автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Ветроволновые течения в прибрежной зоне водоемов

РГ6 од

На правах рукописи

О У ОН-""" •

ВОРОНКОВ Геннадий Васильевич

Ветроволновые течения в праёрежыом з&не еод&емо®

Специальность Й5.23.16 - Гидравлика и инженерная гидрология.

АВТОЬЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск -1997

Работа выполнена в Новосибирском государственном архигектурно-строшелшом университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Распогаш Г.А.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

нрофесотр Рогцупюш Д. В.

- кандидат технических наук, додает Малыгин В.Н.

Зашрипга состоятся 17. февраля 89Г8 г.-®. 854)0 часов на заседании диссерт£Щиошоп® совета Д'06404.02 при ШзЫздбирсйш т^даретвеином архюгеюгурно-стрзнтелытм унюверсяпюге и® - адресу: 630008, ^Новосибирск - 8, уя. Леншшградскт, 113» ауд ЗЮб.

С дассфтафлсй мшгоо ознакомиться. в бйЛшдагехе университета.

Автореферат разослан " января 1998 г.

Уч.иый секретарь диссертшщшного совета кандидат технических наук, доцент

Л.Ф. Дзюбенко

Общая характеристика работы

Актуальность темы Водохранилища, играющие викную роль при комплексном использован!''' водиму ресурсов, наряду с полезным к|>фсктом,'обусловливают ряд мег.-лшпыж последствий их создания: переработку берегов, з®-топление и подтопление земель, у..уяшсэдзс гидрохимического и падрооиологга» ческо!'. режима водима ¡1 прилегающих территорий и тлз. Мвситби этого вида а!ггр< погеннмо воздействия весьма значительны. В •нестоящее время л России зг':плуат!фуются 330 крупных и иколо 30 тысяч средник и мелких ®©жь хршшлкщ, суммарная протяженность береговой линии вгагтарых и^ревыввют Л© тс. км, причем йе менее 50-70% веримс.ра последит: подвергается вбретчи, что увели'наает также и обтое загрязнение водосмоз.

Многофункциональное освоегше и бегюпасное ислшьзгамипк, с оти ння внедрения в природную среду, лриЬрекиой зоны юлдамов: защита берегов;' стрчггеяъства портовых сооружений; экешуятй"ш водотабвро», вод^пыпуг'«ив, и другая токенернъ*: коммунншшй; использование а мелях рыбмми ятяйот-Ьа; создан«® рск^х. даот-лх зонт,' >.сбмч* юлкропно-стрвитг тыюго сырь* и щ>. невозможно бет изучения лимачнхи эдит-сссов и прогооза неблагоприятный да-следстсй. создания подобных искусственна* ..одежгоз.

Разработка мероприятий по борьб« с беговыми перефоршерошв-шми ствот з ряду перяоочервднда задач, рсагеешя да ь.ггашдшу о

управления всей сложной шрира.-ю-т '<1дочссхш< системой, которой ¡»¡жегся водюхрадаяищ«, "гто подразумевает и месбхо тимисть ту»« витршиигшЕШ круговоротов веществ, источивши» да», гутле^ия, особенностей метрмги,, кшы» чесгвеншх характеристик на "¡шад«" и "выходе"1 и их юменежй в результате кэрушегои разноз'-сет в средг. Решегаге отмсчетиш выше проблем ддаши© &> изыматься ш ичучекда ветроводдавых течений а агркбрегаюй зоне.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы состоит в ¡комплексном изучении течений в прибрежной зоне водоемов, возникающих при совместном действии ветра на свободной поверхности воды и деформирующихся в прибрежной зоие вояи. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

оценить роль осноашх факторов течений - турбуленгчхгп» ветроволно-вш потоков, рефракции и трансформации волн, а таюке рельефа д.ш; рг> ».работать фюико-математнческую модель нрябрежиых течений и разработать алгоритм ее численной реализации на ЭВМ; выполнить натурные исследования течений в прибрежной зоне водоема: исследовать по данным численных эхсжритн т соотношение между ветровыми и волновыми прибрежными течениями ® пределах береговой юны; дать рекомендации но учету и практическому использонаиню осооештостей прнб, ¿жных течений при проектировании сооружений е береговой зоне.

