Методы проведения экспериментальных исследований в деформируемых грунтовых открытых руслах для определения донных наносов водотоков

В научной статье описан метод проведения экспериментальных исследований в открытых руслах.

Ключевые слова : движение жидкости, моделирование наносов, метод, Караушев А. В.

По способу перемешивания наносы принято делить на взвешенные и влекомые. Взвешенные наносы перемещаются в потоке и их движение поддерживается турбулентными перемещениями жидкости на любой высоте между дном и свободной поверхностью. Расчёт транспорта взвешенных наносов сводится в конечном счёте к определению мутности потока.

Влекомые наносы перемещаются в придонном слое потока. Их движение прерывно-качение или скачки чередуются у каждой частицы с периодом покоя.

Все методы расчёта транспорта наносов можно разделить на две большие группы: методы с разделением наносов на влекомые (донные) и взвешенные и методы определения суммарного расхода наносов.

При определении транспорта донных наносов исследователями используются в основном три подхода: детерминистический, вероятностный и концепция грядового движения наносов [1].

В детерминистическом подходе рассматривается движение однородных крупнозернистых частиц на дне равномерного потока при квадратичном режиме сопротивлений. В качестве ведущего аргумента, обеспечивающего влечение наносов, принимается касательное напряжение на дне. Оно вводится в расчётные формулы или непосредственно, или через величину динамической скорости потока U _* = . В качестве количественного показателя ведущей силы используются разность между касательным напряжением на дне и значением этого напряжения при начале движения частиц. В ряде случаев разность касательных напряжений заменяется разностью между средней на вертикали и неразмывающей скоростями (Uо-Uн). При этом считается, что разность Uо-Uн характеризует скорость движения донных частиц, а величина (Uо/ _ср ) ³ -число частиц, участвующих в движении. В других случаях рассматривается разность или отношение динамической скорости и её критического значения.

Основным недостатком приведённых формул является неприменимость к слабому транспорту наносов, когда разности τо-τокр, Uо-Uн, становятся сравнимыми с погрешностями в определении Uн, τокр.

(1)

К. Браун [3], обработав данные по мелким частицам, получил формулу более простого вида:

(2)

Следующим, одним из наиболее распространённых методов расчёта донных наносов, является определение количества переносимого на дне канала материала в виде движения донных волн. При этом движение донных образований считается квазиустановившимся, т. е. таким, при котором все статические характеристики донного рельефа, в частности, средняя высота и средняя длина гряд не зависит от времени.

Выпишем полный дифференциал высоты любой точки на мгновенной линии дна, считая движение донных волн плоским:

Зафиксировав высоту и перемещаясь с этой точки вдоль дна, будем иметь dz _о =0:

(4)

Из уравнения деформации, выписанного для точки zо, имеем:

(5)

где ε –коэффициент пористости грунта.

Подставляя (5) в (4) и замечая, что dх/dt=Cz _о –скорость движения точки z _о , имеем:

(6)

(7)

Принимая получаем:

Таким образом, задача определения удельного расхода донных наносов сводиться к расчету высоты и скорости распространения донных образований, что и в дальнейшем требует проведения исследования.

Литература:

1. Караушев А. В. Теория и методы расчета речных наносов– Л.: Гидрометеоиздат, 1977. — 272 с.
2. Einsteln H. A. The bed load for sediment transportation in open channel flow-Ser Tech. Bull, U. S. Dept. Agrik. Soil Conserv, 1990, № 1026.
3. Brown C. B. Sediment transportation-In: Engineering Hydraulics, ch.7, by H. Rouse (ed), N.Y. 1992. № 544.
4. Усманов Ф., Ибодов Р., Хикматов Ф. — Определение расхода дополнительной энергии при круглогодичной эксплуатации гелиополигонов по выпуску сборного железобетона. Молодой ученый, 2016 год, 247–250
5. Ибодов Р. — Исследование по улучшению расчета неразмывающих скоростей потока воды в грунтовых каналах. “Сув ва ер ресурлари” 2021 г.