1. Результаты полевых наблюдений

 

1.1. Измерение толщины льда и его структуры на разветвленном участке русла реки Томи выше по течению от города Томска.

Рисунок 1. Процесс бурения льда при производстве измерения его толщины и структуры

 

По материалам измерений 2013 г. получено распределение толщины льда во входных и выходных сечениях проток на разветвленном участке русла реки Томи на участке от села Коларово до села Вершинино. Отмечается, что в протоке Калтайская в нижней части толщина льда меньше, чем в нижних частях протоки Светлая и главного русла.

 

В 2014 г. получено более подробное распределение толщины льда в протоках на разветвленном участке русла реки Томи на участке от села Коларово до села Вершинино

По результатам измерений построена карта распределения толщины льда.

 

1.2. Наблюдения за процессом вскрытия реки.

 

2013 год

Первые подвижки льда на участке реки в районе с.Коларово – с.Вершинино наблюдались 15 апреля. Лед сорвало в районе выходов глинистых сланцев «Синий Утес», очистилась от льда нижняя часть протоки Панькова, подвижки льда видны в верхней части протоки Светлая.

16 апреля начался ледоход в протоке Калтайская, в нижней части протоки Светлая и главном русле затор льда, который продолжался до 19 апреля. 18 апреля проведены измерения поверхностных скоростей течения в верхней части протоки Калтайской (ниже впадения протоки Панькова в протоку Светлая). Поверхностные скорости на данном участке достигали 2,2 м/с, в среднем 1,94 м/с.

 

2014 г.

Первые подвижки льда на участке у с.Коларово произошли 4 апреля. На следующий день начался ледоход. Также как и в 2013 г. в первые дни ледоход наблюдался по протоке Калтайская, в нижней части протоки Светлай и главном русле наблюдался затор льда. При этом уровни воды во время вскрытия и первых дней ледохода были на 1 метр выше уровней вскрытия 2013 г. за счет подпора ниже по течению. 8 апреля сток воды осуществлялся уже по двум протокам – Светлой и Калтайской, в главном русле от с. Казанка до верхнего устья оставался затор.

8 апреля проведены измерения поверхностных скоростей течения в нижней части протоки Калтайской. Поверхностные скорости на данном участке достигали 1,35 м/с, в среднем 1,3 м/с.

В районе г. Томска ледоход проходил хронологически следующим образом:

- первая подвижка льда произошла в 19.30 по местному времени 4 апреля в районе Лагерного сада, ниже коммунального моста на всем участке проектирования в ночь с 4 на 5 апреля оставался ледостав;

- в течение ночи с 4 на 5 апреля произошла подвижка льда ниже коммунального моста и установился затор льда, голова затора в 10.00 находилась в районе лодочной станции «Нептун», ниже по течению ледовые поля смещались, но не значительно, наблюдаются надвиги льда на дамбу ниже устья пассажирской пристани;

- к 19.00 5 апреля голова затора сместилась вниз по течению до острова Собачий;

- в ночь с 5 на 6 апреля произошел прорыв затора в результате повышения уровня воды, начался ледоход.

Во время прорыва затора в ночь с 5 на 6 апреля 2014 г. по максимальной рейке, установленной на лодочной станции «Нептун», зафиксирован уровень 78,41 м БС – этот уровень превысил максимальный уровень, наблюдавшийся по этой же рейке в 2010 г.на 0,41 м. После прорыва затора вдоль обоих берегов наблюдаются остаточные забереги, полоса у правого берега от 20 до 150-200 метров.

 

1.3. Измерения отметок водной поверхности в момент стояния затора

 

5 апреля 2014 г. выполнено закрепление точек однодневной связки отметок водной поверхности от с. Синий Утес до с. Вершинино. С закрепленных точек в этот же день проведены измерения высотного положения водной поверхности. Высотная привязка закрепленных точек выполнена в июне 2014 г. с использованием системы глобального позиционирования (GPS) геодезической точности включающей базовую станцию и мобильный приемник.

