автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Влияние травянистой растительности на изменение гидравлических характеристик потока при природоприближенном восстановлении рек

Дегембаева Надира Калчакеевна

На правах рукописи

ВЛИЯНИЕ ТРАВЯНИСТОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ИЗМЕНЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКА ПРИ ПРИРОДОПРИБЛИЖЕННОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ РЕК

05 23 07 - Гидротехническое строительство 05 23 16 - Гидравлика и инженерная гидрология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

003067825

Работа выполнена на кафедре гидротехнических сооружений Московского государственного университета природообустройства

Научный руководитель

- Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Румянцев Игорь Семенович

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Ханов Нартмир Владимирович

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник ГНУ ВНИИГиМ Щербаков Алексей Олегович

Ведущая организация Инженерный научно-производственный центр по водному хозяйству и экологии «Союзводпроект»

Защита состоится 29 января 2007 г в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 220 045 02 в Московском государственном университете природообустройства по адресу 127550, Москва, ул Прянишникова 19, аудитория 201/1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУП Авшреферат разослан 16 декабря 2006 г

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук

Евдокимова И М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы При восстановлении водных объектов чрезвычайно важно учесть степень влияния на русловой процесс реабилитируемого водотока различных видов растительности - деревьев, кустов, посадок тростника и камыша, травяного покрова

Влияние растительности на формирование речного русла обусловливается повышением устойчивости грунта размыву, создаваемой армирующим эффектом травянистой и древесной растительности Она увеличивает местные сопротивления и перераспределение скорости по живому сечению, влияя на характер и структуру течения Травянистая растительность в русле также оказывает укрепляющее действие, предохраняет дно русла от размывов

Выявлением закономерностей движения воды в заросших руслах, изучением влияния растительности на сопротивление движению потока занимались многие исследователи Они установили, что береговая, прибрежная и русловая растительности влияют на многие кинематические характеристики речного потока своим местоположением и геометрическими параметрами, размерами и формой ее стеблей, размещением относительно оси русла, береговой линии, а также границ пойм, высотой, гибкостью стеблей и степенью густоты травяного покрова

Важность рассматриваемого вопроса для различных областей речной гидротехники требует комплексного подхода, одним из основных аспектов, которого является мониторинг процессов размыва берегов и изучение процессов формирования и переформирования берегов рек Наиболее опасными в эрозионном отношении являются участки прирусловой поймы на вогнутых, подмываемых берегах, крутые изгибы русла реки Влияние травянистой растительности на сопротивление размыву и в предотвращении эрозии в природоприближенно восстанавливаемых водных объектах определяет

актуальность рассмотрения тематики, которая посвящена настоящая диссертационная работа Знание закономерностей влияния растительности на развитие руслового процесса, а именно на размывающую и аккумулирующую способность потока в природоприближенно восстанавливаемых водных объектах позволяет правильно спрогнозировать дальнейший ход развития русловых деформаций, переформирование берегов

Цель работы заключается в изучении влияния травянистой растительности на процесс формирования и переформирования речных русел, а также в составлении рекомендаций по детальному учету влияния последней на ход процесса восстановления водного объекта

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи

- провести теоретический анализ влияния растительности на формирование и переформирование речного русла,

- экспериментально изучить основные причины влияния растительности на гидравлические характеристики потока,

- исследовать изменения гидравлических сопротивлений по длине, вызываемых ростом, высотой, гибкостью и густотой травянистых растений,

- изучить влияния стеблей травянистых растений на режим течения потока и местные размывы,

- исследовать влияние различных условий на процесс повышения экологической устойчивости речных систем, включая применение методов инженерной биологии

Научная новизна, в диссертации осуществлен анализ результатов экспериментальных исследований влияния растительности на формирование и переформирование речного русла, сделан краткий обзор рассматриваемой проблемы,

- выполнены экспериментальные исследования по определению изменения гидравлических характеристик потока под влиянием травянистых растений,

покрытой поверхностью речного дна,

- экспериментально обоснованы параметры, влияющие на изменения гидравлических сопротивлений по длине, на распределение скоростей и изменения режима движения потока над поверхностью речного дна, покрытой травянистой растительностью,

- на основе анализа собственных экспериментальных данных получены экспериментальные зависимости изменения коэффициентов гидравлического трения по длине, гибкости, коэффициента лобового сопротивления стеблей травянистых растений, числа Рейнольдса, их диаметра, а также предложены графические зависимости, позволяющие прогнозировать изменение гидравлических сопротивлений от высоты, густоты и гибкости травянистых растений

Достоверность полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается современными методами выполнения экспериментальных исследований, результатами анализа полученных опытных данных и оценкой их точности, а также использованием современных статистических методов обработки опытных данных

Практическая ценность работы заключается в разработке рекомендаций по учету влияния растительности на развитие руслового процесса восстанавливаемого водного объекта при решении инженерных задач в практике гидротехнического строительства на малых и средних реках На основе проведенных экспериментальных исследований составлены рекомендации по детальному учету влияния растительности на процессы восстановления водных объектов

Апробация работы результаты исследования, выполненных по теме диссертационной работы, докладывались на заседаниях кафедры «Гидротехнические сооружения», а также на научных конференциях Московского государственного университета природообустройства

Объем и структура работы: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, насчитывающего 122 наименований Работа изложена на 116 страницах машинописи, включая 37 рисунков и 4 таблицы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении приведено обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, научная новизна, практическая ценность, достоверность полученных результатов и структура работы

В первой главе рассматриваются основные условия формирования и переформирования речных берегов Динамическое воздействие потока и транспорт наносов обусловливают подвижность русловых образований Их трансформация приводят к изменениям очертаний речного русла и их берегов Различия в их формах, интенсивности и направленности проявления русловых процессов обусловливают такие факторы как климатические условия формирования стока, геоморфологические строение территории и характер слагающих пород, почвенно-растительный покров, колебания отметок базисов эрозии и тектонические движения

Степень влияния на русло физико-географических факторов зависит от масштаба русловых деформаций и от размеров русловых форм Развитие руслового процесса очень часто затрудняет использование водных ресурсов в народном хозяйстве

В работе анализируются экспериментальные опытные данные многих авторов, посвященных изучению влияния растительности на формирование речного русла и их основные причины (В В Дварецкаса и М И Бецониса, Ю М Натальчука, А М Фролова, П И Шагавенко, В Г Шаталова и др ), влиянию растительности на гидравлические характеристики потока, на распределение скоростей открытых потоков и на местные размывы (С С Амелиной,

Д А Асановой, Н К Бессребрянникова, А С Головатюка, А Ф Дмитриева, П И Кудрявцева, В А Лудова, В М Лятхера и Турина, А Маастика и М Сеппа, Нгуен Тая, А Ф Печкурова и С К Ревяшко, Ю Н Соколова, О Фауста, В Т Чоу, М Юрчук, Ц Е Мирцхулавы и др )

Вторая глава посвящена рассмотрению вопросов методики проведения экспериментальных исследований, описанию лабораторной установки и оценке точности проведенных экспериментальных лабораторных опытов

Задача экспериментальных исследований русел, заросших травянистой растительностью состоит в том, чтобы получить зависимость гидравлических сопротивлений по длине от чисел Рейнольдса, гибкости, высоты и густоты растений, а также геометрии расположения растительности в плане Для этой цели рассматривается следующая зависимость, предложенная Нгуен Таем

где А*,- коэффициент гидравлического трения по длине, Яе),- число Рейнольдса в заросшем русле, I / Ь- относительная высота стеблей, рраст- плотность стеблей растений, Ь - глубина потока воды, Гь- гибкость стеблей растений

При движении потока в заросшем русле растительность способна изменять свое положение Положение стеблей определяется соотношением его жесткости и величины внешних сил Если внешние силы, действующие на стебель, больше, то стебель отклоняется от вертикального положения Деформационное воздействие потока в этом случае определяется критерием гибкости, предложенным Нгуен Таем

где Ь - глубина потока воды, V - скорость потока, рр- плотность размещения стеблей растений определенная по формуле рр=тЛ¥, здесь т — масса и XV —

Л =№%>[,РРааЬ\Г„)г

(1)

EJ

(2)