вовизна заключается в том, что а работе впервые проведены

кома'ексые исследования ветровых и волновых ечений в ирнбрежтй • >ие с учетом ветрового воздействия на свободную поверхность водоема, ре ' ракции и трансформации вода, рельеф, дна и формы берггочой линии.

Для этого осуществлена! на. исследования на Кулуидннском и чукекм озерах, прудах-охладите." те БарабннисоЙ ГРЭС, Новосибирском водохранилище, выполнена постановка. задачи н сформулирован® математическая модель; разработаны алгоритмы я программы для ЭВМ, проведены расчеты характеристик ветроволновт течеш# прибрежной зоны.

Практическая ценность работы. Ни основе наг.'шмх и числемн х экспериментов установлены характерные для прибрежной тоны водоема особенности тешжновенш и развития ветровых и волнов» к теченчй. Результаты теьретиче-гасш и натурных исследований шозвеигаот решать следующие чадами', определять геометрические и энергагичесжуе характеристики ветровых вели й при-

брежной зоне водоема с произвольный рельефом дна; рассчитывать положение свободной поверхности м поле скоростей течений с учетом совместного действия негра и волн для последующей оценки их воздействия на дно и берега; выполнять расчетное обоснование природоохранных мероиршпий и проектирования сооружений, использующих береговую зону (водозаборы, водошпускн, береге) крепительные и другие сооружения), оценивать транспорт намоем, перелое и разбавление токсичных, биоюшшх веществ и др.; разработанный пакет прикладных программ для ЭВМ позволяет решать ряд прикладных задач прибрежной гидродинамики.

Внедрение результатов. Результаты исследований были положены в основу рекомендаций ао использованию бассейнового способа добычи мирабилита из пласта Кучукского озера.

Данные, полученные в нолевыхсловиях и в результате численных экспериментов, использовались дл.) улучшения шдротермнческого режима и повышении эффективности работы прул">в-охлад!ггелей Бара, шнекой ГРЭС.

Ре./льташ натурных исследований и теоретических проработок явились базой при разработке Ленгндрапроектом им. С. Жука ТЭО проекта берегаукре-пления на Новосибирском водохранилище.

На основании анали л особенностей течений в береговой зоне разработана конструкция совмещенного водозабсра-водовыпуска (а.с №5й5089).

Апробация результатов. С тювные положения и результата диссертационной работы доложены и обсуждены; нт Всесоюзном шучно-техдаческом совещании "Проблемы гехн^-чески.го водоснабжения ТЭС и АЭС" (г. Ленинград, 1976); на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Опыт проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ гафоолектросташшй4 (гг.Ленинград - Ноюсибирск, 1978); на научно-техническсм семинаре лаборатории инженерной гидравлики ВНИИВОДГЬО (г. Москва, ¡977); на научно-технической конференции пщромелноративного факультета Омского СХИ

(г.Омск, 1989); {¡a (шучно-технических конференциях Новосиб! рского архигек-Тур!1£>-с1|ю1ггелыюшу1ишерс1пета(г. Новосибирск, 1976-1997).

I iyfi.iüKiiiUit!. Но материалам диа -ртшши опубликовало 7 р«..да в периодических шданиях, матермапах региональных, всероссийских конференций, международного симпозиума, получено авторское свидетельство на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит m введения, четырех глав, заключение, списка /füicp;ii) ¡)ы и приложений. Общий объем работы составляет 232 страшцы, в том числе 149 страниц машинописного текста, 44 рисунка, 10 таблиц, 32 страшит приложений. Список литературы включает 167 наименовании, в том числе 34 на английском языке.

2. Содержание работы Во введении дастся аналитический обзор работ отечественных и зарубежных авторов но вопросам динамики прибрежной зоны. Отмечаеня большой вклад в изучение и р. шп не морфологии и динамики береговой зоны советских ученик: H.A. Айбулатова, В.И. Верболова, H Я Ваша, В.h Зенковича, НЕ Кондратьева, И.Г. Кантаржи, Л.Н. Каскевич, O.K. Леонтьева, В В. Ло тинова, В.Л- Максим чука, Е.И. Масса, Б.Л. Попова, Б.А. Пушкина, H.A. Ярослаацева, Г.А. Сафьяноэа, A.C. Судольского, Ю.Н. Сокотьиикова, В.А. Фиалкоза. И.Ф. Шадрина, В.М. Шахина, и других. Во многих исследованиях, связанных с переработкой берегов, учитывались только волновые течения, как наиболее существенные для береговой зоны. В тоже время исследования в'чропых течений показали (В Н. Верболов, Г.А.Распонин, А.С.Судольский, В.А. Фиалков И Ф.Шадрин и др.), что на значите^ ной части прибрежной зоны эти течения являются преобладающими.

