Тема: Влияние глубин и формы сечения на гидравлические сопротивления речных русел

В технической гидравлике проблема гидрологических сопротивлений практически решена на основе методики предложенной Зегждой - Никурадзе, позволяющей производить расчеты с достаточной для практики точностью. Однако попытки, применения этой методики к речным руслам приводят к очень большим погрешностям расчетов. Поэтому был необходим поиск новых, нетрадиционных, путей решения данной проблемы, на что обращали внимание ряд исследователей, как в нашей стане так за рубежом /1/.
В последние годы начало успешно развиваться новое направление в разработке методики расчетов сопротивлений речных русел. Оно основано на системном подходе, представляющем речную систему, названную саморегулирующейся системой «бассейн - резной поток - русло», как единое целое. Данная система состоит из двух взаимосвязанных и взаимодействующих между собой подсистем: бассейн и речной поток - русло. В последней подсистеме процесс саморегулирования осуществляется с помощью гидравлических сопротивлений, которые как бы передают необходимые команды на изменения отдельных блоков системы. Данное направление интенсивно развивается не только в нашей стране, но и за рубежом, особенно в США /1/.
Изучение и создание математической модели природной системы в целом очень сложная задача, решение которой дело ближайшего будущего. В процессе саморегулирования этой системы принимают участие очень большое количество параметров, находящихся в сложной взаимосвязи и взаимодействии и часто подверженных влиянию различных, случайных факторов. Рассмотрим процесс саморегулирования в этой системе, выделив предварительно из нее несколько тесно взаимосвязанных взаимодействующих боков: жидкой сток, сток наносов и русловые процессы и их производная форма сечения русла, гидравлические сопротивления, ограничивающие и биотические факторы, и ряд блоков в основном определяющих качество воды. Самостоятельным, приобретающих в последние годы исключительно большое значение блок антропогенных факторов.
К сожаления, несмотря на очень длительных и большое количество исследований по проблеме гидравлических сопротивлений, до сих пор отсутствуетметодика расчетов гидравлических сопротивлений ручных русел. Сновной причиной этого, по мнению Н.Б. Барышникова /2/, является попытка решения проблемы в отрыве от системы, то есть внесистемный, односторонний подход заранее обречен на неудачу. Если в технической гидравлике достижения вполне ощутимые, то в речной гидравлике положение с проблемой сопротивлений остается крайне сложным и часто неопределенным. Поэтому ее решение возможно только в переходе к системному подходу оценки гидравлических сопротивлений в сложном комплексе многочисленных взаимодействующих блоков.
Отрыв какого - либо блока из этой подсистемы при рассмотрении проблемы не может дать положительных результатов. Расчет пропускной способности русел и оценка гидравлических сопротивлений осуществляется в практике на основе формулы Шези, то есть при допущении, что движение русловых потоков равномерное. В этой формуле переход от коэффициентаШези к коэффициенту шероховатости осуществляется с помощью эмпирических формул Маннинга, Павловского и других. Однако, общее гидравлическое сопротивление речных русел является интегральной характеристикой различных видов составляющих его сопротивлений: зернистой шероховатости, донных гряд, формы сечения и других видов гидравлических сопротивлений. Одновременно и сами эти характеристики изменяются во времени и зависят от ряда факторов, как то: расхода воды и наносов, транспортирующей способности потока и ряда других. Именно по этому для характеристики гидравлических сопротивлений и применяется коэффициент шероховатости, являющейся интегральной характеристикой всех составляющих сопротивлений, величины которых рекомендуется определять по описательным характеристикам русел и пойм. Наиболее часто для этих целей применяются таблицы Срибного, Чоу, Бредли, Карасева и других.
...
Купить

Выполненные расчёты и анализ их результатов позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:
- практически все таблицы для определения коэффициента шероховатости либо не учитывают, либо недоучитывают влияние глубин на коэффициенты шероховатости. Погрешность расчётов, при их использовании, может достигать нескольких сотен процентов;
- установлено, что максимум значений коэффициента Шези соответствует относительной ширине русла B/h примерно равной 25 - 30; методика расчётов гидравлических сопротивлений, основанная на таблицах для определения коэффициентов шероховатости, имеет низкую точность и требует дальнейшего совершенствования. Погрешности при этом существенно превышают требуемую точность расчётов;
- подтверждено наличие четырёх типов зависимостей коэффициентов шероховатости и Шези от средних глубин русел;
- наиболее перспективным путём решения проблемы является разработка методики расчётов, основанной на рассмотрении системы бассейн
- речной поток - русло, как саморегулирующейся;
- установлено, что перегиб кривых С = ^В/К)и п = f(B/ h) наблюдается при значении B/h~ 50, что существенно отличается от результатов, полученных И.Ф. Карасёвым для каналов и А.В. Симановичем для речных русел.

Купить