объем стебля растений, определенный по формуле \¥=7гс1р11р, (1р - диаметр и Ьр -высота растений, Е - модуль упругости стеблей растений, J- момент инерции поперечного сечения стеблей растений

Для случаев течения воды в полностью заросшем русле рассматривается зависимость, полученная с помощью метода анализа размерностей, предложенная Нгуен Таем для определения отношения между фактической подводной длиной стебля 1:" и первоначальной его высоты г, в зависимости от критерия гибкости

у = (3)

В случае течения воды в частично заросшем русле фактическая подводная высота стеблей всегда меньше первоначальной высоты стеблей, и зависимость (3) имеет вид

(4)

Коэффициент гидравлического сопротивления для открытых русел принято определять по формуле

ЛЬ = уг (5)

Коэффициент лобового сопротивления одного стебля

определяется из выражения, предложенного Д А Асановой

Г - я~я°

Р=Л~К' ^

где Ср- коэффициент лобового сопротивления стебля, X - коэффициент гидравлического трения по длине в заросшем русле, ^ - коэффициент гидравлического трения по длине в русле без растительности, <1 - диаметр стебля, I — высота стебля, К=К/ю — количество стеблей, приходящихся на 1м

Число Рейнольдса может быть подсчитано как по диаметру стеблей <1р, так и для потока, то есть

= (7)

р у4ко

К-е, =-^ (8)

V

Лабораторные эксперименты автора диссертации выполнялись в гидравлическом лотке лаборатории кафедры «Гидротехнические сооружения» МГУПа (рис 1) На дне лотка, на деревянном съемном днище (4) в зависимости от схемы расположения закреплялись модели гибкой растительности (5), имитировавшей естественную травянистую растительность Затем дно лотка покрывалось слоем песка толщиной 40 мм (6) Каждая модель растения представляла собой стебель, выполненный из синтетического материала В опытах были исследованы растения из рыболовной лески и пластикового кембрика диаметрами 1,6 и 3,5 мм соответственно Высота модельных растений варьировалась в зависимости от серии экспериментов и принималась равной 50, 200 и 300 мм, учитывая, что шероховатость русла, создаваемая растительностью, может изменяться во времени, обусловленным естественным развитием растения

Для сравнения результатов, полученных для русел с имитированной растительностью, была проведена серия лабораторных экспериментов с естественной злаковой растительностью Выбор семян смеси трав, состоящей из овсяницы красной, мятлика лугового и райграсса многолетного был обусловлен особенностями ее естественным произрастанием на прибрежных участках равнинных рек

Для подбора имитируемого материала и вида естественной растительности нами были подобраны как модели растений кембрика и лески, так и сорт естественной травы, выращенный в лабораторных условиях Модели каждого вида

растений размещали в лоток в виде одиночных стеблей и кустов 5-10 стеблей, затем они подвергались к воздействиям движения потока при различной скорости и глубине потока По результатам экспериментов были построены кривые зависимости между фактической подводной высотой стебля 1:' и средней скоростью потока V Сравнение полученных зависимостей 1:'=Г(У) для рассматриваемых стеблей растений дали нам хорошее схождение результатов по характеру расположения опытных точек На рис 5 показана зависимость полученная для максимальной глубины

Течение в заросшем русле практически во всех случаях может находиться как плоское вследствие малости трения боковых стенок и шероховатостью по дну русла по сравнению с сопротивлением создаваемым растительностью Масштаб модели будет определяться отношением глубин в натуре Ьн и на модели Ьм

аь=Ь„/Ьм (9)

В нашем случае масштаб модели ССь определялся производственными возможностями лаборатории и размерами измерительных приборов При назначении размеров растительных элементов число Рейнольдса принималось из

условия Яе,, =-— >100 Учитывая, то что в реальных условиях скорость

у

течения потока не менее 10 см/с, а размер диаметра стеблей растений ё>0,1 см, по соответствующим уравнениям регрессии можно перейти от результатов полученных с помощью модельных растений к натурным растениям естественных видов

Для выбора схем расположения стеблей растений в плане нами был построен график зависимости К=^Р) (рис 6) Здесь N - количество стеблей, Р - площадь, занимаемая стеблями растений При назначении расстояний между рядами мы придерживались условия, чтобы обеспечивалось условие плоского характера течения потока Поэтому расстояние между рядами было принято 100 200 мм, а между стеблями в ряду 25 200 мм, чтобы исключить эффект затенения растений

Нами были выбраны следующие варианты схем расположения растений хаотичное с шагом 25 мм при общем количестве стеблей 288 шт (рис 2, А), шахматное густое с шагом 50 мм при общем количестве стеблей 199 шт (рис 2, Б), шахматное редкое с шагом 100 мм при общем количестве стеблей 50 шт (рис 2, В), коридорное с шагом 50 мм в ряду и 100 мм между рядами при общем количестве стеблей 99 шт (рис 2,Г)

Методика экспериментального определения величин коэффициентов гидравлического трения по длине ^ была следующей Опыты проводились в следующей последовательности в зависимости от серии опыта подготавливался рабочий участок, при наличии травяного покрова, растительность была размещена в соответствии с заранее заданной схемой расположения Для экспериментов с растительностью первоначально измерялись параметры элементов скелета растений масса, плотность, поперечное сечение стеблей, площадь поверхности стеблей Посредством открытия задвижки в лоток подавался заданный расход воды Равномерный режим течения устанавливался путем регулирования затвора по методу А П Зегжда После установления равномерного режима в лотке, производилось измерение глубин воды в характерных точках Определение температуры воды осуществлялось при помощи ртутного термометра с ценой деления 0,2 градуса После измерения скоростей с помощью измерительной линейки определялось отклонение от вертикального положения стеблей растительности в потоке

Лабораторные исследования проводились при расходах воды от 2 до 40 л/с Расходы воды определялись с помощью водомерного узла с трапецеидальным мерным водосливом с тонкой стенкой по формуле

з

Q = \$6BfP (10)

Для определения длины начального участка использовалась формула

LBx~ 100h ~ 40R, (11)

где Ь — глубина потока, Я - гидравлический радиус

Для установления равномерного режима движения воды выполнялось следующее условие

где I — пьезометрический уклон, 1П0В — уклон свободной поверхности, 1дна — уклон дна русла

По методу А П Зегжды за глубину, отвечающую равномерному движению, принималась глубина воды, в точке перехода свободной поверхности из состояния спада в состояние подпора При определении нормальной глубины для каждого открытия щита фиксировались отметки свободной поверхности потока в начале и конце рабочего участка По полученным значениям И] и [12 строились с координатами АЬ и Ьг график, где ЛЬ = Ъ^ - 1ц

В опытах определялись фиктивная глубина Ь0 неравномерного режима, получаемая как разность отметок свободной поверхности и дна Для получения действительной глубины из полученной величины Ь0' вычитали среднюю высоту выступов шероховатости, т е абсолютную шероховатость, которая в нашем случае была принята на высоту грунтового покрова дна

Глубина равномерного режима потока Ь0 определялась как

где Ь0' - фиктивная глубина воды, II- абсолютная шероховатость

Измерение глубин воды производились с помощью шпитценмасштабов с ценой деления 0,1 мм, снабженных передвижной кареткой, которые располагались в начале и конце рабочего участка Контроль за правильностью определения нормальных глубин производились с помощью построения графиков зависимости С2=А(Ь0)

Для исследований в лабораторных условиях влияния травянистых

(12)

Ь0- Ь0'-Я,

(13)

растений на трансформацию поля скоростей применяли трубку Прандтля-Ребока Измерение местных скоростей производили сразу же после определения рабочей глубины Перепад давлений измерялся микроманометром с кареткой Скорости измерялись на скоростных вертикалях в 9 точках в течении 5 10 минут Отсчеты показаний микроманометра в каждой точке производились через 20-30 секунд после установления на нее трубки Прандтля-Ребока Скоростные вертикали располагались следующим образом первая в середине лотка, вторая и третья соответственно на расстояниях 15 и 5 см от стенки лотка

Величина осредненных средних скоростей определялась по формуле

и = (14)

где ДЬср - среднее значение перепада давления в точке на вертикалях

Как известно, соотношение между объемом наносов, поступивших на данный участок реки, и объемом вынесенного твердого материала за его пределы определяет баланс наносов Согласно И В Попову, уравнение баланса наносов бесприточного участка реки ограниченной протяженности можно представить в виде