Поиски новых решений в технике (крегозащнты привели к созданию нового направления в береговой гидротехнике - инженерной морфодинамнки берегов. В работах Б.А. Пышкнна, а также Р Л. Максимчука, Ю.Ч. Соколышко-

В.Ь.Сидорчука, М.С. Парфенова, В.В. Хомицкого, ЕС. ЦэЛтца и др. сформулированы новые принципы проектирования и тгроягельства берегозащишь'" сооружений, названные принципами npHjxwiux аналогов, которые для своей реализации требуют более широких сведений о прибрежной даиамике. Основу зарубежной школы прибрежной гидродинамики coctsup чгаот работы Мгдк W.H., Braun P., Shepard F.A., Bowert АЛ., tan D.L., Котит P.D., L® BIotö PH., Longuei-Higgins M.S., :>!o«Ja E.K., Murray S.P., Smu C.J., Wu J. и рада других.

Недостаточная долговечности и надежность береггашдатаых вооружений; проблемы зкшлушии ¡и сооружени"., растштешнш п береговой зоне; невысокое качество пропиши переработан берегов и т.п. позволяют еделап» вьамд о том, что решены не все задачи небрежной динамики, и hs до товда изучены механизмы происходящих в этой зоне процессов." В стжзи с этим тозникаег задача совершенствован»"1 расчетного обосиотшия кроекгаруодых еооружший и в целом использования прибрежной зоны.

В первой главе рассматриваются работы многих авторов по течениям, возникающим в прибргвдой зоне водоемов, и основные факторы, определяющие условия а . формирования. Прибрежные те .ения, в соответствии с современными представлениями, предлагается классифицировать схемой на рис.!. Оцениваются критерии для га .рсдепёиия границ тоны, турбулеотноегь ветроволновых штоков, волновой перекос ведши масс. Дается анализ методов расчета вдольберегошх волновых течений и обоснозываэтся ф. ¡ическая постановка задачи.

В прибрежной зоне принято выделять от акватории к берегу три основные динамические «области: первая - область трансформации воли, располагающаяся от нижней границы берегового склона или изобаты Н=Я/2 до глубины, где начинается обрушение воля (// - глубина, А - длюш волны); вторая - доышо-Ерибойнаж, охватывающая зону разрушения волн; третья - область прибойного потока, простирающаяся до наивысшей линии зшлеска на аккумулятивных берегах щю до подножия клмфа на абразионных. В настоящей работе в качестве верхней граш: -ды зоны принята глубина разрушения волн. При описании днншшеи прибрежной зогы используется линейная теория волн. Как показывают исследования Ю.З. Алешком и С.Ц. Ивановой, линейное решение ь большей части прибрежной зоны ( до И=4.1 Я) дает удовлетворительное совпадение с измеренными характеристиками волн и маг г« отличается от нелинейного в 3-ш приближении. Волновой перенос в прибрежной зоне учитывается через радаадиф ные наяряженш» определяемые как избыточный поток количества движения, обусловленный волнами М.8).

Процессы диссйпащии эиерган в пределах зоны связаны с турбулентностью ветроволновых потоков, определяемой действием целого рада факторов; из которых главными ланмотся скорость поступательного движения к волновые возмущения 1г4 шншкмдае в глубину. Существует ряд зависимостей для вычисления аертшальных4 коэффициентов турбулентного обмена (турбулентной вязкости), подученных для волновых или ветроволновых потоков -

С.Г.Богуславским, Г.С.Башкировым, К.Боудеиом, С.Г.Котайгародским, С.В.Доброклонским, В.Г.Леггаем, В.М.Маккавеевым, О.И Мамаевым, ГАРзсшмшным, А.С.Судольским, АЯ.Шварцман А.И.Фельзенбаумом, Фель-стадом, и др. Анализ показывает, что результаты расчетов по ким отличаются на однн-два порядка. Наиболее обоснованными представляются методики, учитывающие в качестве турбулюугощих фактороз как волны, так и течения. К ним относятся зависимости Г.А.Распопина, получешп : по результатам многолетних натурных исследований. При этом профиль коэффициента турбулентной вязкости по глубине описывается эмпирической зависимостью

К, = ''„ср["'"0-М]. (!)

