DOI: https://doi.org/10.32347/2411-4049.2020.3.78-93

Фізичне моделювання розмиву донних заглиблень

Iryna M. Gorban, Anna S. Korolova, Georgiy P. Sokolovsky, Pavlo Y. Romanenko, Stepan M. Srebnyuk

Анотація


Виконане фізичне моделювання морфологічних процесів, зумовлених розмивом великих донних заглиблень (піщаних кар’єрів) потоком води. Режим течії в лабораторному каналі вибирався таким чином, щоб ініціювати рух наносів на піщаному дні. Показано, що створені умови сприяють появі та розвитку природних форм донної поверхні, а саме – гряд. Заглиблення, що досліджувалися, розташовувалися поперек каналу та мали трикутну і трапецієподібну форми у перерізі. Отримано, що в результаті відкладення наносів на верховому укосі та розмиву низового укосу змінюється поздовжній профіль нерівності та відбувається її переміщення вниз за течією. При цьому мають місце деформація природних форм донної поверхні та дестабілізація стоку наносів. Аналіз показав, що переформування дна при взаємодії потоку рідини з донним заглибленням є досить тривалим процесом, який залежить від співвідношення розмірів і форми заглиблення з обсягом стоку наносів. Дане дослідження може бути основою для розробки інженерних рішень щодо зменшення впливу великих піщаних кар’єрів на еволюцію потоку в природних водоймах та попередження техногенних аварій, зумовлених взаємодією піщаних кар’єрів з гідротехнічними спорудами.

Ключові слова


розмив; транспорт наносів; піщані гряди; донні заглиблення

Повний текст:

PDF

Посилання


van Rijn, L. C. (1984). Sediment transport, Part I: Bed load transport. Journal of Hydraulic Engineering, 110 (10), 1431-1456.

Wiberg, P. L., & Smith, J. D. (1987). Calculation of the critical shear stress for motion of uniform and heterogeneous sediments. Water Resources Research, 23 (8), 1471-1480.

Papista, E., Dimitrakis, D., & Yiantsios, S. G. (2011). Direct numerical simulation of incipient sediment motion and hydraulic conveying. Ind. Eng. Chem. Res., 50, 630-638. https://doi.org/10.1021/ie1000828

Simões, F. J. M. (2014). Shear velocity criterion for incipient motion of sediment. Water Science and Engineering, 7(2), 183–193. https://doi.org/10.3882/j.issn.1674-370.2014.02.006

Buffington, J. M., & Montgomery, D. R. (1997). A systematic analysis of eight decades of incipient motion studies, with special reference to gravel-bedded rivers. Water resources research, 33 (8), 1993-2029.

Beheshti, A. A., & Ataie-Ashtiani, B. (2008). Analysis of threshold and incipient conditions for sediment movement. Coastal Engineering, (55), 423-430. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2008.01.003

Marsh, N. A., Western, A. W., & Grayson, R. B. (2004). Comparison of methods for predicting incipient motion for sand beds. Journal of Hydraulic Engineering, 130 (7), 616-621.

Cheng, N. S. (2004). Analysis of bedload transport in laminar flows. Advances in Water Resources, 27 (9), 937-942. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2004.05.010

Camenen, B., & Larson, M. (2005). A general formula for non-cohesive bed load sediment transport. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 63, 249-260. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2004.10.019

Ouriemi, M., Aussillous, P., Medale, M., Peysson, Y., & Guazzelli, E. (2007). Determination of the critical Shields number for particle erosion in laminar flow. Physics of Fluids, 19, 061706, 1-4. https://www.doi.org/10.1063/1.2747677

Talukdar, S., Kumar, B., & Dutta, S. (2012). Predictive capability of bedload equations using flume data. J. Hydrol. Hydromech., 60, 45-56. https://doi.org/10.2478/v10098-012-0004-5

Chiew, Y.-M., & Parker, G. (1994). Incipient sediment motion on nonhorizontal slopes. Journal of Hydraulic Research, 32 (5), 649-660. https://doi.org/10.1080/00221689409498706

Dey, S., & Debnath, K. (2000). Influence of streamwise bed slope on sediment threshold under stream flow. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 126 (4), 255-263. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2000)126:4(255)

Emadzadeh, A., Chiew, Y.-M., & Afzalimehr, H. (2010). Effect of accelerating and decelerating flows on incipient motion in sand bed streams. Advances in Water Resources, 33, 1094-1104. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2010.06.014

Talebbeydokhti, N., Hekmatza Deh, A. A., & Rakhshandehroo, G. R. (2006). Experimental modeling of dune bed form in a sand-bed channel. Iranian Journal of Science & Technology, 30 (B4), 503-516.

