Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок

Розглянуто механізм саморегулювання ерозійно-акумулятивних процесів у річкових дельтах. Запропонована математична модель динамічно врівноваженої дельти. Розроблено алгоритм та наведені результати рішення задачі перерозподілу витрат води й наносів із метою стабілізації рукавів дельти р. Терек....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2002
Автор:	Куценко, М.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Кримський науковий центр НАН України і МОН України 2002
Назва видання:	Культура народов Причерноморья
Теми:	Точка зрения
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75698
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок / М.В. Куценко // Культура народов Причерноморья. — 2002. — № 33. — С. 219-224. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-75698
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-756982015-02-02T03:01:40Z Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок Куценко, М.В. Точка зрения Розглянуто механізм саморегулювання ерозійно-акумулятивних процесів у річкових дельтах. Запропонована математична модель динамічно врівноваженої дельти. Розроблено алгоритм та наведені результати рішення задачі перерозподілу витрат води й наносів із метою стабілізації рукавів дельти р. Терек. 2002 Article Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок / М.В. Куценко // Культура народов Причерноморья. — 2002. — № 33. — С. 219-224. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 1562-0808 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75698 uk Культура народов Причерноморья Кримський науковий центр НАН України і МОН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Точка зрения Точка зрения
spellingShingle	Точка зрения Точка зрения Куценко, М.В. Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок Культура народов Причерноморья
description	Розглянуто механізм саморегулювання ерозійно-акумулятивних процесів у річкових дельтах. Запропонована математична модель динамічно врівноваженої дельти. Розроблено алгоритм та наведені результати рішення задачі перерозподілу витрат води й наносів із метою стабілізації рукавів дельти р. Терек.
format	Article
author	Куценко, М.В.
author_facet	Куценко, М.В.
author_sort	Куценко, М.В.
title	Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок
title_short	Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок
title_full	Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок
title_fullStr	Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок
title_full_unstemmed	Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок
title_sort	управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок
publisher	Кримський науковий центр НАН України і МОН України
publishDate	2002
topic_facet	Точка зрения
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75698
citation_txt	Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок / М.В. Куценко // Культура народов Причерноморья. — 2002. — № 33. — С. 219-224. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.
series	Культура народов Причерноморья
work_keys_str_mv	AT kucenkomv upravlínnâerozíjnoakumulâtivnimirocesamiudelʹtahríčok
first_indexed	2025-07-05T23:57:21Z
last_indexed	2025-07-05T23:57:21Z
_version_	1836853328240181248
fulltext	Куценко М.В. УПРАВЛІННЯ ЕРОЗІЙНО-АКУМУЛЯТИВНИМИ ПРОЦЕСАМИ У ДЕЛЬТАХ РІЧОК Розглянуто механізм саморегулювання ерозійно-акумулятивних процесів у річкових дельтах. За- пропонована математична модель динамічно врівноваженої дельти. Розроблено алгоритм та наве- дені результати рішення задачі перерозподілу витрат води й наносів із метою стабілізації рукавів дельти р. Терек. Локальні руслові процеси, які пов’язані з гідродинамічними особливостями взаємодії водних потоків із річищами, проявляються на фоні загальних тенденцій до ерозії чи акумуляції у межах певних термінів часу. Ці тенденції контролюються співвідношеннями характеристик потоку та річища, що забезпечують загальне прагнення до врівноваженого балансу наносів [3]. Врівноважений режим є бажаним для госпо- дарської діяльності та екологічно сприятливого стану водних біогеоценозів. Але такий режим є характер- ним тільки для середніх частин флювіальних систем, в той час як на верхніх ділянках долин переважає ерозія, а біля гирла – акумуляція. Дельта річки не може бути стійкою у природних умовах, тому що існує позитивний зворотний зв’язок процесу акумуляції з морфологією створюваного ним флювіального рельє- фу. Особливості функціонування дельтових геосистем Як показали М.