где V „cf -средний по глубине коэффициент турбулентной вязкости, определяемый по эмпирической зависимости; a и j - эмпирические коэффициенты; m = z/(H +Ç) =• :/Н - безразмерная глубина; Ç- превышение уровня воды над спокойным за счет ветрового и волнового на.опов; z - вертикальная координата. Принципиальное подтверждение формулы (1) дают также и исследования R.P.Signal, RC.Beardsley и др,, получивших подобный профиль, аппроксимируемый кубическим полиномом и дающий нулевое значение турбулентной вязкости на поверхности.

Наиболее изученными точениями прибрежной зоны являются вдольбере-говые энергетические, для которых первое теоретическое , ешеиме было получено в работах Putnam J., Münk W., Tnylor ,4. С различной степенью обоснованности, аналитические решения для всей береговой зоны отдельно по ввдам течений предложены И.Ф.Шадштым, А.С.Судольским и другими исследователями. Проведенный анализ обиа! уживает существенные различия вычисленных разными методами скоростей течения, одного из главных факторов прибрежной динамики.

По второй главе описывается методика проведения iwiypnux исследований, приводятся основные ре ¡улыа!ы наблюдений за прибрежными течениями.

Рис. 2, Траектории поплавков и векторы скоростей, измеренных ГР-42 (31.07 и 3.08.76г.) при клр© С-СЭ Наибольший объем наблюдений был выполнен на Новосибирском водохранилище на участке, расположенном на правом берегу его "ижней озероввдной части (с.Бурмистрово) в течении по. звых сезонов 1976,1977гг. (рис.2). В задачи исследований входило получение качественных ь количественных характеря-стик течений при различных ветровых ситуациях. Предварительно был выполнен необходимый объем работ по геодлическому обоснованию исследований.

Наблюдения за втром велись на берегу с помощью шеморумбмрафа М-12 и контролировались рушим анемометром. Кроме того, при измерении течений- с плавсредств синхронно измерялись направленна и хорость ветра иад акваторией. Приведение результатов к одному горизонту выполнялся по стандартной методике. В период наблюдений преобладали слабые и умеренные ветры (3-10 м/с) северных румбов (СЗ-СВ).

Наблюдения за течениями выполнялись с ..омсшыо измерителя течений Н.П.Бурцева ГР-42 с борта катера «Амур-М», устанавливаемого на дэух якору-Всего выполнено из мерений на 53 верт икалях. Поплавочные наблюдения жшо-

I

ляли охватить измерениями большую площадь. Траектории вдплввков (измерено 145 траекторий) фиксировались засечками теодолитов с двух точек базиса. Обобщенные данные наблюдений за д/ы с близкой ветроволновой обстановкой (с .верных румбов) позволили составить схему циркуляции течений, состоящую из ряда чередующихся зон д вергендии и конвергенции. Направление течений поверхностных слоев «... глубокой воде практически совпадает с направлением ветра. При подходе к береговому склону направление потока постепенно меняется на параллельное берегу, т.е. образуются вдольбереговые течения, особенно выраженные на прибрежной отмели. Самая большая циркуляционная область образуется перед входом ; залив. На мелководных учистках залива течения от поверхности до дна направлены по ветру в средней глубоководной поверхностные слои также перемен, иотся но ветру,-а придонные- против ветра. Таким образом, отток вод из залива осуществляется компенсационными противотечениями, в отдельных случаях переходящими в "разрывные", где скорости по всей глубине натравлены против ветра с максимумом в 1ри-донных слоях. Поверхностные скорости течений, измеренные поплавками н прибором ГР-42, составляли о- 5 0 до !6.0 см/с. При шго-занадном ветре 10-12 м/с, выявлено сильное вдольбереговое течение со скоростью до 43 см/с (на удалении ~ 250 м от берега). В пределах отмели течения чаще од.юнаиравдены по

глубине. Так, на горюете Н=5м поплавками отменена скорость 12-15 см/с, по направлению совпадающая с поверхностной. За пределами отмели течения поверхностных и придонных слоев направлены, как правило, под углом друг к другу, а иногда в прямо прт .¡шположные стороны рис.2. Наибольшие скорости в глубдашх слои составляли 25 см/е. Таким образом, в наблюдениях отмечено проявление всех видов течений, за исключением фронтальных. Оценка погрешностей тмер ;юй ¡производилась по о^щелринятьш методикам.

