка пескоулавливающим устройством, представляющим собой металлический каркас с прикрепленной к нему ловушкой, выполненной из капроновой ткани. Каркас был снабжен гибкими алюминиевыми щупами, с помощью которых он крепился непосредственно к выходному отверстию лотка.