 

1.4. Измерение расходов воды на участке разветвления р. Томь (основное русло), пр. Светлая и пр. Калтайская

 

После прохождения ледохода в 2013 и 2014 гг. проведено несколько серий измерений расходов воды в наиболее крупных протоках на разветвленном участке русла реки Томи от с.Коларово до с.Вершинино. Для производства измерений использовался акустический доплеровский профилограф течения (ADP) для экспресс-измерений поля скоростей течения и расходов воды. Наблюдения на данном участке начаты в 1984 г. при проведении изысканий месторождений песчано-гравийных материалов (ПГМ) Сибгипроречтрансом (ныне ОАО Сибречпроект г.Новосибирск), а также продолжены сотрудниками кафедры гидрологии по программам мониторинга месторождений ПГМ, исследованиями, поддержанными РФФИ (грант 10-05-00625). Такой длительный рад наблюдений позволил проанализировать перераспределение расходов воды на данном разветвлении.

Рисунок 2. Распределение расходов воды по протокам при общем расходе реки Томи близком к среднемноголетнему максимальному – около 8500 м³/с.

 

Рисунок 3. Распределение расходов воды по протокам при общем расходе реки Томи близком к руслоформирующему – около 4500 м³/с.

 

При прохождении расходов максимума половодья можно выявить тенденцию перераспределения расхода воды из главного русла в протоку Светлую в верхних по течению створах. Это вполне вероятно вызвано регулярным возникновением затора льда в главном русле у с.Казанка и размывом дна в протоке Светлой за счет увеличения водности во время заторов. В нижних створах можно отметить некоторое увеличение водности Калтайской протоки, которое, вероятнее всего, произошло в результате углубления соединения ее со Светлой протокой.

 

1.5. Наблюдения за формированием донных гряд.

 

Протока Калтайская, первый участок

 

Рисунок 4. Кривая гранулометрического состава донных отложений грядового поля в нижней части протоки Калтайская.

2. Анализ факторов формирования заторных явлений на реке Томь у города Томска

 

На рисунке 5 приведена хронология возникновения заторных явлений в черте г.Томска с начала наблюдений – с 1895 по 1917 гг. по посту в с.Белобородово, с 1918 г. по посту Томск-пристань (рисунок 4).

Рисунок 5. Уровни воды во время вскрытия ото льда р. Томь у Томска, сопровождавшиеся ледовыми заторами.

 

По данным, приведенным на рисунке 5, можно судить, что максимальная частота возникновения заторов приходится 1910–1941 гг. – 20 случаев за 32 года. В 1940-1950-е гг. мощные заторы встречаются, но уже гораздо реже. Далее, до 1998 г. наблюдается лишь 4 случая фиксации заторов за 39 лет, уровень воды при этих заторах был значительно ниже предшествующих. Начиная с 1998 г. по настоящее время частота возникновения заторов резко возросла – 10 случаев за 17 лет. Уровни воды при этом достигают 800 см, что несколько ниже заторных уровней первой половины ХХ столетия, скорее всего за счет углубления русла Томи в черте города в процессе интенсивной добычи аллювия.

Выше Томска заторы регулярно фиксировались в с. Ярское, где в период с по 1931 по 1965 гг. Гидрометслужбой велись регулярные наблюдения за уровнями воды. По данным Я.И. Марусенко [3], мощные заторы зафиксированы в 1931, 1941, 1943 гг. Также по материалам наблюдений Гидрометслужбы, высокие уровни при заторах в с.Ярское наблюдались в 1933, 1935, 1938, 1939 гг., в 1951 г. затор наблюдался выше с. Ярское, но уровень был ниже выхода воды на пойму, в 1954 г. затор наблюдался ниже по течению и так же, как в 1951 г., не вызвал высоких уровней. В последние годы населенные пункты, расположенные выше по течению от Томска начали страдать от наводнений, вызываемых ледовыми заторами. В 2007 и 2010 гг. оказались подтоплены села Батурино, Вершинино, большое количество дачных и коттеджных поселков вдоль реки.