В третьей главе даете« обоснованию принятой структуры дифференциальных урштошй дашхадая для кетревозшошх истоков, приводится модель рефракции и трансформации волн, предлагается схема аппроксимации рельефа дна При этом ксишьзукпса дифференциальные уравнения движения в напряженкяк, кагоры® записываются при введении следующих допущений:

движете хвшиустановившееся; распределение давления по глубине под. чшя€ закону гвдроспгаки; плотность воды и атмосферное давление гшото-шш, трение на боковых поверхностях (водных, для расчетной области) и кон-векшвше члсы в уравнениях не учитываются. Д,л пресноводных мелких водоемок при плавно изменяющемся движении е отдаентелын® малыми скоростями этот И0д.я>д шляется обычным. С уеттом принятых допущений уравнения движения приводятся к виду

{2)

гдер-щдростагшческое давление; п-плотностьводы; г„> Ьу- касаталь» ныенапртешм;Х, У, п^вдш ускорений объемных шт. - -

с Учетом и (3)

уравнения (2) запишутся в виде

где ра - агмо верное давление; !п ¡¡, - уклоны свободной поверхности; & - ускорение силы тяжести; М* Му - по физическому смыслу компоненты потерь удельн го волнового гапора (радиационных напряжений), определяемые следующими уравнениями:

м__1 f^S'„ fO

+ óy)'

где S», Syy, - компоненты тетора радивцчонных гтпряжений. При этом принимается, ito волновая -пертя распространяется только вдоль лучей Вилн, а взаимодействием вол» i течений можно пренебречь.

Интегрирование уравнений (4) rio г с учетом граничного условия на поверхности гх-гт дает зависимости, описывающие распределение катешишх напряжений по глубине (для оси ох)

г, = Р, MjHm-1), (б)

• peí Н

где Р, = —,= безразмерный параметр; г«» - касательные шпряже-

rOl

имя на поверхности.

Если предположить, что для плоского norma связь между касательными напряжениями й градиетом скорости но Щ пне подчиняется закону Б;'"erar-ска, можно получить

■ где у - кит матнческий коэффициент вязкости (молекулярной);

Уя - коэффициент турбулентной вязкости, учитывающий турбулентность потока, обусловленную наличием волн и течений.

Интефал уравнения (7) определяет профиль скорости по глубине а соответствующем направлении. В настоящей работе получены зависимости для профиля скорости при различных режимах сопротивления и формах распределения турбулентной вязкости. В частности, прь режиме сопротивления, соответствующем гидравлически шероховатым руслам и лкь йном законе распределения коэффициента турбулентной вязкости, распределение скоростей потока по глубине определяется уравнением

« К*?'

где Г.. = —— Т,. --— N =—'-—, т - безразмерная

ру раутх, роу,^

глубина потока в турбулентном ядре; 6 - толщина вязкого пристешюго слоя.

Зависимость (8) описывает распределение скоростей но глубине в плоском потоке, находящемся под совместным воздействием касательных напряжений, обусловленных действием аетра на поверхности, учитываемых параметрами Г/г и Тгх, и ветровых волн, вклад которых в скорость течения оценивается параметром Я*. В качестве кригерчя режима сопротивления используется общепринят? >й в гидравлике подход. В случае применения гипотезы нелинейного распределения коэффициента турбулентной вязкости по глубине (I) выражения для профиля скорости получаются более громоздкими. При режиме сопротивления гидравлически гладких русел

где приняты следующие об значения:

.4 = (2 6 от'-)/

V V

---+ )'

I а К.гр I

Из рис.3 приведены типовые профили скорости плоского йетрадвлндаого потока в зависимости от глубины, вычисленные при скорости иетр® '№'=20 м/с (¡га высоте Юм) с учетом рефракции и трансформации волн. Доля кытоаой составляющей скорости потока с приближением к берегу возрастает (ыа линии обрушения воли до -50%) и течение становится однонаправленным. № -

100 -.

