Анализ применимости формул для расчетов расходов донных наносов с использованием компьютерных моделей речных русел

По материалам наблюдений за скоростями течения, глубиной и гранулометрическим составом донных наносов в точках отбора проб донных (влекомых) наносов по авторской программе были рассчитаны расходы донных наносов по формулам В.Н. Гончарова, Г.И. Шамова, И.И. Леви и К.В. Гришанина. Расчеты по формулам первых трех авторов дают, во-первых, завышенные результаты, по сравнению с наблюденными данными, во-вторых, связи рассчитанных и наблюденных расходов донных наносов не являются значимыми. Наиболее близкие результаты дала формула К.В. Гришанина (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Связь измеренных расходов донных наносов (G_изм) на вертикалях с рассчитанными по формуле К.В. Гришанина (G_Гр).

Расчет расхода наносов на вертикалях проводился как по осредненным за промежуток времени нахождения батометра на дне скоростям течения, так и по осредненным за 5-секундные интервалы времени скоростям течения. Второй способ дает расходы наносов в среднем на 10-12 % больше, чем первый т.к. учитывает, пусть и осредненные за 5 секунд пульсации скоростей течения – максимальные скорости за 5-секундные интервалы, в среднем по всем вертикалям, на 20 % превышают средние скорости за весь промежуток времени.

Двумерное гидродинамическое моделирование потока в программе RMA2 в моделирующей системе SMS позволяет получить поля средних скоростей на вертикалях, глубин в узлах расчетной сетки. Ранее при оценке воздействия на окружающую среду руслового карьера песка на реке Обь в районе с. Красный Яр в системе SMS была создана модель участка русла длиной 6 км, включающие 2 переката и 2 плеса. Число узлов расчетной сетки составило 5568, шаг сетки по длине в среднем 50 м, по ширине, в среднем 25 м. По результатам компьютерного моделирования по авторской программе реализованы расчеты непередвигающих (срывающих, отложения) скоростей и расходов донных наносов на вертикалях по формулам авторов, указанных выше. Также как и рассчитанные по измеренным в 2017 г. скоростям течения и глубинам на вертикалях наилучшие результаты по отношению к измеренным расходам донных наносов на данном участке дала формула К.В. Гришанина – в створе измерений полный расход донных наносов составил 11,5 кг/с, измеренный расход донных наносов 11,7 кг/с.

Результаты расчетов расходов донных наносов на вертикалях также можно визуализировать в системе SMS (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Визуализация результатов расчетов расходов донных наносов на вертикалях на реке Обь вблизи с. Красный Яр в системе SMS.