І.Маккавєєв і Р.С.Чалов [2] просторова стійкість деревоподібної структури флювіаль- ної мережі пояснюється ступеневою залежністю транспортуючої спроможності потоку від витрат води. Якщо показник ступеню при витратах більше одиниці, що характерно для річок, то при інших рівних умо- вах потік має більшу транспортуючу спроможність ніж сума транспортуючих спроможностей його прито- ків. Недонавантаження потоку наносами веде до ерозії і просторової стабілізації його річища. Така ж за- лежність є причиною просторової нестійкості дельт. Розтікання річища на рукави є наслідком і, одночас- но, важливою причиною акумуляції, тому що веде до зменшення сумарної транспортуючої спроможності потоків. При цьому загальна тенденція перебудови морфології геосистеми для забезпечення її динамічної рівноваги зберігається, але до кінця такий стан не досягається. Аналіз ерозійно-акумулятивних процесів показав, що в дельті спостерігається 2 головні тенденції - прогресивна й регресивна акумуляція. Перша обумовлена втратою енергії при впадінні річки у водойми- ще, а друга пов’язана із зменшенням ухилів у середній і верхній частинах акумулятивних форм рельєфу. Співвідношення між обома видами акумуляції підтримується у певному режимі шляхом саморегулювання ухилів річища. Чим інтенсивніше відбувається прогресивна акумуляція – тим швидше зменшується ухил пригирлової частини річища, що стимулює регресивну і зменшує прогресивну акумуляцію. Регресивна акумуляція веде до збільшення ухилу в нижній та його зменшенню у верхній частині створюваної акуму- лятивної форми рельєфу. Це обмежує накопичення наносів і сприяє їх транспортуванню вниз за течією, тобто - збільшує інтенсивність прогресивної акумуляції. Унаслідок взаємодії річки із флювіальним рельє- фом відбувається просторово-часова диференціація ерозійно-акумулятивних процесів, яка прагне забезпе- чити врівноважений баланс. В умовах переважної акумуляції наноси витискають потоки з річищ, які під- вищуються над прилеглою місцевістю. Перш ніж ухили річищ набувають такого узгодження з характерис- тиками потоків, яке забезпечує врівноважений баланс, відбувається ускладнення структури дельти. Тому й виникає проблема цілеспрямованого управління ерозійно-акумулятивними процесами для підтримки врів- новаженого стану річкових дельт. До посилення акумуляції веде, з одного боку, ділення річища на рука- ви, з іншого – збільшення їх довжини за рахунок прогресивної акумуляції. У першому випадку діє нелі- нійний зв’язок транспортуючої спроможності потоку з витратами води, у другому – зменшення ухилу рі- чища біля гирла. Для стабілізації просторового положення рукавів дельти, необхідно проводити роботи по їх обвалуванню. При цьому треба задавати річищу такий ухил, який забезпечить врівноважений баланс наносів. Заглиблення дна річища в межах дельти не принесе користі, оскільки буде стимулювати подаль- шу акумуляцію. Для оптимізації таких робіт нами розроблена балансова модель динамічної рівноваги дельт. Математична модель динамічно врівноваженої дельти Дельта ріки є відкритою системою з відомим одним входом і певною кількістю невідомих виходів. Вхід задається витратами наносів через витрати води й ухил, і - враховується у моделі обмеженням 2-го роду. На виходах задаються граничні умови 1-го роду у вигляді висот базису ерозії, які у загальному випа- дку змінюються у часі. Як відомо, у стані динамічної рівноваги транспортуюча спроможність потоку