11'н=11"н±Л\^ (15)

где Я',, - объем наносов, определенных по данным гидрометрических измерений и поступающих в поток через верховой створ, 11"н- объем наносов, вынесенных с участка, Д\У - разница между объемами размывов и намывов в пределах участка Для сравнения объема размываемого грунта в условиях различного расположения моделей растительности в плане, до и после пропуска расхода, учитывались объемы грунта, укладываемого на дно Объем укладываемого грунта \Угр на подготовленном рабочем участке определялся по формуле

Wrp=bltcp, (16)

где Ь - ширина лотка, 1 - длина рабочего русла, 1ср- средняя толщина

укладываемого грунта

Общий объем размываемого грунта Д\¥ определялся как разность объемов

1 2 грунта до XV гр= Я'н и после V/ Гр=К"н пропуска расхода воды

АУ1=Ч1\р-У12гр (17)

Экспериментальное исследование включало 6 серий опытов, всего в результате исследований было выполнено 57 опытов

В работе выполнены оценки погрешностей измерений проведенных в экспериментах При этом относительная ошибка определения коэффициента гидравлического трения по длине оказалось равной 3,5 %, абсолютная ошибка определения глубины потока 8[,=0,16 мм, ошибка в определении параметров стеблей Г), составила 0,666 % и при измерении скоростей потока в точке на вертикали - 1%

В третьей главе анализируются результаты изучения распределения скоростей под влиянием растительности, изменения гидравлических сопротивлений по длине, вызываемых ростом, высотой, гибкостью и густотой травяных растений, изучения влияния стеблей травяных растений на режим течения потока

Наши опыты подтвердили, что распределение скоростей в заросшем русле существенным образом зависит от условий протекания потока относительно зарослей — над ними или через них В связи с этим некоторые авторы производят разделение растительности по ее высоте Ьр относительно глубины потока Ь на три категории малой, средней и большой высоты Обтекание потоком травянистых растений, имеющим гибкие стебли, происходит при малой и средней высоте

Для обоснования разделение травянистых растений по их высоте Ьр относительно глубины потока Ь составляем уравнение распределения скоростей по вертикали

и = и

о

В уравнении (18) принята средняя скорость в живом сечении, поскольку вычисление местного скорости потока весьма затруднительны, так как функция и=и(х,у,г) для живого сечения потока не всегда известна Выражения для кинетической энергии потока может быть представлена в виде

где р — плотность воды, и — средняя скорость потока, 8р — площадь стебля растений, определенная по формуле 8р=л;с1р11р, (1р - диаметр и Ьр - высота растений, И — глубина потока

По полученным опытным результатам нами был построен график Р=Г(Ьр) (рис 7) Из графика видно, что стебли растений относительной высотой 0,227 при обтекании потоком оказывают минимальное воздействие и их относят к первой категории, когда высота растений незначительна по отношению к глубине потока и сопоставима с шероховатостью дна Распределение скоростей течения в этом случае мало отличается от аналогичного, характерного случаю зернистой шероховатости дна Поэтому оценку шероховатости растительности в такой ситуации осуществляют через эквивалентную шероховатость песка Как показывает график Р=ДЪр) стебли растений относительной высотой 0,909 и 1,363 оказывают сопротивление по высоте занимаемой площадью каждого стебля при обтекании потоком Так как растительность, стесняя площадь живого сечения потока, сокращает последнее на величину, которая определяется площадью, занимаемой стеблями и листьями растений При этом каждый стебель и лист растительности является препятствием, создающим дополнительное сопротивление и оказывающим влияния на развития турбулентности потока

(19)

Растительность относительной высотой 0,909 и 1,363 относятся к средней высоте, когда поток может двигаться как через растения, так и переливаясь поверх них Расчеты сопротивления русел в таких случаях принято вести, учитывая возникающие при этом дополнительные сопротивления

Проверка формулы В Т Чоу по нашим экспериментальным данным показала приемлемость этой зависимости для описания распределения скоростей в заросших руслах с травянистой растительностью В Т Чоу предложил уравнение, характеризующее распределение скоростей в турбулентном потоке над шероховатой поверхностью, которое имеет вид

U = 5 75vmp ^ (20

где иТр -скорость трения, к — высота выступов шероховатости, у -расстояние от дна до рассматриваемой точки на вертикале

Исследование распределения скоростей показало, что скорость в пределах растительного слоя изменяется незначительно, а в слое над растительностью быстро возрастает и изменяется аналогично течению в руслах без растительности Построенные эпюры распределения скоростей течения потока в заросших руслах с различными расположениями стеблей в плане характеризовались следующим образом наибольшие значения осредненных скоростей Umax по живому сечению потока наблюдались в поверхностной части На рис 3 и рис 4 показаны примеры одних из многих характерных опытных данных эпюры распределения осредненных средних скоростей в заросшем русле и в русле с береговой растительностью

Характер зависимости коэффициента гидравлического трения от числа Рейнольдса для растений различного вида и различной высоте стеблей, как правило, рассматривался в виде графика зависимости X=f(Re) (рис 8) Величины коэффициента гидравлического трения по длине Хь, были определены для

каждого варианта расположения растительности с различной высотой в плане Результаты наших опытных данных показали, что при относительной высоте стеблей 1,363 максимальные значения коэффициента гидравлического трения были больше, чем для растительности относительной высотой 0,909 и 0,227 В случае частичного полегания растительности за высоту стебля принимались вертикальные размеры модельных и естественных растений, поскольку горизонтальные элементы оказывают малое влияние на сопротивление, как бы экранируя поверхность дна

Густота «посадки» растительных элементов в наших экспериментах

2

варьировалась от 50 до 288 шт/м При этом максимальные значения коэффициента гидравлического трения были получены для шахматного редкого расположения растительности, а минимальные значения - для хаотичного расположении модельных растений График 1=ДКе) показывает, что значения коэффициента гидравлического трения X увеличивались с уменьшением плотности посадки стеблей растений

Для обоснования перехода зависимости от Х=Д11е) к Х=ДГь) мы установили связь между числом Рейнольдса и критерием гибкости Первая из них характеризует состояние и поведение потока в открытом русле, она определяется в основном воздействием вязкости и силы тяжести на силы инерции потока Вторая - прочностные показатели материала стеблей Рассматриваемые показатели зависят от скорости потока Для обоснования нами построен зависимость вида Яе=Г(Гь) (рис 9) Из графика видно, что с увеличением значения коэффициента гибкости стеблей увеличивается значение числа Рейнольдса Такое увеличение этих значений совпадает с опытными данными Нгуен Тая

Деформационное воздействие потока на стебли растений, определенное с помощью критерия гибкости по формуле (2), и результаты, полученные по ней, показаны на графике (рис 10) Из графика видно, что с увеличением

значения гибкости Г^, значения коэффициента гидравлического трения по длине

X уменьшаются Также с увеличением значения числа Re увеличиваются

значения гибкости Максимальные значения гибкости были получены при

густом, а минимальные - при редком расположении стеблей растений При этом

2

модуль упругости Е для естественных растений был принят Е=21000 кг/см Момент инерции стебля естественных растений подсчитывался нами как для плоских форм, для расчета принималось среднее значение момента инерции, что обусловливается изменчивостью поперечного сечения стеблей Полученные значения гибкости для естественных трав по сравнению с модельными растениями были большими

Для аппроксимации зависимости X=f(rj1) нами была предложена зависимость показательного типа

0,000513

д. = -

Г, 0,991

h (21) Таким образом, можно отметить, что увеличению значения коэффициента гидравлического трения в заросшем русле зависит от высоты, гибкости и густоты растительности

В реках, русло которых интенсивно зарасло растительностью, движения воды, как правило, происходит с малыми скоростями Сопротивление движению жидкости при ламинарном режиме обусловлено силами внутреннего трения или вязкостью, проявляющимися при перемещении одного слоя жидкости относительно другого Растительность в русле оказывает существенное влияние на скоростное поле и затрудняет его теоретическое описание Влияние растительности на режим движения обусловливается формой, густотой и характером размещения «посадки» ее стеблей в русле При достаточно густом размещении и также малом расходе воды обтекание потоком выступов шероховатости происходит плавно Наблюдается заметное пригибание стеблей и