На рисунке 6 приведены уровни воды в начала ледостава по водомерному посту Томск-пристань за весь период наблюдений. С 1961 по настоящее время в значения уровней введена поправка на «посадку» уровней за счет искусственного углубления русла. С 1961 по 1980 гг. поправка линейно меняется с 0 до +246 см, далее поправка постоянна +246 см.

Рисунок 6. Уровни воды начала ледостава р. Томь, Томск-пристань.

 

Сопоставив графики на рисунках 5 и 6 можно предположить, что в 1920-1950-е гг. основной причиной возникновения высоких весенних заторных уровней (7 случаев из 19) являются высокие значения уровня начала ледостава – 300-400 см. Лишь дважды за этот период (в 1943 и 1955 гг.) мощных заторов после установления ледостава при таких высоких уровнях не возникало. Особенно выделяются на фоне всех остальных уровни формирования ледостава в 1940 и 2009 гг. – более 600 см (в 2009 г с поправкой на посадку уровней), в результате которых возникли мощные заторы в 1941 и 2010 гг. Такие высокие уровни сформировались в результате прохождения паводка после установления ледостава и повторного формирования ледостава в условиях осеннего затора льда.

Измерения толщины льда на водомерных постах в г. Томске проводились эпизодически с 1926 г., регулярно с 1949 г. На рисунке 7 приведены максимальные величины толщины льда с начала наблюдений за этой характеристикой. С 1926 по 1963 гг. толщина льда измерялась на водомерном посту Томск-пристань, с 1964 г. по настоящее время на водомерном посту Томск-гидроствор.

Рисунок 7. Максимальная толщина льда (h_л) р. Томь, г. Томск.

 

Сопоставляя значительную толщину льда с хронологией заторов, можно выделить лишь 3 случая возможного определяющего влияния этого фактора на возникновение затора – это все случаи, когда толщина льда превышала 120 см.

Интенсивность весеннего половодья – мощность паводочной волны, в результате которой происходит вскрытие ледового покрова у г. Томска можно выразить в значениях уровней воды на водомерных постах, расположенных выше по течению. Длительные ряды наблюдений (с 1894 г.) на р. Томи имеются на постах в с. Поломошное и г. Новокузнецк. Нами для анализа выбран пост в г. Новокузнецк т.к. вскрытие там происходит, в основном, без образования заторов. На рисунке 8 приведены значения уровней воды в г. Новокузнецке, после наблюдения которых через 2-3 суток (среднее время добегания волны половодья) происходило вскрытие ото льда у г. Томска, как с образованием заторов, так и нет.

Рисунок 8. Уровни воды в г. Новокузнецке перед вскрытием р. Томи у г. Томска.

 

Критическим уровнем первой волны половодья в г. Новокузнецке в плане формирования мощных заторов на р. Томи в г. Томске можно считать уровни в около 400-500 см. Такой же уровень наблюдался в 2014 г., при этом заторный уровень в г. Томске составил 787 см.

Важный геоморфологический фактор формирования заторов, характерный для реки Томь вблизи города Томска – переход долины реки из слабовсхолмленной части бассейна в равнинную, граница которых расположена в черте города. На рисунке 9 приведен продольный профиль реки Томь от устья до границы с Кемеровской областью, определенный по картам масштаба 1:50000. В нижней части долины – от устья до водомерного поста Томск-пристань (70 км) уклоны составляют в среднем 0,04 м/км, от г.Томска до до границы с Кемеровской областью – 0,19 м/км. Уклоны долины, водной поверхности и, как следствие, разрушающая способность потока по отношению к ледовому покрову в слабовсхолмленной части бассейна на порядок выше, чем в равнинной части. Таким образом, при почти неизменном расходе воды, поступившем с верхних участков, и однородном по ослабленности ледовом покрове на слабовсхолмленной части долины ледовый покров разрушается, а на равнинной части нет.