дорівнює фактичним витратам наносів. В умовах дельт склад наносів, витрати води й загальні ухили за окремими рукавами де- льти можна вважати постійними за довжиною. Тому математична модель структури дельти представляє собою систему рівнянь, які враховують дискретні зміни витрат води та наносів за рукавами. В основу цих рівнянь покладена відома залежність витрат наносів від витрат води та ухилів (Маккавеев, Чалов, 1986): IQkr βα = , (1) де r - витрати наносів; k - коефіцієнт; Q - витрати води; I - ухил. Для дельти річки Терек, структура якої показана на рисунку, система рівнянь має вигляд: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )            − + − = − − + − = − − + − = − RR HH RR HH RR HH RR HH RR HH RR HH RR HH RR HH RR HH 6,3 min3 5,3 min3 3,2 32 3,2 32 4,2 min2 2,1 21 7,1 min1 2,1 21 1,0 10 βββ βββ βββ (2) В цих рівняннях: H i - висота відповідного вузла дельти; H min - висота базису ерозії; RR ji , розрахо- вується за формулою: Q l RR ji ji ji α β , , , = , де l ji , - довжина рукава; Q ji , - витрати води в ньому. HHHHH min7654 ==== . Рисунок Граф структури дельти р. Терек 0,1,2,...,7 – номери вершин графу. Стрілками показані напрямки течії 12 - Батмаклінський ;34 - Кубякінський;56 - Куні ;57 – Головний рукав Універсального аналітичного рішення подібні системи рівнянь не мають. Тому ми розробили алго- ритм дискретного моделювання системи динамічно врівноважених профілів дельти будь-якої структури. Алгоритм розрахунку системи врівноважених профілів дельти такий: 1. Розраховуємо ухил річища, який забезпечує врівноважений транспорт наносів на вході системи: 2. ( )QRR r I 0 0 1 0 1 βα β       = Цей ухил приписуємо всім рукавам дельти та розраховуємо висоти в її вузлах: lIHH jiji ,0+= , де ji, - номери створів вузлів, причому ji < . 3. Виходячи з розрахункового ухилу та відомих витрат води, перевіряємо: чи виконується баланс нано- сів у верхньому вузлі дельти. 0 1 3 2 4 5 6 7 4. Якщо rrr jimjnj ,,, ≠+ , де r ji , - витрати наносів на вході; r nj , і r mj , - витрати наносів на виході з вузла, то при колишніх значеннях висот суміжних, розташованих нижче вузлів ділення дельти, розра- ховуємо у даному вузлі висоту H j ' , при якій виконується рівняння балансу наносів у вузлі j . 5. Для збереження розрахованих раніше ухилів, які забезпечують врівноважений баланс, до всіх, розра- хованих раніше, висот, вище розташованих вузлів, додаємо величину: HHH jjj '−=∆ 6. Якщо rrr jimjnj ,,, =+ , то H j лишаємо незмінним. 7. Таку процедуру розрахунків виконуємо для кожного вузла дельти, послідовно зверху вниз. “Стійкий“ ухил рукавів, які закінчуються у морі, не співпадає з фактичним. Використовуючи його, знаходимо прогнозні значення довжин цих рукавів, які забезпечують врівноважений баланс наносів: lll jijiji ∆+= ,, ' , ; I H l ji j ji , , =∆ На основі цього алгоритму була складена програма на ЕОМ. Результати розрахунків показали, що по- хибка моделювання профілів рукавів дельти, які забезпечують врівноважений баланс наносів, складає скг10 4− . Подібні розрахунки дають можливість прогнозувати інтенсивність акумулятивних процесів і можуть бути основою для проектування висот дамб для закріплення рукавів дельт. Прогресивна акумуляція, яка веде до висунення дельти в море, знаходиться у прямій залежності від витрат наносів. Швидкість такого висунення для єдиного річища більша ніж швидкість висунення цього ж річища, поділеного на рукави. Тобто – чим менша кількість рукавів тим більш інтенсивною стає прогре- сивна акумуляція. З іншого боку, ділення річища на рукави стимулює регресивну і зменшує прогресивну акумуляцію. Це дає можливість ставити й вирішувати задачі пошуку структури дельти, яка оптимально регулює обидва види акумуляції. Для вирішення такого типу задач необхідно мати надійні залежності швидкостей висунення рукавів дельти від витрат наносів. У найпростішому випадку такі залежності ма- ють вигляд [1]       − = l HH QKU ji ji jiji , ,, β α , де constK = ; l ji , - початкові довжини рукавів, які впадають безпосередньо в море. Використовуючи початкові умови, можна розрахувати баланси наносів та акумуляцію у вузлах де- льти для різних варіантів її структури. Оптимальним буде варіант, який забезпечує мінімальну регресивну акумуляцію. Алгоритм оптимізації перерозподілу витрат води і наносів для підтримки врівноваженого стану де- льти річки Для стабілізації транспорту наносів поряд з оптимізацією структури дельт доцільно також управляти перерозподілом витрат води в її рукавах. Розглянемо алгоритм вирішення такої задачі на прикладі дельти р. Терек. Згідно з дослідженнями М.