появление колебания поверхности стеблей растений В этом случае коэффициент гидравлического трения зависит от числа Рейнольдса При определении коэффициента трения значительную роль играет форма стеблей растений В случае имитированной растительности с круглой формой стебля величины коэффициента трения имеют в два раза большие значения, чем при плоской форме стебля естественной растительности

Для анализа характера зависимости гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса коэффициент гидравлического трения для заросших русел определялся по формулам, предложенным Нгуен Таем

1 При 11е3<11е пр 1 (для ламинарного режима течения)

5 А

= (22)

где А- коэффициент зависящий только от гибкости стеблей

2 Яе з пр 1<Ке3<11е 3 пр2 (для переходного режима течения)

^.=4,87 • 10~4 Яе °'85 (23)

3 При 11е3>11ез пр 2 (для квадратичного режима течения)

X = 1,52 (24)

Полученные нами результаты показывают, что для числа Рейнольдса в

4

пределах Яе=10 для модельных растений и естественной травой неприменима формула ламинарного типа 1=А/Ке Полученные значения числа Рейнольдса в

4

пределах Яе<2 10 совпадают с результатами опытных данных Нгуен Тая, при которых происходит переход в область квадратичного сопротивления

Полученные результаты значения коэффициента лобового сопротивления одного стебля растений, определенные по формуле (6), показаны на графике Ср=Г(Ие()) (рис 11) для каждого вида модельных и естественных растений в рассматриваемых вариантов расположения растительности в плане с различной высотой Из этого графика (рис 11) видно, что максимальные

значения коэффициента лобового сопротивления стеблей наблюдались в случаях шахматного редкого расположения стеблей, а минимальные - при хаотичном и шахматном густом порядках посадки

Для аппроксимации зависимости вида Ср=]Е"(11еС1)

подобрана аппроксимирующаяся функция в виде

Ср=0,00531511е()2 + 0,000012461^ + 0,0000154 (25)

В четвертой главе приведены основные результаты изучения нами влияния растительности на местные размывы, осуществлен анализ изученности формирования и переформирования речных берегов, обсуждены основные результаты анализа экспериментальных данных по изучению влияния растительности на местные размывы и их сравнения с опытными данными других авторов

В формировании речных берегов и русел принимает большое количество факторов, такие как сток воды и наносов, количество наносов, поступающих в русло реки, их крупность и состав, русловой процесс и другие Как отмечал Н И Маккавеев, деятельность реки по перемещению твердого материала в значительной степени зависит от характера выветривания и делювиальных процессов на ее водосборе При этом на последнее обстоятельство растительность оказывает существенное влияние Например, разрежение и угнетение растительного покрова способствует увеличению поступления в реку твердого материала с водосбора

Для определения влияния растений на местные размывы нами был проведены 4 серии опытов в заросшем русле с густотой растительности (количеством посаженных стеблей - 50 288 шт) Для сравнения объемов вынесенного грунта на подготовленном участке также проведен опыт в русле без растительностью Подготовленный рабочий участок был покрыт слоем песка толщиной 40 мм Для определения объема размываемого грунта Д\Угр на

подготовленном рабочем участке до пропуска расхода были сняты отметки поверхности дна нивелированием по квадратам и вычислена средняя толщина ^р укладываемого грунта Объем грунта, укладываемого на дно лотка, определялся по формуле (16) После пропуска расхода и образования гряд нами также снимались отметки поверхности, подсчитывалась средняя высота и объем грунта Разность объемов грунта до и после пропуска расхода, определенной по формуле( 17) давала общий объем размываемого грунта

По нашим данным скорость трогания, определенная по формуле В Н Гончарова при однородном составе твердых частиц равнялась ис= 0,264 м/с

где с! - диаметр твердых частиц, Н - глубина потока, р^плотность частиц

Для изучения размывов при различной густоте размещения стеблей растений по полученным опытным данным построен график АШ=Г(Ы) (рис 12) Из графика видно, что размыв грунта при хаотичном и шахматном густом порядках размещения стеблей растительности был незначителен, образование гряд на всей площади дна происходило более равномерно, чем в остальных случаях расположения растений Это объясняется тем, что при шахматном густом порядке все стебли располагались на одинаковом расстоянии друг от друга, при этом с наибольшей густотой растительности При шахматном редком порядке расположения стеблей размыв был почти в два раза больше по сравнению с другими вариантами «посадки» растений в плане Согласно по графику можно сделать вывод о том, что с увеличением густоты

стеблей размыв дна уменьшался Таким образом, зарастание дна и берегов русла вызывает прекращения транспорта наносов и образования заросших постоянных

(26)

з

наносов, р!= 2,65 кг/м , р - плотность воды

песчаных гряд Аккумуляция влекомых частиц под влиянием растительности из водного потока приводит к изменению микрорельефа и перераспределению потоков и их скоростей

Заключение

Анализ и обобщение данных других исследователей, опубликованных в технической литературе, а также результатов наших экспериментальных исследований, выполненных в рамках настоящей диссертационной работы, позволяют сформулировать нижеследующие выводы

1 Травянистая растительность в естественных и искусственных руслах рассматривается как разновидность поверхностной шероховатости Она оказывает сопротивление движению водного потока и формируют иную кинематическую структуру последнего В то же время растительность уменьшает скорость потока и тормозит его движение Ее действие на поток зависит от высоты, густоты, занимаемой площади и типа растений

2 Рассмотрение эпюр распределения скоростей в заросших руслах показывает, что в них изотахи скоростей более сглажены по сравнению с изотахами имеющими место в руслах, свободных от растительности Над растительностью проходит большая часть потока с максимальными значениями средних осредненных скоростей Зависимость, предложенная В Т Чоу (20) показала свою приемлемость для наших экспериментальных данных и для ее использования для описания распределения скоростей в руслах, заросших травянистой растительностью

3 Исследования автора показали, что значения коэффициентов гидравлического трения ^ с увеличением высоты стеблей растений увеличиваются Увеличению А.^ также соответствует уменьшение плотности посадки стеблей растений Уменьшение коэффициента гидравлического трения А-ь вызывает увеличение значения гибкости стеблей растений При этом

увеличение значения гибкости стеблей сопровождается увеличением значений числа Рейнольдса Р.е Максимальные значения гибкости соответствует густой порядок расположения стеблей растений Для зависимости вида подобрана аппроксимирующаяся функция (формула 21) Наши экспериментальные данные в целом удовлетворительно согласуются с расчетной зависимостью, предложенным Нгуен Таем и получена нами экспериментальная зависимость изменение гидравлических сопротивлений по длине от высоты, густоты и гибкости травянистых растений, числа Рейнольдса, коэффициента лобового сопротивления стеблей травянистых растений и числа Рейнольдса их диаметра

(^ррасГьДеьСрДеа) Хорошая сходимость результатов расчетов по этой формуле с результатами наших экспериментальных исследований позволяет рекомендовать ее для использования в практических инженерных задачах

4 Влияние растительности на режим движения обусловливается ее формой, густотой и характером размещения в русле При достаточно густом и малом расходе воды обтекание потоком выступов шероховатости, образованной стеблями растений, происходит плавно При обтекании потоком стеблей растительности их форма имеет значительную роль в определении коэффициента трения В экспериментально рассмотренных случаях имитированной растительности с круглой формой стеблей коэффициенты гидравлического трения имеют значения в два раза большие, чем для естественной растительности с плоской формой стеблей

Результаты наших экспериментальных опытных данных по изучению влияния формы стеблей травянистых растений на режим течения воды показали, что для растительности высотой 50 мм значения чисел Рейнольдса находятся в

4

пределах 11е=10 для модельных и естественных травяных растений, при

высоте 200 и 300 мм значения числа Рейнольдса находятся в пределах 11е>2 10 и Яе<2 104

5 Лобовое сопротивление стеблей имеет большие значения при редкой посадке растений Увеличение плотности их посадки наблюдается уменьшение значений коэффициента лобового сопротивления стеблей растений Для зависимости вида Ср=Г(11е(1) подобрана аппроксимирующаяся функция (формула 25)