Рисунок 9. Продольный профиль реки Томь в пределах Томской области.

Еще один из геоморфологических факторов связан с предыдущим – в результате снижения уклонов при переходе из слабовсхолмленной части водосбора в равнинную резко снижается транспортирующая способность потока во все периоды водности и часть донных наносов оседает вблизи границы смены рельефа в виде многочисленных островов и осередков, наблюдаемых в межень ниже коммунального моста. Именно в этой части, когда хвост затора доходит до нее снизу по течению за счет поступления льда сверху происходит стеснение сечения, и вызываются значительные подъемы уровня воды выше по течению. Ранее участок распространения осередков распространялся до г.Северска (Белобородово) и часто именно в этом месте возникали заторы, от которых страдала низинная территория г.Томска (Черемошники, район площади Ленина, Московский тракт). В процессе интенсивной добычи нерудных строительных материалов (НСМ) большинство островов и осередков исчезли, дно углубилось и зона малых уклонов сместилась выше по течению, до площади Ленина. Сюда же переместилась и зона формирования головы затора.

Последним из геоморфологических факторов, связанный также с изменением уклонов долины и изменением типа русла является переход от преимущественно однорукавного русла, которым является русло реки Томи от границы Томской и Кемеровской областей до г. Кемерово к разветвленному руслу. Заторы часто происходят на разветвлениях русел т.к. они создают дополнительные гидравлические сопротивления. Однако при возникновении затора в одной из проток, подпор и возросшие уровни воды могут быть сброшены по другой протоке и затопления территорий от затора не происходит. Такая ситуация регулярно возникает на участке разветвления реки Томи на три протоки: основное русло, Светлая и Калтайская в районе сел Вершинино и Батурино. Эти протоки в свою очередь соединяются между собой более мелкими протоками. Заторы часто происходят в нижних частях основного русла и протоки Светлой, которые еще и искусственно углублены при добыче аллювия. На этом участке возможны несколько сценариев прохождения вскрытия с образованием заторов в зависимости от объема льда, поступающего сверху по течению его мощности на участках формирования головы затора, что и было подтверждено полевыми наблюдениями в рамках проекта.

Перечисленные выше факторы постоянны во времени и мало изменяются от года к году. Лишь значительное антропогенное вмешательство способно изменить влияние этих факторов или сместить в пространстве (по длине реки) очаги возникновения заторов. До конца 1950-х годов голова заторов устанавливалась в месте крутого изгиба реки у станции Белобородово, где теперь расположен г. Северск (рисунок 10). В результате пониженная часть Томска целиком оказывалась в зоне затопления. В 1947 г. наблюдался максимальный заторный уровень воды на посту Томск-пристань, превышающий уровень предшествовавшей межени на 10 м. Зафиксированы человеческие жертвы. В более поздний период, до конца 1990-х годов, высокие заторы в указанном месте не возникали, так как в реку поступали нагретые воды с предприятий Северска, Томска, и городов выше по течению. Одновременно  с середины 1950-х годов осуществлялась крупномасштабная добыча гравия в русле реки, способствовавшая «посадке» ее русла и смещению перелома продольного профиля вверх по течению (рисунок 10). После закрытия реакторов в Северске заторы ниже Томска стали возникать снова.

К настоящему времени основные места установления заторов в результате хозяйственной деятельности сместились вверх по течению, что, прежде всего, вызвано техногенным изменением продольного профиля реки практически в границах Томска. Таким образом, ситуация с заторами во времени всё время меняется за счёт изменения пропускной способности русловой системы (карьеры, острова, судовой ход, мостовые переходы и др.), более ранних сроков искусственного разрушения ледового покрова выше по течению с помощью взрывных работ, которые приводят к измельчению льда и, как следствие, к повышению плотности ледовых масс, накапливаемых в теле затора. Важные факторы – изменения климата, приводящие к более раннему вскрытию реки, сокращению продолжительности ледовых явлений и уменьшению толщины льда.