І.Алєксєєвського і В.М.Михайлова (1983) ухили, які забезпечують врівноважений транспорт наносів у дельті цієї річки можна розрахувати за допомогою формули: Q rKI 43 = , де 109 5= −K ; r - витрати наносів; Q - руслоформуючі витрати води. Звідси: ( ) RR HH r ji ji ji , 34 , − = , де ji, - номери вузлів, суміжних відповідному рукаву дельти;     = Q lK RR ji ji 34 , , ; l - відстань між вузлами ji, . Витрати води, витрати наносів , ухили та довжина рукавів показані у таблиці 1, яка представляє собою матрицю суміжностей. Розрахунки починаємо від базису ерозії, висота якого є відомою. У даному прикладі: HHHHH min4762 ==== Висоту кожного вузла дельти можна знайти з 2-х рівнянь, наприклад: ( ) r RR HH 6,5 6,5 min5 34 = − (3) ( ) r RR HH 7,5 7,5 min5 34 = − (4) В таблиці 1 IlQr ,,, - відповідно витрати наносів ( скг ), витрати води ( см 3 ), довжина ( км ) і ухил між відповідними елементами структури. У першому рядку треба читати номер вершини графа, в якій потік починається, а у першому стовпчику – номер вершини, в якій він закінчується. За допомогою даних таблиці розраховуємо шляхом лінійної інтерполяції значення висот у кожному вузлі дельти. Вико- ристовуючи ці значення, а також рівняння (3) і (4) розраховуємо r 6,5 і r 7,5 . Далі розраховуємо відхилення цих теоретичних значень витрат від фактичних. Якщо ці відхилення не перевищують 3% , то рукави хара- ктеризуються динамічною рівновагою, якщо перевищують, то такої рівноваги немає. Таблиця №1. Матриця суміжностей графу, який відображує структуру дельти р. Терек 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 1762=r 267=Q 0,1=l 2 438=r 69=Q 7,8=l 1017 5−=I 3 1324=r 198=Q 3,0=l 106 5−=I 4 66=r 11=Q 1,8=l 1099 5−=I 5 1258=r 187=Q 6,0=l 106 5−=I 6 65=r 11=Q 3,6=l 1097 5−=I 7 1258=r 187=Q 6,0=l 106 5−=I Таблиця №2. Результати розрахунків параметрів для стабілізації дельти р. Терек 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 06,263 −=H 4,0=∆r 3 06,263 −=H 3,0=∆r 4 11,263 −=H 4,17=∆r 5 11,263 −=H 2,2=∆r 6 2,263 −=H 0,0=∆r 7 2,263 −=H 7,0=∆r У таблиці 2 показані результати розрахунків висот у метрах і відхилень теоретичних і фактичних ви- трат наносів у %. Як видно з таблиці нестійким є вузол 3 дельти р. Терек, бо максимальне відхилення. тео- ретичних та фактичних витрат тут складає 17,4%. Це означає, що вздовж рукава 3,4 (Кубякінський) відбу- вається найбільш інтенсивне відкладання наносів. Інші рукави дельти характеризуються стабільним поло- женням. Наші розрахунки показали, що для підтримки динамічної рівноваги дельти необхідно витрати во- ди у Кубякінському рукаві збільшити з 11 см3 до 13 см3 . При цьому відхилення фактичних витрат наносів від теоретичних складатиме 0,2%. Можна також, лишаючи незмінними витрати води, зменшити мутність з 6,0 мкг 3 до 5,1 мкг 3 . Список літератури 1. Алексеевский Н.И., Михайлов В.Н. теоретические схемы русловых переформирований на устьевых участках рек и их применение в дельте Терека // Водные ресурсы бассейна реки Терек и их использо- вание. – Ростов н/Д, 1983. – С. 79 – 91. 2. Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. Русловые процессы. – М.: Изд-во МГУ, 1986. – 264 с. 3. Московкин В.М., Куценко Н.В. Моделирование выработанного профиля речной долины с помощью уравнения баланса наносов // Геоморфология. – 1983. - № 3. – с.48 – 55.

Управління ерозійно-акумулятивними роцесами у дельтах річок

Репозитарії

Схожі ресурси