Введение 5
1. Состояние изученности проблемы скоростной структуры потока 6
1.1 Распределение скоростей в турбулентном потоке по вертикали 6
1.2 Зависимости для распределения скоростей и гидравлических
сопротивлений, основанные на двухслойной модели И.К.Никитина 16
1.3 Пульсационные характеристики турбулентного течения 20
2. Обзор натурных данных 25
2.1 Общие сведения 25
2.1.1 Рельеф и геология 25
2.1.2 Почвенный покров 26
2.1.3 Растительность 27
2.1.4 Климат 27
2.1.5 Описание реки Оредеж и участка наблюдений 28
2.1.6 Характеристика высшей водной флоры реки Оредеж 30
2.1.7 Причины интенсивного зарастания русла реки Оредеж 32
2.2 Обработка и первичный анализ натурных данных 33
2.2.1 Описание участка наблюдений 33
2.2.2 Методика измерений 34
2.2.3 Первичная обработка натурных данных 35
3. Результаты расчетов и их анализ 36
3.1 Обработка данных натурных наблюдений по методике И.К.Никитина.... 36
3.2 Подбор закона распределения скоростей по глубине потока 41
3.3 Расчет пристенного слоя по данным о пульсациях скорости 47
Заключение 49
Список используемых источников 51
Приложение А.- Поперечный профиль дна на р.Оредеж 52
Приложение Б. - Таблица измеренных расходов воды 53
Приложение В.- Эпюры распределения скоростей по глубине потока на вертикалях 54
Приложение Г.- Эпюры распределения скоростей по глубине потока на вертикалях 55
Приложение Д.- Эпюры скоростей u|z| 62
Приложение Е.- Логарифмический профиль скоростей 70
Приложение Ж.- Графический анализ эпюры скоростей u|z| 72
Приложение И.- Результаты обработки данных натурных наблюдений по методике И.К.Никитин 73
Приложение К.- Эпюры распределения продольных скоростей по вертикале по натурным данным и расчетным зависимостям без прокоса от 02.07.2015г.. 74
Приложение Л - Эпюры распределения продольных скоростей по
вертикале по натурным данным и расчетным зависимостям при прокосе 1 метр от 04.07.2015 г.
Приложение М. - Эпюры распределения продольных скоростей по вертикале по натурным данным и расчетным зависимостям при прокосе 5 метров от 07.07.2015г. 76
Приложение Н. - Эпюры распределения продольных скоростей по 77
вертикале по натурным данным и расчетным зависимостям при прокосе 5 метров от 08.07.2015г..
Приложение П. - Эпюры распределения продольных скоростей по вертикале по натурным данным и расчетным зависимостям при прокосе 10 метров от 09.07.2015г.. 78
Приложение Р. - Эпюры распределения продольных скоростей по вертикале по натурным данным и расчетным зависимостям при прокосе 10 метров от 10.07.2015г 79
Приложение С. - Эпюры распределения продольных скоростей по
вертикале по натурным данным и расчетным зависимостям при прокосе 10 метров от 14.07.2015г..
80
Приложение Т. - Эпюры распределения продольных скоростей по вертикале по натурным данным и расчетным зависимостям от 12.02.2016г 81
Приложение У. - Натурные данные пульсаций скорости
Возрастающая с каждым годом степень хозяйственного использования рек и вопросы их охраны, требуют создания более точных методов учета стока. Особенно сложным является оценка пропускной способности рек и скоростной структуры потока. Решению этих вопросов посвящено много научных трудов.
Известные в литературе способы расчета расходов воды базируются на использовании формулы Шези для средней скорости и, при этом движение предполагается равномерным, а поскольку это невозможно для рек, то использование формулы Шези в таких случаях всегда будет иметь приближенный характер.
Нахождение законов распределения скоростей в потоке тесно связанного с ним закона гидравлических сопротивлений для турбулентных течений является одной из важнейших задач речной гидравлики. Так же большой интерес представляет течение в пограничном слое у шероховатой поверхности. Течение у шероховатой поверхности так же, как и у гладкой, всегда разделяются на две области - пристенного подслоя 3 с четко выраженным линейным распределением скоростей и турбулентное ядро с близким к логарифмическому профилем. В настоящее время решение этой проблемы возможно только полуэмпирическим путем с привлечением данных натурных или лабораторных наблюдений.
Целью данной бакалаврской работы является исследование скоростной структуры потока, подбор закона распределения скоростей по вертикали, определение пограничного слоя у шероховатой стенки, а также обобщение и анализ многолетних данных наблюдений за расходом воды на конкретном водном объекте - р. Оредеж.
Оценивая результаты выполненной работы хочется отметить следующие выводы:
Во-первых, первичная обработка натурных данных указывает на то, что особенность рассматриваемой реки Оредеж заключается в том, что река сильно зарастает в летний период, тем самым растительность создает подпор- уровень повышается, хотя водность реки не изменяется.
Во-вторых, обработка натурного материала по методике И.К.Никитина дала хорошие результаты, по которым можно с уверенностью делать выводы о ее применимости и оправдываемости в натурных условиях.
В связи с эти хочется отметить следующее:
1) . Двухслойная модель турбулентного движения жидкости, предложенная И.К. Никитиным и полученные им универсальные зависимости для профиля скоростей и коэффициента гидравлического трения X, могут быть использованы для описания скоростной структуры потока и гидравлических сопротивлений в русловых потоках. Рассчитанные и измеренные скорости мало отличаются друг от друга;
2) . Толщина придонного слоя 5 для одной и той же реки изменяется в зависимости от ее зарастания и водности, но эти изменения незначительны из-за мало изменяющихся расходов. В 2015 году наблюдалось увеличение влияния растительности, которое сказывается на увеличении коэффициента гидравлического трения X;
3) . По результатам проверки законов распределения скоростей по вертикали на рассматриваемом участке рек Оредеж, в качестве наиболее удовлетворительных можно рекомендовать законы распределения скоростей по глубине, описываемые формулами В.Н. Гончарова при свободном русле. Расчетные формулы Гончарова и Караушева наиболее лучшим образом соответствуют эмпирическому распределению скоростей в период лета 2015 года и зимы 2016 года. Необходимо отметить, что ледовых явлений зимой 2016 года не наблюдалось и в связи с этим распределение скоростей практически не отличается от летнего.