 

Рисунок 10. Схема русла р.Томи в пределах г.Томска и г.Северска (вверху), продольный профиль по фарватеру на данном участке (внизу).

 

3. Цифровые модели рельефа для одномерного и двумерного имитационного моделирования

 

Модель полной русловой сети участка реки Томи от с. Коларово до с. Ярское общей длиной по всем протокам более 50 км включает 24262 элемента расчетной сетки, и 71165 расчетных точек (узлов) построенных по результатам оцифровки топосъемки масштаба 1:5000. Перепад высотных отметок – от 67,36 до 88,75 м БС.

Рисунок 11. Цифровая модель рельефа(слева)  и фрагмент космоснимка русловой системы р.Томи.

 

Модель русла и поймы с протоками участка реки Томи от г.Северска до водомерного поста Томск-гидроствор общей длиной 16 км включает 11974 элемента расчетной сетки, и 35788 расчетных точек (узлов) построенных по 65311 исходным точкам съемки. Перепад высотных отметок – от 57,93 до 89,31 м БС.

Рисунок 12. Цифровая модель рельефа реки Томи от г.Северска до водомерного поста Томск-гидроствор

4. Имитационное моделирование в среде моделирующей системы SMS 9.2 полей скоростей при разных сценариях  заторной обстановки

 

Имитация заторов осуществляется нами путем задания повышенных значений коэффициентов шероховатости Маннинга n в русле и пойме реки на всем предполагаемом участке распространения затора. Контроль результатов моделирования осуществлялся путем сопоставления с результатами полевых измерений, выполненных в момент стояния затора 5 апреля 2014 г.

Рисунок 13. Поле скоростей на разветвленном участке реки Томи от с.Вершинино до с. Коларово при расходе воды 5500 м³/с без затора (А), с затором в нижней по течению части протоки Светлой и в главном русле (Б). 1 - 6 – номера створов вычисления расходов воды.

 

Из рисунка 13 видно, что при возникновении заторов в нижней по течению части протоки Светлой и в главном русле (что наблюдалось при вскрытии реки в 2013-2014 гг.) наблюдается перераспределение расходов воды из главного русла в протоку Светлую и затем в протоку Калтайскую – ниже приведена таблица перераспределения расходов воды по протокам.

Таблица  . Перераспределение расходов воды по протокам (по модели)

	Расход воды, м3/с
Номера створов, название проток	1, река Томь	2, протока Панькова	3, протока Светлая	4, протока Калатайская	5, протока Светлая	6, река Томь
При открытом русле	4987	524	2561	924	2165	2432
При заторе, наблюденном в 2014 г.	4917	596	3462	1753	2301	1454
Изменение	-70	71	901	829	136	-978

 

Из сведений, приведенных в таблице выше можно определить, что расход в русле р.Томи, где по всей длине наблюдался затор льда расход воды уменьшается на 40 %, на близкую величину – 35 % увеличивается расход в верхней части протоки Светлой, и почти весь этот расход перераспределился в Калтайскую протоку, расход которой увеличился на 90 %.

Скорости течения в протоке Калтайской после увеличения расхода воды достигают 2.0 м/с, что подтверждается натурными наблюдениями (поверхностные скорости приблизительно на 10 % выше средних на вертикали).

В условиях смоделированной ситуации на участках, где в 2014 г. обнаружены новые грядовые поля и получены их количественные параметры (пункт 1.5) средние на вертикалях скорости течения составляют 1,15-1,025 м/с, глубины 7-9 м. Для этих условий рассчитаны параметры гряд по эмпирическим формулам В.С. Кнороза, Г. В. Железнякова и В. К. Дебольского, В.Ф. Пушкрева, Ю. Т. Борщевского. Близкие результаты расчетов для высоты гряд с натурными наблюдениями оказались у формулы Ю. Т. Борщевского – 0,3 м:

 

,                                        (1)

где Н – глубина потока; υ – скорость потока;; d – диаметр донных наносов; ω – гидравлическая крупность донных наносов.

