Моделирование русловых процессов в створе канала
https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2023-35(4)-11
Аннотация
Сформулирована математическая модель эрозии берегового склона песчаного канала, происходящей под действием проходящей паводковой волны. Модель включает в себя уравнение движения квазиустановившегося гидродинамического потока в створе канала. Движение донной и береговой поверхности русла определяется из решения уравнения Экснера, которое замыкается оригинальной аналитической моделью движения влекомых наносов. Модель не содержит в себе феноменологических параметров, учитывает транзитные, гравитационные и напорные механизмы движения донного материала. Движение свободной поверхности гидродинамического потока определяется из интерполяции экспериментальных данных. Модель учитывает изменения средней по створу турбулентной вязкости при изменении створа канала.
Исследовано влияние квазиустановившегося гидродинамического потока на потерю массы в створе канала. Введен критерий для определения неравновесности руслового потока. Показано, что для моделирования деформаций створа в данном случае необходимо учитывать ненулевой градиент движения наносов вдоль оси канала. Проведены численные расчеты, демонстрирующие качественное и количественное влияние данных особенностей на процесс определения турбулентной вязкости потока и эрозию берегового склона русла.
Сравнение данных по береговым деформациям, полученных в результате численных расчетов, с известными лотковыми экспериментальными данными показали их хорошее согласование.
Об авторах
Игорь Иванович ПОТАПОВ
Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лаборатории вычислительной механики Вычислительного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук с 2009 года. Сфера научных интересов: численные методы, русловые и гидродинамические процессы в равнинных реках.
Дмитрий Игоревич ПОТАПОВ
Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Младший научный сотрудник, аспирант, Института горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук.
Список литературы
1. . Glover R. E., Florey Q. L. Stable channel profiles // U. S. Bureau of Reclamation, Washington. 1951.
2. . Макавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: Издательство АН СССР, 1955, 348 p./ [2]. Makaveev N.I. River bed and erosion in its basin. M.: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1955, 348 p. (in Russian).
3. . Ikeda S., Parker G., Saway K. Bend theory of river meanders. Part 1. Linear development // J. Fluid Mech. 1981. no. 112. P. 363–377.
4. . Ikeda S., Parker G., Kimura Y. Stable width and depth of straights gravel rivers with heterogeneous bed materials // J. Water resource research. 1988. Vol. 24, no. 5. P. 713-722.
5. . Parker G. Self–formed straight rivers with equilibrium banks and mobile bed. Part 1. The sand–silt river // J. Fluid Mech. 1978. part 1, Vol. 89. P. 109–126.
6. . Pitlick J., Marr J., Pizzuto J. Width adjustment in experimental gravel-bed channels in response to overbank flows // Journal of geophysical research: Earth surface. 2013. Vol. 118. P. 553–570.
7. . Ikeda S. Stable channel cross–sections of straight sand rivers // J. Water Resources Res., 1991. Vol. 27, no. 9. P. 2429–2438.
8. . Петров П.Г. Движение сыпучей среды в придонном слое жидкости // ПМТФ, 1991. № 5. С. 72 –– 75. / Petrov P.G. Movement of a granular medium in the bottom layer of liquid // PMTF, 1991. No. 5. P. 72 –– 75. (in Russian).
9. . Петров А.Г., Потапов И.И. Избранные разделы русловой динамики // М.: Ленанд. 2019. 244 с. / Petrov A.G., Potapov I.I. Selected sections of channel dynamics // M.: Lenand. 2019. 244 p. (in Russian).
10. . Бондаренко Б.В., Потапов И.И. Моделирование эволюции поперечного сечения песчаного канала // Вычислительные технологии evolution of the cross section of the sand channel. 2009. Т.14, № 5. С. 1–14. / Bondarenko B.V., Potapov I.I. Modeling the evolution of the cross section of the sand channel // Computational technologies evolution of the cross section of the sand channel. 2009. T.14, no. 5. pp. 1–14. (in Russian).
11. . Потапов И.И., Бондаренко Б.В. Математическое моделирование эволюции берегового склона в каналах с песчаным руслом // Вычислительные технологии. 2013. Т.18, № 4. С. 25–36./ Potapov I.I., Bondarenko B.V. Mathematical modeling of the evolution of the coastal slope in channels with a sandy bed // Computational technologies. 2013. T.18, no. 4. pp. 25–36 (in Russian).
12. 1. Потапов Д. И., Потапов И.И. Развитие берегового откоса в русле трапециевидного канала//Компьютерные исследования и моделирование. 2022, Т. 14, № 3, С. 581–592/ Potapov D.I., Potapov I.I. Development of a coastal slope in the bed of a trapezoidal canal // Computer research and modeling. 2022, T. 14, No. 3, pp. 581–592 (in Russian).
Рецензия
Для цитирования:
ПОТАПОВ И.И., ПОТАПОВ Д.И. Моделирование русловых процессов в створе канала. Труды Института системного программирования РАН. 2023;35(4):187-196. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2023-35(4)-11
For citation:
POTAPOV I.I., POTAPOV D.I. Modeling of Channel Processes in a Channel Cross Section. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2023;35(4):187-196. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2023-35(4)-11
Послать статью по эл. почте 