-1.00 9.06 1.00 Н=Ш (й

0.06 100 Н=8.1м

ооо 1.ш Н=3.7м

№2.1м

Рнс.З. Соотношение ветровой и волновой составляющих скорости в плоском ветроволновом потоке в безразмерных координатах. У/=20м/с, (!-ветрогтя, 2-волновая, З-результируютая) Уравнение неразрывности в интегральном виде вк.чочает удельные расходы, выражения для которых н'чучепы путем интегрирования зависимостей для профилей скорости вет| лволнавого потока

| = | и (к = /у | и вт'.

(10)

Наиболее существенное влияние на профиль скорости ветроволно:шго потока оказывает соотношение между Касательными напряжениями на поверг носгн и градиитом уровня, определяемое параметром / Расчеты, проведенные при //-3.7-¡3.9 м и 6-20 м/с, показывают, что значения Р, соответствующие раано-

а V

вескому состоянию потока (q=0), зависят, в основном, от режима сопротивления и профиля коэффициента турбулентной вязкости и колеблются в пределах 1.5 - 2.5 ( при vm= v„cp= const) н 1.0 -1.2 при линейном профиле ут.

В четвертой главе формулируются граничные и начальные условия, ( ли-сываются алгоритмы решения квазипространственной задачи расчета параметров волн и ветроволновь'ч течений, приводятся результаты численных экспериментов. Для расчет? рефракции используется известная система дифференциальных уравнений (Münk W., Artur R ). В эти уравнения входят производные второго порядка по фазовой скорости, поэтому j ольеф дна формализуется зависимостями, позволяющими иметь в произвольной точке расчетной области первую, вторую и смешанные производные. Для этого расчетная область разбивается сеткой, в y3Jux которой задаются .(сходные глубины Hip а между узлами глубины вычисляются с помощью двумерного полинома Бесс ¿ля. Подстановка в уравнения рефракции частных производных от фазовой скорости и глубины приводит к системе ' dx

ds dy ds

ds

dp ds da ds

- = cosB

= sinß

JL

H\ + F = а

[sinв-(В + Dy)-i.ös0-(C Dx)]

(11)

p(s)a-q(s)ß

где F =

2kH

2 тг

shZkH' . Л '

,(,)e "7F" +cA2№HsinJ Нп+оу}' -

- 2sin0cos<?(/? т О v)(c+ßJt)+cos5 ß-{c + DxY ]- (О)

( 1 F Л -2smöcosfl- ~ :•£> > \fí 1 + F J

где s - длина волнового луча: в- угол между во: новым лучом и осью оу, ß - показатель рефракции. А, В.С, В - коэффициенты, вычисляемые через значения глубин в лзловых точках и постоянные в пределах отдельной ятей н расчетной области.

Параметры волн з зоне от мористой границы до линии обрушегчя определяются по формулам теории волн конечной амплитуды с учетом рефракции и трансформации. Система уравнений (11-83) представляет собой задачу Кшии и решается стандартным методом Румге-Куга 4-го пор», да при звсстыж условиях на мористой границ. береговой зон

x(snJ = Хо, у (Sc) ^Уо. 0(sb) = во, ßfstj-ßo, Фи) = ад. (14) Для глубоководной границы зоны значения х& уп, р..вны начальным координатам соответствующего волнового луча, принимаемым в узлах ргсчетной сетки глубин; величина вд принимается равно.j углу ю."хода волн m данной изобате; показатель рефракции flu = 1 н его производная ov> = 0. Расчеты производились в диапазоне изменения >гла О - 0.2-2.2 рад и скорости ветра W*=^-20 м/с применительно^ участку Нозосибкрс ого водох; анилища (с-Бурмистрово/. Фрагмент рсфр^кщюнной диаграммы приведен на пис.4. Изменение выдам волн (1% о'гспечетюсти) и радиационных напряжений в береговой зоне при риллк углах подхода ша(9 показало па рис. 3,6. Пр мальг Звашы прохоцят больший щть m отмели, снижая свою высоту в 2-3 рапа, в го время как jrpH 0=1.4 рад высота воли праюически не уменьшается, т.е. на отмели не происход ит гашения вшшоюй эчкр-- геи. I ольеф дна даже яри почти фронтальном подходе золн на мористой грашвде зоны может обусловить появление вдольберсговой составляющей радиационных напряжений Sm претем сущесшеиной величины.

