Изменение уровенного режима рек под воздействием антропогенных нагрузок

Основные результаты, полученные в диссертационной работе сводятся к следующему:

1. Выполнен анализ причин возникновения экологической напряженности на ряде рек. Подтверждено, что на свободных реках и на реках с зарегулированным стоком работы по поддержанию судоходных условий и разработке русловых карьеров НСМ определяют разномасштабное, но однонаправленное негативное воздействие на уровенный режим рек на фоне кардинального изменения их руслового и гидрологического режимов.

2. Проанализированы современные подходы к оценке гидравлических сопротивлений естественных русел и даны рекомендации по применению предложенных зависимостей их определения путем решения обратной задачи речной гидравлики.

3. Выявлены причины возникновения нештатных ситуаций на водозаборах, расположенных в нижнем бьефе регулирующих гидроэлектростанций. На примере Новосибирского водохранилища выполнен анализ регулирования водных ресурсов в период неблагоприятных по водности лет, который показал, что колебания уровней могут существенно превышать среднесуточные значения, регламентированные «Временными правилами.».

4. Выполнен ретроспективный анализ уровенного режима водного потока в условиях неустановившегося движения, основывающийся на современных средствах математического моделирования, что позволило оценить степень влияния суточного регулирования стока р. Оби в нижнем бьефе Новосибирской ГЭС на условия работы водозаборов и подтвердило возможность нарушения их устойчивого функционирования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций выполненных исследований основывается на использовании фундаментальных законов механики и апробированных методах математического моделирования нестационарных гидродинамических процессов в речных руслах и каналах.

Научная новизна работы:

— обоснован выбор зависимостей для оценки гидравлических сопротивлений естественных русел рек, находящихся в свободном состоянии и с зарегулированным стоком;

— обосновано использование зависимостей для оценки гидравлических сопротивлений водных потоков с ледяным покровом в условиях суточного регулирования стока;

— доказано, что последствия разработки русловых карьеров НСМ являются причиной нарушения возникновения нештатных ситуаций на речных водозаборах, что усугубляется неравномерностью суточных сбросных расходов ГЭС;

Практическая ценность работы заключается в том, что расчет почасового изменения отметок уровней свободной поверхности одновременно у водозаборов и на гидропостах, позволит составить контрольные графики для прогнозирования временных «провалов» (понижения) уровней воды непосредственно у водозаборов, которые могут быть использованы при составлении «Правил эксплуатации водных ресурсов водохранилищ.» и избежать перебоев в водоснабжении города в период катастрофического маловодья. На основании проведенных исследований может быть оценен ущерб, возникающий в результате срывов проектных уровней на водозаборных сооружениях вследствие неравномерных попусков ГЭС, а также обосновать мероприятия по обеспечению безаварийной работы городских водозаборных сооружений.

Полученные результаты использованы при составлении детальной технической записки, касающейся гидрологической, русловой и гидравлической оценки условий работы городских водозаборов НФС-1 и НФС-5 на реке Оби с целью обоснования мероприятий по их реконструкции, что выполнено для проектного института «Сибгипрокоммунводканал», разрабатывающего ТЭО реконструкции водозаборов НФС-1 и НФС-5 в г. Новосибирске.

Апробация работы: содержание диссертации докладывалось на научных конференциях и семинарах Института водных и экологических проблем СО РАН, профессорско-преподавательского состава.

Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) (1996 — 2005 гг) — на научно-практической конференции «Спассиб» (2003, 2004 г).

Результаты предварительных расчетов использованы при составлении технической записки «Гидрологическая, русловая и гидравлическая оценка условий работы городских водозаборов НФС-1 и НФС-5 на реке Оби и обоснование мероприятий по их реконструкции», для проектного института «Сибгипрокоммунводканал» для включения в ТЭО реконструкции водозаборов НФС-1 и НФС-5 в г. Новосибирске.

Проект, выполненный по теме диссертации, участвовал в конкурсе грантов для аспирантов и молодых ученых НГ АСУ (Сибстрин), проводивпшмся совместно администрацией Новосибирской области и НГАСУ (Сибстрин), и был удостоен дипломом первой степени.