Автор считает необходимым отметить хорошую сходимость формулы (6), предложенной Д А Асановой, с результатами наших экспериментальных исследований Из этого можно сделать вывод о том, что она может быть использована для выполнения инженерных практических расчетов заросших травой русел

6 Зарастание дна и берегов русла вызывает постепенное прекращение транспорта наносов и образование заросших травой постоянных (неподвижных) песчаных гряд Уменьшение скорости течения в придонной зоне, вызываемое влиянием растительности, резко изменяет ход руслового процесса, уменьшает размывы, снижает скорость потока и приводит к активному осаждению взвесей Аккумуляция влекомых частиц из водного потока приводит к изменению микрорельефа и перераспределению потоков и их скоростей При густорасположенном порядке размещения стеблей растений в плане размыв русла происходит меньше, чем при варианте с редким расположением растительности Другими словами увеличение густоты стеблей способствует уменьшению размыва дна речного русла

7 Инженерные сооружения, устраиваемые с использованием «живых» строительных материалов, предназначенные для предотвращения их размыва и деформации дна и берегов водотока в практике гидротехнического строительства, улучшают экологическое состояние водных объектов и окружающего ландшафта,

создают более благоприятные условия для развития различных водных сообществ

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1 Экспериментальные исследования влияния растительности на гидравлические сопротивления потока //Журнал актуальной научной информации «Аспирант и соискатель», № 4(29), 2005г, с 162-167

2 Влияние травянистых растений на гидравлические характеристики потока //Материалы международной научно-практической конференции «Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем» МГУП, 2006, с 492 - 494 (в соавторстве)

3 Изучение влияния травянистой растительности на коэффициент гидравлического трения в заросших руслах //Журнал «Естественные и технические науки», № 1(29), 2006г, с 332-335

4 Влияние травянистых растений на распределение скоростей по вертикали //Журнал актуальной научной информации «Естественные и технические науки», № 1(29), 2006г, с 329-331

5 Влияние травянистых растений на гидравлические сопротивления потока //Мелиорация и Водное хозяйство, №5, 2006г, с 60-61

Л

Ц-

12 ^11

51

/1Р

10

7 8

1 рай о «его у*аси а.

¥

1Т

71

х ^

/ X х

Рис 1 Схема экспериментальной установки

I — во ломерный бак 2 — Водомерный вод ос айв., 3 - уиюкоше 1ьпые решетки 4 - сьемное деревянное днище, 5 - модели имихируеммх растений 6 - слои грунта, 7 - порог дчя перехвата грунтов 8- жалюзный затвор 9 —стеноп бак 10 - тцросгашческая трубка 11 - приборная карехка 12-шпишеымасилаб на приборной трехке

Рис 2 Расположение модельных растении в плане А - шахматный густой порядок, Б - шахматный редкий порядок, В - хаотичный порядок, Г — коридорный порядок

Рис 3 Пример эпюры распределения осредненных средних скоростей полностью заросшего русла а -лоюк с модельной растительностью,

б - чпюра распределения осредненных

средних скоростей,

в — изогахп распределения

осредненных

скорое!ей

Рис 4 Пример лпоры распределения осредненных средних скоростей с береговой растительностью а - лоток с модельной рас га гельнос I ью,

б - эпюра распределения осредненных

средних скоростей,

в — Iпотах и распредетения

осредненных

СКОрОС1СЙ

04 06 01 Шт

¡-♦-леска иНенбрт -^-естественная трава] Рис 5 Зависимость 1'=ДУ)

14 05

F7F

\-mii-m&fw\ Рис 6 Зависимость N=f(F)

4 1 415 42 4 25 43 435 44 445 4 5 Lg Re

0 005 01 015 Oí 0 25 0 3 hp

Рис 7 Зависимость P=f(hp)

- шахматный редкии порядок + шахматный густой порядок | -хаотичный порядок коридорным порядок I

Рис 8 Зависимость ^=Г(11е)

О 20 40 ео 10

ГАР

Рис 9 Зависимость Ке=Г(Гь)

т

200 251 300 1М

Иен

• 1 -Ц1)

29 014 012

0,1

120 НО

100 450

¿Ш

ц-Ц

Рис 10 Зависимость

1/

и/ г / |

(/ / ■

1

1 1 ! .

0! 1« К И

ГКщ

1 И

-Наопшыи порядок -1-шаишши густой порядок -*-иахмашыи редкии порядок -1-коридориы» порядок

Рис 11 Зависимость Ср=Г(Ке(])

Рис 12 Зависимость \¥=1"(М)

Московский государственный университет природообустроиства (МГУП) Зак № Тирак -/С1 О

Введение

Глава 1. Краткий обзор изученности проблемы влияния растительности на русловой процесс

1.1. Основные результаты анализа факторов, влияющих на формирование речного русла

1.2. Основные результаты анализа работ, посвященных изучению влияния растений на сопротивление движению потока и интенсивность местных размывов .27 1.3 . Результаты анализа работ, посвященных изучению кинематических характеристик потока заросших руслах . 3 8 1.4. Выводы по главе. Формулирование цели и задач исследований

Глава 2. Методика экспериментальных исследований влияния растительности на гидравлические сопротивления потока

2.1. Гидравлические характеристики течения в заросших руслах

2.2. Экспериментальная установка

2.3. Методика проведения экспериментальных исследований

2.4. Оценка точности производимых измерений

Глава 3. Результаты изучения влияния растительности на режим течения потока в открытых руслах

3.1. Распределение скоростей по вертикали

3.2. Изменение гидравлического сопротивления в зависимости от высоты, плотности и гибкости стеблей травянистых.растений

3.3. Влияние стеблей травянистых растений на режим течения . 84 Выводы по главе

Глава 4. Основные результаты изучения влияние растительности на местные размывы

4.1. Краткий обзор изученности процессов формирования и переформирования речных берегов

4.2. Результаты экспериментальных исследований влияния травянистой растительности на формирование и переформирование речных берегов

4.3. Сравнение результатов эксперимента по формированию и переформированию речных берегов с опытными данными других авторов •••

4.4. Выводы по главе

Актуальность темы диссертации: Экологическое состояние многих водных объектов является неудовлетворительным. Они подвержены антропогенным воздействиям, приводящим к изменениям речной экосистемы. Эти изменения являются следствием ведения интенсивной хозяйственной деятельности на водосборе и прибрежных территориях водного объекта, чрезмерного и неправильного использования водных ресурсов, сброса в них загрязненных промышленных сточных вод, уничтожения растительности на прибрежных территориях, регулирования водного режима речной системы. Из-за этих изменений нарушается естественный режим речного стока, характер развития руслового процесса, жизнедеятельность сообществ водных организмов и ухудшается качество воды.

В условиях постоянного взаимодействия потоков воды с границами русла происходит их размыв. Этот процесс проявляется в виде эрозии прибрежных зон водотоков, связанный со сложностью структуры прибрежных течений, наличием ветровых волн и их взаимодействием с береговыми откосами. Наиболее опасными в эрозионном отношении являются участки прирусловой поймы на вогнутых, подмываемых берегах, крутые изгибы русла реки.

Процесс восстановления дает возможность экосистеме крупной или малой реки достигнуть стабильного состояния со значительно большей скоростью, чем при естественных физических и биологических процессах развития среды обитания и заселения биоты. Он включает в себя восстановление растительности по берегам рек, улучшение состояния среды обитания в реке и качества воды, гидрологическую стабилизацию речного русла.

Гидрологическая стабилизация речного русла достигается путем повышения устойчивости рельефа прибрежных территорий, возобновления береговой растительности, которая существенно повышает экологическую устойчивость водотока. Во-первых, основная естественная очистка водотока происходит в прибрежной зоне. Во-вторых, возрастает самоочищающая способность водного объекта, если его проточные участки проходят через местности, затененные растительностью. В-третьих, создаются оптимальные благоприятные условия для развития населяющих водоток биотопов.

При восстановлении водных объектов чрезвычайно важно учесть степень влияния на русловой процесс реабилитируемого водотока различных видов растительности - деревьев, кустов, посадок тростника и камыша, травяного покрова.

Влияние растительности на формирование речного русла обусловливается повышением устойчивости грунта размыву, создаваемой армирующим эффектом травянистой и древесной растительностью. Они увеличивают местное сопротивление и перераспределение скорости по живому сечению, влияя на характер структуры течения. Травяная растительность в русле оказывает укрепляющее действие, предохраняет дно русла от размывов.