Рис.4. Шлам рефракции волн да участка Новосибирского водохранилища

' (ветер ССЗ; У/=8.0 м/с, с. Бурмистропо) Яри расчете течений в число исходник данных вюдйлш» коышшшш радиа-шюш.их юпршкешй и глубины, полученные при штефйровшта уравнений рефракции вдоль волновых лучей. Аппроксима'гия их выполнялась с применением сплайшвой тгерпшшции. Задача расчета квшшрострамшдашда течений сводит к решению дифференциального уравнения неразрывности при заданных грамотных условиях. Для замыкания системы уравнений использовались шита-'¡есж зависимости, полученные в настоящей рабите шгегрированиш уринений даиишяя в привлечением эмпирических соотношений других шторса Задача решалась- методом разностей. Граничные условия приняты следующим образом. Удеиыше расходы вдольберегового направления в пределах берегопой ошеяй от уреза до зоны обд^ш.шя определены по эмпирическим -шисимсоям ЕКСафроишой, а далее, к мористой границе учтены талью шетрош® течения, т.к. шшнодые здесь несущественны. На береговой гран« щ, ~ 0, на мористой £ = 0. В число неизвестных в даннок случае включаются превышения уро..ия ^ и компоненты полных потоков Торизонтальныелсоатяшвдйе скоростей вычисляются то зависимостям вида "(8,9). К численной реализации принят метод установления, т е. место стационарной задачи решается вспомогательная нестационарная до времени I, пока ее решение не перестанет меняться в пределах заданной точности. Таким образом, решается следующая система уравнений:

Л Дг ¿у

ч, =я'(х.>)

(17)

(16)

Заменяя производные разностным« отношениями, получим для явной схемы:

где/?,/ - шаг по координатам, соответственно,:*: и .у;

7 - шаг по времени; ¡-¡, ... N-1, ] - /,... М-1. Иггдекеамл I и ) задается координаты соответствующей комгюнеггш шш нагона верхним индексом к указывается номер временного слоя. Продольные и поперечные уклоны свободной поверхности /х и />. вычисляются через ^ и формируются в массивах того же размера, но и и £ Для начального момента времени расходы на границах зад.иотся в соответствии с граничными условиями, а во • всех вггутрешшх умах принимаются равными нулю. Шкле выхода на установившийся ¡к/к«'.ч выполняется расчет поля скоростей.

11а рлс.7, 8 приводятся результаты рас чета поверхностных скоростей тече-ашя и свободной поверхности для пехотных данных, соответствующих наблюденным ¡з нагурныч условиях Порядок вь, шеленных скоростей и характер их распределения л прибрежной зоне соответствует измеренным > натуре и приведенным на рис. 2.

В заключен;»» консл ^гируется, что совокупность материалов, «пложенных в диссертационной работе, предстмляющая обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных • натурных усмяюх на раде водных объектов, позволяет описать характерные особешости сложной системы прибрежных вегров! шозы- течений, а следовательно, использовать их при реше-пит широкого спектра инженерных задач беретв й гидротехники.

Рнс.5. Изменение высоты волн т зависимости о, угла подхода

а} \Л>=20 м/с. 6=0.6 рад (ВСВ.

12000 <0000 «¡00 вооа

♦ООО 2000 О

6) ^ 20 м/с, 8=1.4 рад(ССВ)

250 Б (м)100

Рис. 6. Изменение радиационных напряжений в зависимое! и ст направления подхода волн

В)

I

<

( ♦

> »

< < ♦

( » \ *

• . * *

\ » ' *

» I

* 1 »

я

-да

^ » ■ ч

-яг---- гм~'

ЭДм)

»

б)

7»

Г * ♦ »

( I

//Ту » » *

» .

