ВВЕДЕНИЕ 3
1 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАРАСТАЮЩИХ РУСЕЛ 5
1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 7
1.2 МЕТОДИКИ РАСЧЕТОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАРАСТАЮЩИХ РЕЧНЫХ
РУСЕЛ 13
1.3 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСШЕЙ ВОДНОЙ
РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА УЧАСТКЕ Р. ОРЕДЕЖ 20
1.3.1 Физико-географическое описание реки Оредеж 20
1.3.1.1 Геология 20
1.3.1.2 Почвенный покров 21
1.3.1.3 Флора 22
1.3.1.4 Климат 22
1.3.1.5 Описание реки Оредеж 23
1.3.1.6 Изучение сопротивления заросшего речного русла реки Оредеж 25
1.3.1.7 Водная растительность, произрастающая на участке исследования. „27
2 ПРОВЕДЕНИЕ НАТУРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 33
3 ПРОВЕДЕНИЕ ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 40
ВЫВОД 52
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 54
Приложение 1 56
Приложение 2 57
Наша страна является одной из самых водообеспеченных стран в мире. На территории России протекает более 2,8 миллионов рек, их общая длина составляет 12,4 миллиона километров, а суммарный годовой сток рек составляет 4259 км3. Большая часть этих рек находится в умеренном климатическом поясе, и соответственно с этим, подвержена зарастанию в теплый период года. И, если на большие реки подводная растительность оказывает незначительное влияние, гидравлические характеристики малых рек сильно зависят от роста водолюбивой растительности в их русле. Зарастание прямым образом влияет на коэффициент шероховатости.
В наше время для учета сопротивления используются таблицы коэффициентов шероховатости речных русел, разработанные в СССР Карасевым И.Ф, Срибным М.Ф., и таблицы, разработанные заграничными специалистами В.Т. Чоу, Дж. Бредли и другими. Однако они содержат в себе много обобщений и неточностей, которые могут привести к использованию в расчетах далеких от реальности коэффициентов шероховатости, и, как следствие, к ошибкам в вычислении стока. Несовершенство используемых методик можно объяснить эмпирическим способом их составления, что является распространенным явлением среди многих методик XX века и ранее. Однако, благодаря многолетнему изучению физических процессов, протекающих в речных руслах, доступности использования современных технологий и развитию математического моделирования методики по учету сил трения в руслах можно уточнить.
Целью данной выпускной квалификационной работы является рассмотрение русловых процессов при разных видах взаимодействия подводной растительности:
- наблюдение за речным руслом, полностью поросшим водной растительностью;
- наблюдение за речным руслом, подвергшимся прокосам водной
растительности;
- наблюдение за речным руслом, водная растительность которого
изогнулась под действием больших скоростей течения, тем самым образовав густой органический массив.
Несмотря на то, что эмпирический метод может быть несовершенен, от него нельзя отказаться, тем более, что сейчас он подразумевает под собой более высокотехнологичные технологии, которые позволяют зайти за рамки ранее возможных для рассмотрения процессов. Так что, степень точности увеличивается за счет использования современных технологий, в частности, подводной фотосъемки, и делает эксперимент в целом более близким к правде.
По причине того, что подобные исследования только начинают проводиться, и, тем более, на рассматриваемом участке такие эксперименты новы, нельзя говорить о каких-то глобальных достижениях, так как статистики пока недостаточно. Однако ранее предполагаемые общие тенденции уже прослеживаются, и при дальнейших исследованиях они могут принести существенные плоды.
В ходе выполнения данной выпускной квалификационной работы были рассмотрены теоретические аспекты, касающиеся гидравлического зарастания русел рек, а также проведены натурный и численный эксперименты. В рамках теоретического изучения были рассмотрены различные методики, помогающие учитывать сопротивление зарастающих русел рек, в частности, были рассмотрены труды Барышникова Н. Б, Гришанина К. В, Карасева И.Ф, Срибного М.Ф., Боровкова В. С., труды Государственного Гидрологического института и многие другие.
В результате проведения натурного эксперимента была получена общая схема полегания водной растительности на участке реки Оредеж для естественного русла, а также схемы залегания водной растительности при деформации русла - его искусственном сужении и искусственном расширении. По данным схемы залегания растительности естественного русла был построен график зависимости угла наклона растительности от скорости потока.
В результате проведения численного эксперимента были рассмотрены три вида зарастающего речного русла: полностью поросшее русло, русло с прокошенной водной растительностью и русло с полегшей растительностью. С помощью программы HEC-RAS были рассмотрены гидрометрические характеристики, такие как уклон, уровень воды, средняя скорость потока, площадь поперечного сечения и так далее. По данным расчетов были построены графики Q = f(H).