Публикации: основное содержание диссертации изложено в 7 работах. Из них 1 статья в журнале «Известия вузов. Строительство" — 2 статьи в «Трудах НГАСУ" — 2 статьи в журнале «Сибирский научный вестник" — тезисы докладов опубликованы в материалах научно-практических конференций «Спассиб».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящей работе в соответствии с основными целями диссертации были проведены комплексные исследования по оценке влияния активных техногенных факторов таких, как регулирование речного стока, разработка обводненных карьеров НСМ и дноуглубительные работы на русла рек и их влияния на гидрологический и русловой режимы. Проведен анализ причин нарушения безаварийной работы водохозяйственных объектов — водозаборов, расположенных в нижнем бьефе Новосибирского гидроузла. Решение этих задач позволяет обосновать мероприятия для обеспечения устойчивого функционирования природно-техногенных комплексов, расположенных в бассейнах свободных и зарегулированных рек.

1.М. Сравнительная оценка современных формул по расчету коэффициента Шези /О.М. Айвазян// Гидротехника и мелиорация. — 1979. -№ 11. — С.25−31.

2. Альтшуль А. Д. Гидравлические сопротивления / А. Д. Альтшуль. М.: Недра, — 1980. -С.55−114.

3. Атавин А. А. Гидродинамические процессы в судопропускных сооружениях / А. А. Атавин, О. Ф. Васильев, А. П. Яненко. Новосибирск: Наука.-1993.-101с.

4. Атавин А. А. Методы расчета неустановившихся течений в системах открытых русел и каналов / А. А. Атавин, О. Ф. Васильев, А. Ф. Воеводин // Численные методы механики сплошной среды. 1975. — Т. 6. — № 4 — С. 21 — 30.

5. Атавин А. А. О разрывных течениях в открытых руслах / А. А. Атавин, М. Т. Гладышев, С. М. Шугрин // Динамика сплошной среды. СО АН СССР. Инт Гидродинамики. 1975. — Вып. 22. — С. 37 — 64.

6. Атавин А. А. Расчёт неустановившегося течения воды в разветвлённых системах речных русел или каналов / А. А. Атавин // Динамика сплошных сред. Вып. 22: Сб. Новосибирск: СОАН СССР — 1975. — С. 32−45.

7. Бейром С. Г. Изменение природных условий на средней Оби после создания Новосибирской ГЭС / С. Г. Бейром, Н. В. Вострякова, В. М. Широков. -Новосибирск: Недра, 1973 231 с.

8. Белоконь П. Н. Инженерная гидравлика потока под ледяным покровом / П. Н. Белоконь. -М.- JLГосэнергоиздат. 1940. — 160с.

9. Беркович К. М. Развитие русла среднего и нижнего Днестра в условиях антропогенной нагрузки / К. М. Беркович, JI.B. Злотина, В. В. Иванов и др.// Экологические проблемы эрозии почв и русловых процессов. Изд-во МГУ.-1992.-С.141−165.

10. Беркович К. М. Экологическое русловедение / К. М. Беркович, Р. С. Чалов, А. В. Чернов М.: Стройиздат, 2000. — 254 с.

11. Букреев В. И. О критических скоростях и глубинах при неравномерном установившемся течении в открытом канале / В. И. Букреев // Водные ресурсы. 2004. — Т.31. — № 1. — С. 40 — 45.

12. Бутягин И. П. Толщина и структура ледяного покрова р. Оби / И.П.Бутягин//Труды ЗапсибФАН, вып. 7. Новосибирск, 1958. — С. 5−20.

13. Васильев О. Ф. Математическое моделирование гидравлических и гидрологических процессов в водоемах и водотоках (обзор работ, выполненных в Сибирском отделении РАН) / О. Ф. Васильев // Водные ресурсы. 1999. — Т. 26, № 5.-С. 600−611.

