Введение к работе
Актуальность темы
Урбанизированные территории характеризуются необходимостью удаления загрязнений в больших объемах. Важную часть этих загрязнений составляют сбросы в водостоки, наносы, смываемые с городских территорий всех видов. В состав этих наносов входят как минеральные, так и органические составляющие. Существенной особенностью в России является то, что большая часть года приходится на отрицательные температуры воздуха. Это определяет состояние водного потока в каналах водостоков и городских реках. Имеется ввиду то обстоятельство, что водный поток кроме наносов в своем составе имеет значительное количество снеговой массы или шуги.
В настоящее время имеется значительное количество работ, в которых рассмотрены проблемы транспорта наносов как потоком без наличия в нем взвешенных наносов, так и потоком с большим их содержанием. Однако известно, что в процессах обмена в потоке существенная роль принадлежит физическим характеристикам водного потока, в частности турбулентной вязкости жидкости.
Наличие снеговой массы и шуги значимо изменяют указанные выше характеристики потока. В связи с этим меняется транспортирующая способность потока, что в отдельных случаях приводит к катастрофическим последствиям – заторам в каналах водостока. Имеются данные о возникновении таких ситуаций в Мосводостоке и в Санкт-Петербуржском водостоке. Более того, известны случаи возникновения таких катастрофических ситуаций в Канаде (Монреаль) и Норвегии (Тромсе).
Несмотря на то, что снеговая масса, отправляемая в водосток, предварительно растапливается, кинематическая вязкость жидкости значительно превышает обычные значения принимаемые в расчетах.
Это в существенной мере определяет способность потока переносить поступающие в водосток и городские реки наносы.
Таким образом рассмотрение переноса наносов в сооружениях, обеспечивающих комфортное состояние селитебных территорий является актуальной проблемой.
Постановка задачи
Поскольку транспорт наносов водными потоками на урбанизированных территориях осуществляется посредством переноса частиц, как в городских реках, так и в сооружениях водостока (причем часто городские реки по существу являются объектом водостока в закрытом коллекторе, как, например, реки Неглинка, Каховка, Хохловка и др. в городе Москве), то необходимо отдельное рассмотрение следующих процессов:
-
Процессы переноса в условиях температуры воды близкой к 0С и содержащей некоторое количество снега (снежуры), шуги в различных условиях: открытый поток, поток покрытый льдом, напорный поток.
-
Учитывая различные условия поступления наносов в водотоки, в сезоны: конец осени – начало зимы, зима, конец зимы – начало весны, необходимо рассмотреть эти особенности в отношении характера транспорта наносов. Здесь имеется ввиду перенос только донных наносов, а в условиях водостоков может иметь место дефицит наносов, перенос наносов только во взвешенном состоянии, также применительно к водостокам и транспорт как донных, так и взвешенных наносов в последних из отмеченных сезонов.
-
Исключительно в зимний период также очевидна и, как будет показано ниже, отмечается наблюдениями, существенная изменчивость поступления в водотоки наносов в зависимости от интенсивности осадков в виде снега, продолжительности оттепелей. В связи с этим необходимы рассмотрения транспорта наносов в водотоках в условиях этой внутрисезонной изменчивости.
Цель
Целью выполненного исследования было выявление закономерностей формирования транспорта наносов в зимний период и разработка соответствующих моделей транспорта наносов на основе анализа существующих и полученных новых данных натурных и лабораторных исследований.
Задачи
В задачи исследования входило:
сравнительный анализ существующих методов расчета транспорта наносов в открытых потоках без наличия взвешенных, с большим их содержанием и дефицитом наносов;
натурные исследования транспорта наносов в открытых потоках;
экспериментальные исследования в лабораторных условиях, как в открытых, так и покрытых имитацией льда потоках;
анализ формирования транспорта наносов в зимний период и разработка моделей для их расчета.
Научная новизна работы
Заключается в следующем:
полученные новые данные натурных исследований процессов обмена и переноса в открытых потоках в зимний период;
получены новые экспериментальные данные в лабораторных исследованиях в открытых и покрытых имитацией льда потоках;
выявлены новые закономерности транспорта наносов в зимний период;
разработаны модели транспорта наносов водными потоками на урбанизированных территориях в зимний период, учитывающие неравномерное и нестационарное поступление наносов с урбанизированных территорий.
Практическая значимость
Практическая значимость работы определяется возможностями применения полученных новых закономерностей и разработанных моделей к управлению водным режимом урбанизированных территорий в зимний период.
Достоверность результатов исследования
Достоверность результатов исследования подтверждается результатами натурных и экспериментальных исследований с использованием существующих апробированных методов измерений, использованием известных физических предпосылок, положенных в основу моделей, положительными результатами сравнения натурных и экспериментальных исследований.
Апробация работы
Основные результаты работы опубликованы в 2-х статьях (журнал Водные ресурсы), в тезисах на VI Конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей» Москва, 2004г., UNESCO IHP VI Workshop «Integrated urban water management in cold climate» Трондхейм, 2005г., «Маккавеевские чтения» Москва, 2006г., Всероссийской конференции «Ледовые и термические процессы на водных объектах России» Архангильск, 2007г., а так же в докладе на Десятом Международном Симпозиуме по речным наносам (10-th ISRS) Москва, 2007г.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 135 наименований и приложения. Полный объем диссертации составляет 163 страницы, включая 38 рисунков и 26 таблиц.
