Математичне моделювання і прогнозування динаміки річкового русла ділянки річки Северський Донець

Анотація

Досліджується течія на ділянці річки Сіверський Донець на території Харківської області на основі даних багаторічних вимірювань профілю русла з кроком 10 см. Геометрія досліджуваної ділянки русла на поверхні Землі визначалася по гідрологічним картками, а профілі поперечних перерізів відновлювалися сплайнами за результатами вимірювань. Аналіз результатів показав варіабельність профілю перерізів відповідно до зміни профілю дна і рівню опадів поточного року. Розроблено математичну модель, що описує параметри потоку в залежності від ухилу і профілю річкового русла. Модель дозволяє розраховувати швидкості потоку, динамічний тиск і в'язке тертя, передбачати еволюцію берегових ліній русла, наявність застійних зон з повільною циркуляцією, прогнозувати динаміку донних заметів і заростання русла. На основі тривимірної моделі течії води в руслі із заданою геометрією проведені чисельні розрахунки методом скінченних елементів. Розраховані швидкості течії і показано наявність відривних застійних зон з повільною циркуляцією, в яких прискорюється заростання русла і погіршення якості води. Розрахунки динамічного тиску і в'язкого тертя показали наявність ділянок з підвищеним тиском, яке може при тривалому впливі руйнувати берегову лінію, сприяти утворенню донних наносів, збільшенню площі застійних зон з повільною циркуляцією. Оскільки в таких випадках у річковій системі присутня система позитивних зворотних зв'язків, які викликають погіршення циркуляції і якості води та не можуть бути зупинені природним шляхом, а вимагають спеціальних інженерно-гідрогеологічних заходів. Розроблена модель дозволяє планувати різні конкретні заходи щодо запобігання розмиву і заростання річок, поліпшення циркуляції і підвищення якості річкових вод шляхом їх внесення у вихідну геометричну модель і кількісну оцінку викликаних ними змін гідродинамічних факторів, що впливають на еволюцію річкового русла.