ГИДРОДИНАМИКА И АКУСТИКА

2018 ◊ Том 1 (91) ◊ Номер 2 ◊ с. 132-159

И. Н. Горбань^*

^* Институт гидромеханики НАН Украины, Киев, Украина

Моделирование динамики песчаных карьеров в русловых потоках

Gidrodin. akust. 2018, 1(2):132-159

https://doi.org/10.15407/jha2018.02.132

ЯЗЫК ТЕКСТА: Украинский

АННОТАЦИЯ

Развит численный метод для расчета совместной эволюции водного течения и донной поверхности в открытых водоемах, учитывающий взаимное влияние гидродинамического и морфологического процессов. Он сочетает центральную схему "против течения" Курганова-Ноелля-Петровой для интегрирования уравнений мелкой воды и взвешенную существенно неосциллирующую (WENO) схему пятого порядка, по которой рассчитывается эволюция донной поверхности. Мощность придонного потока наносов оценивается по степенной формуле Грасса. Моделирование тестовой задачи о размыве потоком воды конического песчаного холма выявило долговременную устойчивость полученного решения, а также его соответствие данным других авторов. Метод применен к расчету эволюции глубоких песчаных карьеров на речном дне. Полученные результаты демонстрируют формирование на донной поверхности сложного рельефа, когда локализованное углубление трансформируется в систему ям и небольших насыпей, перемещающихся вслед за течением. В то же время, углубление расширяется поперек потока, что приводит к формированию протяженных эрозионных зон на речном дне. Установлено, что величина угла размыва, характеризующего эволюцию карьера, зависит от начальной глубины карьера и параметров потока воды и находится в пределах от 20° до 35°. Полученные оценки "живучести" песчаных карьеров указывают на нелинейную зависимость интенсивности их засыпания и скорости перемещения от характеристик течения. Моделирование эволюции свободной поверхности выявило, что над неровностью дна генерируется интенсивный волновой фронт, форма которого изменяется в соответствии с процессами, происходящими на донной поверхности. Найденные оценки могут быть использованы при организации мероприятий по предотвращению негативных техногенных и природных явлений в речных акваториях, вызванных взаимодействием крупномасштабных донных образований с гидротехническими сооружениями и берегами.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

морфологический процесс, донная поверхность, транспорт наносов, песчаный карьер, угол размыва

ЛИТЕРАТУРА