Имитация заторов на модели русла и поймы с протоками в черте г.Томска.

Для воспроизведения влияния глухого затора - наиболее неблагоприятный случай примерно соответствующего условиям 2010 г., коэффициент шероховатости принимался равным 0,16, для рыхлого затора, примерно соответствующего средним условиям прохождения вскрытия 1999-2007 гг. (исключая 2004 г.), его значение задавалось равным 0,11. Контроль соответствия заданных условий реальным осуществлялся по значениям уровней воды на водпостах Томск-пристань, Томск-гидроствор и в с.Козюлино.

Рассмотрены три варианта распространения заторов.

1)            от Речного вокзала (голова затора) выше по течению до Коммунального моста (хвост затора) – вариант 1;

2)            голова затора расположена также у Речного вокзала, а хвост – до верхней по течению границы отчленяемой дамбой поймы (напротив нового общежития ТГУ) – вариант 2;

3)            голова затора расположена у о.Боярский (напротив входа в протоку Татарская) , а хвост до Коммунального моста, выше и ниже по течению всторошенный лед с коэффициентом шероховатости 0,044 – сценарий 2010 г.

Указанные места являются наиболее вероятными для формирования заторов в последние годы наблюдений (при современном состоянии русла). Расчеты выполнены при расходе воды в р. Томь 6600 м³/с (близком к максимальным расходам во время формирования заторов) для современных условий состояния русла, поймы и гидротехнических сооружений.

 

4.1. Определение и расчёт коэффициента вскрытия реки ото льда

Идея коэффициента вскрытия реки (далее K_вскр.) была предложена в работе [1] для определения возможных мест образования затора. Для расчета использовались результаты моделирования в системе НЕС-RAS – скорости течения, однако этот коэффициент имел размерность. Авторами при выполнении исследований в рамках проекта K_вскр несколько изменен и получился безразмерным. В его основу было заложено отношение факторов, направленных на разрушение ледового покрова, и факторов, прямо или косвенно этому препятствующих.

      Так, в знаменателе, так же как и в работе [1] находится кинетическая энергия единицы массы потока, чем она больше, тем более вероятно разрушение ледового покрова, а в числителе – произведение сопротивления льда на сжатие, площади живого сечения подо льдом и толщины льда, увеличение этих параметров повышает сопротивление ледового покрова разрушению.

,                                                (2)

      Е – кинетическая энергия единицы массы потока, Дж;

W_ж.с. – площадь живого сечения, м²;

R_сж. - сопротивление льда на сжатие, кПа;

h_л. – толщина льда, м.

     

В свою очередь, кинетическую энергию единицы массы потока находим из уравнения Бернулли:

,                                                  (3)

γ – удельный вес воды, н/м³;

V – объём воды, м³;

ν – скорость течения, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Основные характеристики, входящие в формулу для расчета коэффициента вскрытия (объём воды, скорость течения, площадь живого сечения, могут быть получены по результатам гидравлического компьютерного моделирования. Расчёты были произведены для двух крайних значений сопротивления льда на сжатие – 450 и 650 кПа.

Согласно предыдущим исследованиям [4], критическое значение коэффициента вскрытия предположительно взято около 0,5. Однако в [4] данный коэффициент имел размерность, и для его расчета необходимо было вводить эмпирический коэффициент. K_вскр, предлагаемый авторами в данной работе, является безразмерным и не требует эмпирических коэффициентов, в чем и состоит его преимущество. Тем не менее, порядок его близок предыдущим исследованиям [4] и, предположительно, учитывая визуальные наблюдения заторов 2013-2014 гг., критическое его значение лежит в пределах 1,0-2,0. Далее, по рассчитанным значениям K_вскр. были построены карты-схемы его распределения на исследуемом участке. Пример такой карты-схемы представлен на рисунке 4. Очевидно, что на участках со значениями K_вскр. менее 2,0 ледостав будет устойчивым и вскрытия не произойдет, что и подтверждается визуальными наблюдениями 2013-2014 гг.