Выявлением закономерностей движения воды в заросших руслах, вызываемым влиянием растительности на сопротивление движению потока, занимались многие исследователи. Они установили, что береговая, прибрежная и русловая растительности влияют на многие кинематические характеристики речного потока своим местоположением и геометрическим параметром, размером и формой ее стеблей, размещением относительно оси русла, береговой линии, а также границ пойм, высотой, гибкостью стеблей и степенью густоты травяного покрова.

Знание влияние растительности на развитие руслового процесса, а именно на размывающую и аккумулирующую способность в рассматриваемых водотоков позволяет правильно спрогнозировать дальнейший ход развития русловых деформаций, переформирование берегов.

Целью работы являлось изучение влияния травянистой растительности на процесс формирования и переформирования речных русел, а также в составлении рекомендаций по детальному учету влияния последней на ход процесса восстановления водного объекта.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести теоретический анализ влияния растительности на формирование и переформирование речного русла;

- экспериментально изучить основные причины влияния растительности на гидравлические характеристики потока;

- исследовать изменения гидравлических сопротивлений по длине, вызываемых ростом, высотой, гибкостью и густотой травянистых растений;

- изучить влияния стеблей травянистых растений на режим течения потока и местные размывы;

- исследовать влияние различных условий на процесс повышения экологической устойчивости речных систем, включая применение методов инженерной биологии.

Научная новизна: в диссертации осуществлен анализ результатов экспериментальных исследований влияния растительности на формирование и переформирование речного русла, сделан краткий обзор рассматриваемой проблемы;

- выполнены экспериментальные исследования по определению изменения гидравлических характеристик потока под влиянием травянистых растений, покрытой поверхностью речного дна;

- экспериментально обоснованы параметры, влияющие на изменения гидравлических сопротивлений по длине, на распределение скоростей и изменения режима движения потока над поверхностью речного дна, покрытой травянистой растительностью;

- на основе анализа собственных экспериментальных данных получены экспериментальные зависимости изменения коэффициентов гидравлического трения, гибкости, коэффициента лобового сопротивления стеблей травянистых растений, числа Рейнольдса, их диаметра, а также предложены графические зависимости, позволяющие прогнозировать изменение гидравлических сопротивлений от высоты, густоты и гибкости травянистых растений.

Достоверность: полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается современными методами выполнения экспериментальных исследований, результатами анализа полученных опытных данных и оценкой их точности, а также использованием современных статистических методов обработки опытных данных.

Практическая ценность работы: заключается в разработке рекомендаций по учету влияния растительности на развитие руслового процесса восстанавливаемого водного объекта при решении инженерных задач в практике гидротехнического строительства на малых и средних реках. На основе проведенных экспериментальных исследований составлены рекомендации по детальному учету влияния растительности на процессы восстановления водных объектов.

Апробация работы: результаты исследования, выполненных по теме диссертационной работы, докладывались на заседаниях кафедры «Гидротехнические сооружения», а также на научных конференциях Московского государственного университета природообустройства.

Объем и структура работы: диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка использованной литературы, насчитывающего 122 наименований. Работа изложена на 116 страницах машинописи, включая 37 рисунков и 4 таблицы.

Выводы по главе

1.Формирование и переформирование речных берегов связано взаимодействием водного потока с подстилающим грунтом. Взаимодействие проявляется в формах транспорта наносов и особенностях их аккумуляции и размыва, происходящих в русловых потоках и берегах рек.

2. Зарастание дна и берегов русла вызывает прекращения транспорта наносов и образования заросших постоянных песчаных гряд. Уменьшение скорости течения в придонной зоне, вызываемое влиянием растительности, резко изменяет ход руслового процесса, уменьшает размывы, снижает скорость потока и приводит к активному осаждению взвесей. Аккумуляция влекомых частиц из водного потока приводит к изменению микрорельефа и перераспределению потоков и их скоростей.

3. При густорасположенном порядке размещения стеблей растений в плане размыв русла происходит меньше, чем при варианте с редким расположением растительности. Поэтому можно сделать вывод о том, что с увеличением густоты стеблей размыв дна уменьшается.

4. Для крепления откоса берегов природоприближенно восстановливаемых рек одерновкой мы рекомендуем использовать смесь корневищевых злаковых и стержневых бобовых трав. Эти растения по своим морфологическим особенностям строения структуры стеблей имеют сходства с имитированной в наших исследованиях растительностью (кембрик и леска), имеющей высокую гибкость стеблей. Последняя способствуют уменьшению размыва берегов и дна.

5. Для создания и улучшения экологического состояния водных объектов и окружающего их ландшафта, в практике гидротехнического строительства устраиваются инженерные сооружения с использованием «живых» строительных материалов, предназначенные для стабилизации дна и берегов водотока, для предотвращения их размыва и деформации. Они создают благоприятные условия для развития различных водных сообществ, представленных рыбами, насекомыми и микроорганизмами, высшими водными растениями.

Заключение

Анализ и обобщение данных других исследователей, опубликованных в технической литературе, а также результатов наших экспериментальных исследований, выполненных в рамках настоящей диссертационной работы, позволяют сформулировать нижеследующие выводы.

1 .Травянистая растительность в естественных и искусственных руслах рассматривается как разновидность поверхностной шероховатости. Она оказывает сопротивление движению водного потока и формируют иную кинематическую структуру последнего. В то же время растительность уменьшает скорость потока и тормозит его движение. Ее действие на поток зависит от высоты, густоты, занимаемой площади и типа растений.

2. Рассмотрение эпюр распределения скоростей в заросших руслах показывает, что в них изотахи скоростей более сглажены по сравнению с изотахами имеющими место в руслах, свободных от растительности. Над растительностью проходит большая часть потока с максимальными значениями средних осредненных скоростей. Зависимость, предложенная В.Т.Чоу (формула 3.5) показала свою приемлемость для наших экспериментальных данных и для ее использования для описания распределения скоростей в руслах, заросших травянистой растительностью.

3. При определении значений коэффициента гидравлического трения с увеличением высоты стеблей растений увеличиваются его значения. Увеличению A,h также соответствует уменьшение плотности посадки стеблей растений. Уменьшение коэффициента гидравлического трения \ вызывает увеличение значения гибкости стеблей растений. При этом увеличение значения гибкости стеблей сопровождается увеличением значений числа Рейнольдса. Максимальные значения гибкости соответствуют густо расположенному порядку расположения стеблей растений. Для зависимости вида X,=f(Th) подобрана аппроксимирующаяся функция (формула 3.15).

Наши экспериментальные данные в целом удовлетворительно согласуются с расчетной зависимостью, предложенным Нгуен Таем и получена нами экспериментальная зависимость изменение гидравлических сопротивлений по длине от высоты, густоты и гибкости травянистых растений, числа Рейнольдса, коэффициента лобового сопротивления стеблей травянистых растений и числа Рейнольдса их диаметра "К^ (^РрасГьДеьСрДеД

Хорошая сходимость результатов расчетов по этой формуле с результатами наших экспериментальных исследований позволяет рекомендовать ее для использования в практических инженерных задачах.

4. Влияние растительности на режим движения обусловливается ее формой, густотой и характером размещения в русле. При достаточно густом и малом расходе воды обтекание потоком выступов образованной шероховатости стеблями растений происходит плавно. В этом случае коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса. При обтекании потоком стеблей растительности их форма имеет значительную роль в определении коэффициента трения. В экспериментально рассмотренных случаях имитированной растительности с круглой формой стеблей имеют место в два раза большие значения коэффициента гидравлического трения, чем при плоской, форме стеблей для естественной растительности.

Результаты наших экспериментальных опытных данных по изучению влияния формы стеблей травянистых растений на режим течения воды показывают, что для растительности высотой 50 мм значения чисел Рейнольдса находятся в пределах 11е=104 для модельных и естественных травяных растений, при высоте 200 и 300 мм значения числа Рейнольдса находятся в пределах Яе>2-104 и 11е<2-104. Отмеченное также подтверждает существование в заросшем русле ламинарного, переходного и турбулентного режимов течения. 5. Лобовое сопротивление стеблей имеет большие значения при редком расположении посадки растений. Увеличение плотности посадки стеблей растений сопровождается уменьшением значений коэффициента лобового сопротивления стеблей растений. Для зависимости вида Ср=Щ1еС1) подобрана аппроксимирующаяся функция (формула 3.22).

