В статье рассматривается компьютерная модель русловых процессов, использованная для получения оценок и прогнозов влияния развития русловых процессов на функционирование водозаборных сооружений города Якутска.
Ключевые слова: русловые процессы, компьютерное моделирование, нанос песка, деформация русла.
В последние годы на реке Лена в районе Якутского водного узла происходят интенсивные процессы изменения русла реки с разрушением берегов и обмелением ранее многоводных рукавов и проток со стороны г. Якутска. Дальнейшее развитие событий переформирования русла с перераспределением расхода реки Лена в правосторонние протоки и рукава и отход основного русла к правому берегу может привести к катастрофическому дефициту водных ресурсов для обеспечения водоснабжения г. Якутска и прилегающих к нему населенных пунктов с общим населением порядка 320 тысяч человек
В сложившейся ситуации необходимо проведение тщательного исследования гидродинамических и русловых процессов реки Лена. В данной статье рассматривается компьютерная модель русловых процессов, использованная для получения оценок и прогнозов влияния развития русловых процессов на функционирование водозаборных сооружений города Якутска. Компьютерная модель русловых процессов включает плановую модель транспорта наносов и деформаций дна и цифровую модель рельефа (ЦМР) участка речной долины.
Рис. 1. Цифровая модель рельефа
Компьютерная модель разработана для области Адамовской протоки размерами 2,6 км (по течению реки) на 2 км. В процессе компьютерного моделирования рассматривалась гидрологическая ситуация «межень», которая характеризуется минимальным уровнем воды на посту «Якутск» в летне-осенний период обеспеченностью 3% – 85,18 м БС-77 (-2,05 см над нулем поста). Принято, что в исследуемой области между левым берегом реки и островом Пономарев проходит 45% общего расхода реки, т.е. 3668 м3/с.
Полученные в ходе расчетов значения скоростей течения и уровня воды в ковше водозабора и подходном канале к нему представлены на рисунке 2. Обращает на себя внимание наличие водоворотной зоны в начале подходного канала. Однако это водоворот локализован исключительно в подходном канале и не затрагивает акваторию ковша. С одной стороны, наличие этой зоны благоприятствует аккумуляции наносов в подходном канале. Однако, с другой стороны, она служит естественным препятствием для проникновения в ковш различных загрязнений.
Рис. 2. Моделирование скоростей течения
Для расчета транспорта наносов и оценки морфологических изменений дна использовалась формула Ван-Рейна, расход наносов согласно которому зависит от крупности донных отложений не в явном виде, а через скорость учитывая раздельно донный и взвешенный транспорт. Медианная крупность донных наносов, в соответствии с имеющимися данными отбора их проб на участке, принималась 0,3 мм.
Рис. 3. Изменения высоткой отметки дна
Как показывают результаты расчетов, подходной канал водозабора расположен в относительно тиховодной зоне, вдали от стрежня потока. Стрежень потока прижимается в основном к правому берегу. Опираясь на результаты выполненного моделирования русловых процессов, можно заключить, что заносимость ковша водозабора крайне мала. В основном отложение наносов будет происходить в подходном канале, однако и здесь масштаб этого явления на порядок меньше, чем в целом в области моделирования. За период открытой воды приращение отметок дна в подходном канале не превысит 0,4 м. В самом ковше движение водной массы является слабым. В целом, гидравлический режим внутри ковша вполне обеспечивает бесперебойную работу водозаборных устройств.
Литература:
- Булатов О. В., Елизарова Т. Г. Регуляризованные уравнения мелкой воды и эффективный метод численного моделирования течений в неглубоких водоемах // Журнал вычислительной математики и математической физики. — 2011г. — Т. 51, № 1. — 170–184 с.
- Гладков Г.Л. Динамика русловых потоков // Учебно-методическое пособие – СПб, СПГУВК, 2010. – 31 с.