Следует отметить, что условие наличия/отсутствия затора во входном створе будет оказывать существенное влияние на распределение расходов воды по протокам, и, как следствие, на места вскрытия льда и образования заторов. Распределение расходов воды получено по результатам моделирования в среде моделирующей системы SMS 9.2 (см. выше). В результате перераспределения расходов воды изменяются также и коэффициенты вскрытия, в результате чего в одной из проток возникает ледоход. План распределения коэффициентов вскрытия после перераспределения расходов по протокам приведен на рисунке 5. Увеличение расхода в протоке Калтайской вызывает разрушение льда по всей ее длине, что и подтверждено визуальными наблюдениями 2013-2014 гг. Далее происходит вскрытие нижней части протоки Светлая. Кроме того, при прохождении больших, по сравнению с периодом открытого русла, расходов воды в протоке Калтайская на короткое время меняется режим движения наносов, о чем свидетельствует появление и(или) исчезновение обсыхающих в межень грядовых форм.

Рис. 4. Карта распределения коэффициента вскрытия при расходе воды в створе с.Синий Утес 5800 м³/с, с минимальным пределом прочности льда (450 кПа)

Рис. 5. Карта распределения коэффициента вскрытия при расходе воды в створе с.Синий Утес 5800 м³/с, с минимальным пределом прочности льда после перераспределения расходов по протокам согласно таблице 1

 

5. Уточнению формулы расхода наносов путем компьютерной имитации реального стока наносов и деформаций русла

 

При моделировании использовались разные формулы транспортирующей способности потока, включенные в программу НЕС-6, которые позволяют вести расчет для песчано-гравийного русла, а именно: формула Тоффалети (Toffaleti), формула Лорсена (Laursen) в модификации Маддена (Madden) 1963 г., формула Яня (Yang) 1973 г., формула Лорсена и формула Лорсена в модификации Коупланда (Copeland) 1989 г.

С помощью компьютерной модели рассчитаны деформации русла реки за реальный период в 21 год, прошедших между двумя гидрографическими съемками. Сравнение модельных изменений отметок дна реки с фактическими деформациями позволило выбрать оптимальную формулу транспортирующей способности потока для вычисления расхода наносов (с определением активных фракций и условий формирования отмостки на дне потока), обеспечивающую наилучшее соответствие рассчитанных деформаций измеренным и установить зависимость между расходами воды в реке и расходами наносов в одномерной модели НЕС-6. Расчеты выполнялись для каждой градации гранулометрического состава донного рыхлого грунта, а затем суммировались с учетом процентного соотношения фракций.

Оказалось, что из всех перечисленных выше зависимостей формула Лорсена в модификации Коупланда 1989 г. (HEC-RAS River Analysis System. Hydraulic Reference Manual. V.4.1. 2010) дает наиболее реалистичные результаты по оценке вертикальных деформаций (рисунок 9).

 

Рисунок 9. Сопоставленные фактические деформации русла и деформации полученные по модели. Направление течения справа налево.

 

Средний за период 1987–2008 гг. общий расход наносов (включая донные и взвешенные русловые наносы и транзитные взвешенные наносы) составил 350 тыс. тонн в год во входном створе участка и 410 тыс. тонн в год на выходе. В целом произошел небольшой размыв дна на моделируемом участке реки. На рисунке видно, что модель адекватно фиксирует все основные вертикальные деформации русла по длине участка на неразветвленных его частях. На расстоянии 2000-3000 м от начала участка (где располагается остров) рассчитанные деформации значительно отличаются от фактических. Это позволяет рекомендовать указанную формулу для расчета расхода наносов р. Томь на неразветвленных участках со сходным гранулометрическим составом грунта.