Langlois, V., & Valance, A. (2007). Initiation and evolution of current ripples on a flat sand bed under turbulent water flow. Eur. Phys. J., 22, 201-208. https://doi.org/10.1140/epje/e2007-00023-0

Tjerry, S., & Fredsøe, J. (2005). Calculation of dune morphology. Journal of Geophysical Research, 110, F04013, 1-13. https://doi.org/10.1029/2004JF000171

Sukhodolov, A.N., Fedele, J.J., & Rhoads, B.L. (2006). Structure of flow over alluvial bedforms: an experiment on linking field and laboratory methods. Earth Surface Processes and Landforms, 31, 1292-1310. https://doi.org/10.1002/esp.1330

Giri, S., & Shimizu, Y. (2006). Numerical computation of sand dune migration with free surface flow. Water Resources Research, 42, W10422, 1-19. https://doi.org/10.1029/2005WR004588

Paarlberg, A. J., Marjolein Dohmen-Janssen, C., Hulscher, S. J. M. H., & Termes, P. (2009). Modeling river dune evolution using a parameterization of flow separation. Journal of Geophysical Research, 114, F01014, 1-17. https://doi.org/10.1029/2007JF000910

Nabi, M., de Vriend, H. J., Mosselman, E., Sloff, C. J., & Shimizu, Y. (2013). Detailed simulation of morphodynamics: 3. Ripples and dunes. Water Resources Research, 49, 1-14. https://doi.org/10.1002/wrcr.20457

Grigoriadis, D. G. E., Balaras, E., & Dimas, A. A. (2009). Large-eddy simulations of unidirectional water flow over dunes. Journal of Geophysical Research, 114, F02022, 1-19. https://doi.org/10.1029/2008JF001014

Chang, K., & Constantinescu, G. (2013). Coherent structures in flow over two-dimensional dunes. Water Resources Research, 49, 2446-2460. https://doi.org/10.1002/wrcr.20239

Jensen, J. H. (2001). Sediment transport and backfilling of trenches in oscillatory flow. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 127 (5), 272-281. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-950X(2001)127:5(272)

Horban, I.M. (2015). Numerical modeling of the evolution of large-scale inequalities on the river bottom. Prykladna hidromekhanika, 17 (89). (in Ukrainian)

Jufin, A. P. (1974). Hydromechanization. M.: Strojizdat. (in Russian)

USACE Sedimentation investigations of rivers and reservoirs. (1995). Washington, DC: U.S. Army Corps of Engineers. EM 1110-2-4000.

Chanson, H. (2004). The Hydraulics of Open Channel Flow: An Introduction. Oxford, UK: Elsevier Butterworth-Heinemann.

Allen, J. R. L. (1970). Physical processes of sedimentation. London: George Allen & Unwin Ltd.

Kleinhans, M. G. (2004). Sorting in grain flows at the lee side of dunes. Earth-Science Reviews, 65, 75-102. https://doi.org/10.1016/S0012-8252(03)00081-3

Goncharov, V.N. (1962). Dynamics of channel flows. Leningrad: Gidrometeorologicheskoe izd-vo. (in Russian)

Borovkov, V.S. (1989). Channel processes and dynamics of river flows in urban areas. Leningrad: Gidrometeoizdat. (in Russian)

Dobycha nerudnyh stroitel'nyh materialov v vodnyh ob#ektah. Uchet ruslovogo processa i rekomendacii po proektirovaniju i jekspluatacii ruslovyh kar'erov. (2012). STO 52.08.31–2012. (Standart organizacii). Sankt-Peterburg: Izd-vo «Globus». Retrieved from http://www.twirpx.com/file/890305/. (in Russian)


Метрики статей

Завантаження метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Copyright (c) 2020 Iryna M. Gorban, Anna S. Korolova, Georgiy P. Sokolovsky, Pavlo Y. Romanenko, Stepan M. Srebnyuk

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN (онлайн-версії) - 2616-2121
ISSN (друкованої версії) - 2411-4049