1 »

"ОГ

X» « и »* У(«Л)

"Т5Г

Рис 7. Поле поверкностимч I») м придонных (б) скоростей. М* » м/с, ч^ ■ Новосибирское водохраннлии«(с.Б>(1»|»1Стро1ю)

-"4.x

Рис.8 Свободная логгрхнос н» при ветре ССЗ. \V~8m V Но1Юси<5*рс*ое водохранилище

Основные результаты тесле,чдаазитй отстоят в следующем: - 1. Проведены натурные исследования иа несюолькгк водных обтьезпш в обоснование птотез турбулентности, принятых в предложенной модели ветрэ-водаовых потоков; выявлены качественные и количественные хар^стеркстшда прифежшя течешй.'

2. Предложены зависимости, описывающие профгаь скорости по глубине и удельные расходы для плоского яетроволнового потока, с учетом режимов гидравлического сопротивления и вертикального распределения коэффициентов турбу-леотшй 1. .вкостч.

?. Разработана матемаггаческая модель прибрежных гашинростршгсгашнда течемий таоикшнш шшешкго ргсемотрення фгеторо®, вызывающих ветроше и волшше течения, ® которой все вида волшшх и встроаых течешй ебшрвюшг ураююшем нергаршности.

4. Рюра&отш ашгчришы чисденшй реализации модели и про) ¿мммы рвз-,чета для ЭВМ, юшкягя получение распределенных к прмбрежмой зоне волиювш ха| да *ри''гик им условий произвольного рельефа г. 1а

5. Усшшалеи© чмстшыми экспериментами решмощее влияние т структуру пркбретшой даркулвдш ¿зельефЕ дна м свяда«шх с шш процессов ретракции и трансформации волн; подш^лздша преобладающая раш> ветрюш течив'Ч на большей «га прибрежной з^ньг.

6. Предш^вш ршшщщии то ирштшчешичу шшыошию особсино-стей ветрфволдазш'ирибршшк течений иа несколт-кш ишшерныл объектах; рвзрайдаш юяэтрувдш юдтебор^-тдшьтускя, на которую получек® ®та$>-скве «вдэтетмта® ш изобретем®.

Пу&жщади и© тем® дадафте»щи !. А.С. Ш 565089 СССР. Шдшж&рю® «юру. згаа® / Г.А. Ршюшаг, Г.В. Ворда-т$, ЮГ. Едазарю (СССР). - Ш 2332545/15; Заят 25.02.76; Опу&т 15.07.77, Бюв. № 26.

2. Распошин Г.А., Ковалев Е.А., Воронко® Г.В. Методика расчета дшшгажи и термист водохршшлиц-охладетелей// Шв. вузоа. Энергетика 1978. № 11. С. 106-113.

3. Раотоюн Г.А, Воронков Г.В., Епстрэтова О.Ю. Тепловой шток через дно водоемов //Изв. вузоа. «~тгр-ш и ареттекгура 1988. № 3. С. §1-84. с

4. Воронков Г.В. Прогнозные расчеш шетровслиоЕг>{| переработки берегов водохранилища // Сб. тез. докл. на><ш. техн. конференции. - Охрана природы, пвд-ршехническое строительство, 5шженергог оборудование. 4.3. Новосибирск, 1994, С. 43-44.

5. Воронков Г.В. Построение рефракционных диаграмм ветровых юмм средствами машинной граф™1 // Сб. тез. докл. кауч.-техи. вднферснции. - Охрвча природ;,:, гидротехнические строительство, инжеифнос оборудование. Ч.З. Новосибирск, 1995. С. 30. "•

6. Воронков Г.В. К расчету ветфшодаошх 1ге*ий1Й а' прйбртастаЯ зоне водоемов // С1 .материалов ВсеросаАжой пау^онфжгичёскйй юнф^решщи "УпривлР'лю устойчивым яойепс ¡шаит", Екатеринбург, 1997. С. 62-63.

7. Воротод. ГА,-; айкот"!! Г.А. 1' овднке вдаотия-деффйшр'.таадхся ветршш волн т скорость прибрежных течений У Сб. тез. докл. ¡^учи-гвт. конффш-№И.,-'Охрана природы, пиротехническое строительство, .ошшернсе оборудо-шке 4.3, Нсвасйбирск, 1997. С. 51-52.

Р Воршвюв Г.В. Применение чиёленшго моделирования дал якал' за течений, возникай"'ция в прибрзшюй эо»«. водоемов // Сб. материалов Международного симпозиума "Чистая вода Рошш-97". Екятер'шбург, 1997. С. 27-28.