Учитывая хорошую сходимость формулы (3.21), предложенной Д.А.Асановой с результатами наших экспериментальных исследований, можно сделать вывод о том, что в заросшем русле может быть использована для выполнения инженерных практических расчетов.

6. Зарастание дна и берегов русла вызывает постепенное прекращение транспорта наносов и образование заросших травой постоянных (неподвижных) песчаных гряд. Уменьшение скорости течения в придонной зоне, вызываемое влиянием растительности, резко изменяет ход руслового процесса, уменьшает размывы, снижает скорость потока и приводит к активному осаждению взвесей. Аккумуляция влекомых частиц из водного потока приводит к изменению микрорельефа и перераспределению потоков и их скоростей. При густорасположенном порядке размещения стеблей растений в плане размыв русла происходит меньше, чем при варианте с редким расположением растительности. Другими словами увеличение густоты стеблей способствует уменьшению размыва дна речного русла.

7. Инженерные сооружения, устраиваемые с использованием «живых» строительных материалов, предназначенные для предотвращения их размыва и деформации дна и берегов водотока в практике гидротехнического строительства, улучшают экологического состояния водных объектов и их окружающий ландшафт, создают более благоприятные условия для развития различных водных сообществ.

1. Алексеевский Н.И. Формирование и движение речных наносов: Дис. .канд. тех. наук. -М., 1996. 311 с.

2. Алексеевский Н.И., Гриневский С.О., Ефремев П.Ф., Заславская М.Б., Григорьева И.Л. и др. Малые реки и экологическое состояние территории. //Водные ресурсы. 2003. - №5. т.30. - С.586-595.

3. Алтунин B.C., Сичинова O.A. Способы защиты русловых равнинных рек и каналов от береговых деформаций. // Гидротехника и Мелиорация. 1985. - №5. С.21-23.

4. Алтунин В.С, Зубкова Н.Г., Янковская Л.Б. Гидравлические сопротивления русел рек и каналов в несвязных грунтах // Водные ресурсы. 1990. - №1. С.90-94.

5. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. -М.: Недра, 1970. -216с.

6. Амелина С.С. Исследование гидравлических сопротивлений сквозных сооружений: Автореф. дисс. .канд. тех. наук. -Л., 1970. 17 с.

7. Асанова Д.А. Гидравлические сопротивления и кинематика заросших каналов. Труды / Моск. Гидромелиор.ин-т. -М.: Изд-ва МГМИ, 1981.Т.68. С. 135 141.

8. Асанова Д.А. Лабораторные исследования каналов, заросших камышом. В кн.: Гидравл.исслед. и расчеты гидромелиор.соор. -М.: Изд-ва МГМИ, 1982. С.12-15.

9. Ахундов А.К. Закономерности сопротивления и распределения скоростей в прямоугольных шероховатых лотках при равномерном турбулентном режиме потока жидкости: Дис. .канд. тех. наук. -М., 1948. 64 с.

10. Ю.Барышников Н.Б. Речные поймы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 152с.

11. Барышников Н.Б. Морфология, гидрология и гидравлика пойм. М.: Гидрометеоиздат, 1984.-280 с.

12. Барышников Н.Б. Динамика русловых потоков и русловые процессы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 455 с.

13. Башкиров Г.С. Берегоукрепляющие лесонасаждения. М.:Мин-во Речного Флота СССР, Речиздат., 1951, - 50 с.

14. М.Браславская Т.Ю. Биологические разнообразие и динамика растительности в пойме малой реки Южного Нечерноземья: Автореф. дис. .канд. биол. наук. -М., 2001.-21 с.

15. Беновицкий Э.Л. О коэффициентах гидравлического трения по границе зарослей высшей водной растительности в открытых руслах. // Водные ресурсы. №3,1991.71 -75 с.

16. Беновицкий Э.Л. О некоторых закономерностях изменения коэффициента Дарси в открытых руслах с растительностью.//Водные ресурсы, №6,1991. 90-95 с.

17. Беркович K.M. Географический анализ антропогенных изменений русловых процессов. -М. .ТЕОС, 2001. 164 с.

18. Бессребренников Н.К. Влияние зарастания русла на режим движения воды в осушительных каналах. Сб. Основные результаты НИРИ. 1957. Белорусский НИИ Мелиорации и ВХ. -Минск, 1958, с. 166-172.

19. Боровков B.C. Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях. -Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 286 с.

20. Восстановление и охрана малых рек: Теория и практика. Пер. с англ. А.Э.Габриэляна, Ю.А.Смиронова /Под.ред. К.К.Эделыптейна, М.И. Сахаровой.-М., 1989,317с.

21. Гаришнев Е.А. Роль растительности в преобразовании гидрологического режима местности. Эрозионно-гидрологический процесс и лесомелиорация. -МД999. С.17-21.

22. Гидротехнические сооружения /Под.ред. Н.П.Розанова. -М.: Агропромиздат, 1985.432 с.

23. Головатюк A.C., Поздеев В.П., Соколов Ю.Н. Исследование гидравлического сопротивления естественной растительности на реках. // Исследование русловых процессов для практики Водного Хозяйства, -М. 1983. С.136-137.

24. Гришанин К.В. Речной поток. -M.-JL: Речиздат, 1952. 140с.

25. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. -Л.: Гидрометеоиздат, 1979,-312с.

26. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русел. -Спб.: Гидрометеоиздат, 1992,182 с.

27. Дарков A.B., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. -М.: Высш. Школа, 1989. -734 с.

28. Дебольский В.К., Дебольская Е.И., Котляков A.B., Коренева В.В. Влияние транзитного транспорта мелкозернистых взвешенных наносов на условия начала деформаций дна руслового потока. //Водные ресурсы, №2, т.27,1999. с. 154-160.

29. О.Дмитриев А.Ф. Гидравлический коэффициент сопротивления заросших русел. Гидравлика и Гидротехника. Респуб.межвед.НТ сборник. Киев, 1974, вып. 18, с.93-98.

30. Добня И.В. Продукция высшей растительности Волжских водохранилищ

31. Первая всесоюзная конференция по высшим водным и прибрежно-водным растениям. №41, 1979. т.38. С.75-80.

32. Долгополова E.H. Коэффициент трения в русловых потоках.//Водные ресурсы, №6, т.27,2000. С. 672-677.

33. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М.: «Машиностроение», 1975. 559 с.

34. Казмирук В.Д. Гидравлические сопротивления высшей водной растительности //Водныересурсы. 1990. -№1. С. 147-154.

35. Караушев A.B. Речная гидравлика. -JL: Гидрометеиздат, 1969. 416 с.

36. Карелис У. Укрепление откосов залужением. -Р. 1973. март с. 46 49.

37. Катышевцева В.Г. Прибрежно-водные и водные растения Брянской области. -М., 1980.

38. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Теория и методы расчета русловых процессов. В кн.: Труды IV Всесоюз.гидролог. Сбор.статьей. -JL: Гидрометеоиздат, 1982, 99 с.

39. Кондратьев Н.Е. Исследование русловых процессов. Сбор.статьей. Под.ред. канд.тех.наук Н.Е. Кондратьева-JI: Гидрометеиздат, 1965. 99 с.

40. Кременецский H.H., Айвазян О.М. Методические указания к выполнению заданий по гидравлическому расчету сооружений. -М.: Изд-ва МГМИ, 1982 75 с

41. Кудрявцев П.И. Коэффициент шероховатости и расчетные зависимости для заросших русел. Техническая помощь производству. -Новосиб. Инж.стр.ин-т., 1952. с.19 -37.

42. Кудряшов А.Ф. Гидравлика русловых и эрозионных процессов. / Рос.гос.гидрометеорол. ин-т. -Спб., 1995. -119 с.

43. Лавренко Е.М. Растительный покров СССР. Пояснительный текст к геоботанической карте СССР. -М.:.: Из-во Акад наук СССР, 1956. 460 с.

44. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений. -JL: «Энергия» Ленингр.отд., 1967. 235 с.

45. Леви И.И. Гидравлика, динамика русловых процессов. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1957.- 252 с.

46. Лобачева М.Е. Биологический метод закрепления сухих откосов гидротехнических сооружений//Гидротехника и Мелиорация. 1980, №11, с.41-42.

47. Лудов В.А. Исследование гидравлических сопротивлений зарастающих водотоков: Дис. .канд. тех. наук. -М., 1981, 141с.

48. Лятхер В.М., Гурин. Гидравлические характеристики потоков над поверхностью покрытой травяной растительностью.//Водные ресурсы, №3, 1978. с. 157-168.

49. Лятхер В.М., Прудовский A.M. Исследование открытых потоков на напорных моделях. -М.: «Энергия» 1971.-288 с.

50. Лятхер В.М., Прудовский A.M. Гидравлическое моделирование. М.: «Энергия» 1971. - 252 с.

51. Маастик A.A. Исследование сопротивления движению воды в открытых призматических руслах. -Тарту, Эстон.с-х. акад., 1959. 30 с.

52. Маастик А., Сепп М. Гидравлические исследования залуженных откосов. Сб НТ Эстонской СХА. Труды кафедры Мелиорации, строит.мех и математики, -Тарту, 1963, Т.31.С.85-92.

53. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. -М., 1955,247с.

54. Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. -М., 1986,264с.

55. Маккавеев Н.И. Эрозионно-аккумуляционные процессы и рельеф русла реки.-М, 1998., 286с.63 .Маккавеев Н.И. Эрозионно-аккумуляционные процессы и рельеф русла реки. -М., 2005., 286с.

56. Масс Е.И. Вопросы гидравлики прибрежной зоны водоемов. В кн.: Заиление водохранилищ и борьба с ним. -М., 1976. С. 224 - 230.

57. Машкилейсон A.A. Исследование равномерности движения жидкости в прямоугольных руслах: Автореф. дисс. .канд. тех. наук. -М., 1970. 15 с.

58. Минютина Г.Ю., Цой Г.А. Зарастание оросительных каналов водным растением//Лесомелиорация, -М., 1983, № 3.

59. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Высшие растения./ Башкир.гос.ун-т. -М. 1998. -175 с.

60. Мирцхулава Ц.Е. Факторы, влияющие на регулирование русел рек. -М., 1974.

61. Мирцхулава Ц.Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости. -М.: «Колос», 1967. 179 с.

62. Мирцхулава Ц.Е. О механизме движения донных наносов и распределение скоростей в придонном слое. -М., 1960.

63. Мирцхулава Ц.Е. Инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии. -М.: «Колос», 1970. 240 с.

64. Мирцхулава Ц.Е. Основы физики и механики эрозии русел. -Л., 1988.

65. Натальчук Ю.М. Динамика естественного переформирования поймы и принципы размещения сети затопляемых лесных полос. -М, 1990., с.110-125.

66. Нгуен Ван Тай. Кинематические характеристики на начальном участке безнапорного потока: Автореф. дисс. .канд. тех. наук. -М., 2001.-22 с.

67. Нгуен Тай. Исследование закономерности равномерного движения воды в заросших руслах: Автореф. дисс. .канд. тех. наук. -М., 1972. 19 с.

68. Панова М.В. Методические указания к выполнению лабораторных работ по гидравлике сооружений -М., 1983. 58 с.

69. Пашкевич В.Ю., Юдин Б.С. Водные растения и жизнь животных. -Новосибирск.: Наука Сибир. отд-е, 1978. 128 с.

70. Печкуров А.Ф., Ревяшко С.К. Зависимость гидравлических элементов водного потока от степени зарастаемости русла. Труды Белорус НИИ мелиорация и водного хозяйства, -М. 1967. т. 15. С. 3-13.

71. Полад-Заде А.П. Статические характеристики шероховатости дна игидравлических сопротивлений каналов: Дис. .канд. тех. наук. -М., 1980. -202 с.

72. Потокин А.Ф. Растительность поймы реки Таз: Автореф. дисс. .канд. биол. наук. -М, 1999. -20 с.

73. Пыркин Ю.Г., Петров В.П., Иванова И.Н., Силаев М.А. Исследование осаждения твердых частиц малой крупности в турбулентном потоке. Сб.статьей МГУ Эрозия почв и русловой процесс. -М., 2000, вып. 12.

74. Раткевич Д.Я, Выручалкина Т.Я., Соломонова И.В. Естественный режим речного стока. //Водные ресурсы. 2003, №2, т.ЗО., с.133-141.

75. Романова Е.И. Роль растительности в переформировании берегов водохранилищ и методика прогноза переработки берегов существующих водохранилищ с недостаточной информацией о фактических величинах размыва: Дис. .канд. геогр. наук. -М., 1979. -260 с.

76. Румянцев И.С., Чалов P.C., Кромер Р., Нестман Ф. Природоприближенное восстановление и эксплуатация водных объектов./Под.ред. И.С.Румянцева. -М.: МГУП, 2001. 287 с.

77. Румянцев И.С., Кромер Р.К. Использование методов инженерной биологии в практике гидротехнического и природоохранного строительства. -М.: МГУП, 2003.- 259 с.

78. Сидорчук А.Ю. Структура рельефа речного русла. / Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях. Тезисы докладов IV Всесоюзной научной конференции. М.: Из-во Моск.ун-та, 1987. С.272-273.

79. Симанович A.B. Гидравлические сопротивления в системе речных русел. -Спб., 2001,132 с.

80. Сметанин В.И. Восстановление и очистка водных объектов. -М.: МГУП, 2003. 137с.

81. Снищенко Б.Ф., Копалиани З.Д. О скорости движения песчаных гряд в реках и лабораторных условиях. Труды ГТИ. 1978, вып.252, с.20-37.

82. Снищенко Б.Ф. Закономерности русловых процессов и принципы прогнозов русловых деформаций. Тезисы докладов IV Всесоюзной научной конференции. -М.: Из-во Моск.ун-та, 1987.

83. Соколов П.Д. Растительные ресурсы. Цветковые растения и их химический состав, использование. -Спб.: Наука С-Петерб. отд-е, 1991. 198 с.

84. Соколов Ю.Н. Отложение наносов на заросшей пойме. -М., 1980.

85. Соколов Ю.Н. Морфологические показатели растительности в связи с исследованием гидравлического сопротивления поймы. Вопр. водного хозяйства. -Минск. 1976. вып.2. С. 97- 105.

86. Соколов Ю.Н. Подвижность и размеры объектов русловых деформаций. Докл.ВАСХНИЛ. -М., 1980. № 8. С.35-37.

87. Ю4.Шагавенко П.И. Биологическое крепление откосов выемок и насыпей канала Северной Донец Донбасс. -М., 1971.

88. Ю5.Шамов Г.И. Режим наносов и деформация речного русла. -Л.: Гидрометеоиздат, 1963. -378 с.

89. Ю9.Шнип С. А. Роль трав в предотвращении водной эрозии откосов.Труды/Белорус. НИИ мелиорации и водного хозяйства. -М., 1979, т.27. С.153 156.

90. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов. Перевод с английского языка И.В.Филимоновой. -М.: Стройиздат, 1969.

91. Эпштейн B.C. Русловые переформирование и транспорт наносов. Реф. обзор, зарубеж. лит-ры. -Л.: Мин-во энергетики СССР, 1973. 49 с. Пб.Юрчук М. Гидравлические характеристики течения в заросших руслах: Дис. .канд. тех. наук. -М., 1987. - с.

92. Bartolome J.M., Allen B.N., Heady H.F. Changes in vegetation. Resource bull. -U.S. Forest service, 1998.,T.PNW-157., p.36-53.

93. Burkham. Hydraulic effects of changes in bottom-land vegetation on three major floods,Gila river in southeastern Arizona. N.York. 1974. Hydraulic effekt. p. J1-J3.

94. Kouwen N., Unny Т.Е. Flexible roughness in open channels., //Journal of the Hydraulics Division, ASCE., 1973, v.99.,N.5., pp. 713-728.

95. Vanta O.Gui, Chris Pada, Gary Parker. Summary numerical simulation of aggradation and down-stream fining.