14. Виноградова Н. Н. Влияние изменений гидрологического режима и хозяйственной деятельности на состояние русла реки Оби в нижнем бьефе Новосибирской ГЭС / Виноградова Н. Н, Рулева С. Н. // Вестник МГУ. География. 1982. — Сер.5. -№ 1.-С.38−44.

15. В. С. Кнороз Влияние макрошероховатости русла на его гидравлическое сопротивление/ Кнороз B.C.// Изв.ВНИИГ.-1959.-Т.62. С.75−96.

16. Воеводин А. Ф. Численные методы расчета одномерных систем / А. Ф. Воеводин, С. М. Шугрин. Новосибирск: Наука, 1981. — 208 с.

17. Временные правила использования водных ресурсов Новосибирского водохранилища: Введ. в действие 02.12.94 / Роскомвод Верхне-Обскогобассейнового водного управления (приказ № -22 пр). — Новосибирск: Роскомвод 1994. — 184 с.

18. Гладков Г. Л. Обеспечение устойчивости русел судоходных рек при дноуглублении и разработке русловых карьеров/ Г. Л. Гладков// Диссертация доктора технических наук. С.-Петербург. — 1996. — 270с.

19. Гладков Г. Л. Оценка воздействия на окружающую среду инженерных мероприятий на судоходных реках / Г. Л. Гладков, М. В. Журавлев, Ю.П.Соколов// Учебное пособие для вузов. СПб: Изд-во А.Кардакова. -2005.-240с.

20. Гладышев М. Т. Численное моделирование неустановившихся течений в открытых руслах / М. Т. Гладышев // Водные ресурсы. 1981. — № 3 — С. 119 -125.

21. Гончаров В. Н. Динамика русловых потоков /В.Н.Гончаров.- Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 374 с.

22. Гришанин К. В. Гидравлическое сопротивление естественных русел /К.В.Гришанин. С. Петербург: Гидрометеоиздат. — 1992, — С.20−100.

23. Гришанин К. В. Динамика русловых потоков /К.В. Гришанин. Л.: Гидрометеоиздат. — 1979. — 211 с.

24. Гришанин К. В. Реакция речного потока на искусственные изменения его русла / К. В. Гришанин, Г. Л. Гладков, А. М. Лавыгин и др.// Труды 5-го Всесоюзного гидрологического съезда. Русловые процессыи наносы. 1988.-Т10, — С.362−373.

25. Грушевский М. С. Неустановившееся движение воды в реках и каналах / М. С. Грушевский. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. — 288 с.

26. Дегтярев В. В. (мл.) Судопропускные гидротехнические сооружения: учебное пособие / В. В. Дегтярев (мл.), Яненко А. П. Новосибирск: НИСИ.-1991.-80с.

27. Дегтярев В. В. (мл.) Теоретические и экспериментальные исследования кинематики волны попуска/ В. В. Дегтярев (мл.)// сб. науч. тр.: Путевые работы на свободных реках: — Новосибирск: НИИВТ, 1976. Вып. 120. — С. 54 — 58.

28. Дегтярев В. В. (мл.) Экспериментальное изучение характера движения волны попуска / В. В. Дегтярев (мл.), Т. Б. Орлов, А. В. Станкеев // Методы улучшения судоходных условий на реках Сибири: сб. науч. тр. Новосибирск: НИИВТ, 1974. — Вып. 88. — С. 138 — 145.

29. Дегтярёв В. В. (мл) Антропогенное изменение гидрологического режима и русловых процессов рек: Учебное пособие /В.В. Дегтярёв (мл). -Новосибирск, НГАС 1994. -80с.

30. Дегтярев В. В. Изменение гидравлических и морфологических характеристик русла нижних бьефов гидроузлов в результате регулирования стока / В.В.Дегтярев// Охрана окружающей среды. НИИВТ. — Новосибирск. -1983. — С.20−54.

31. Дегтярев В. В. (мл) Обеспечение устойчивого функционирования природно-техногенных комплексов в речных бассейнах / В. В. Дегтярев (мл),.

32. B.И.Букреев, А. В. Гусев, В. В. Тарасевич, В. Н. Шаталина, М. Н. Шумкова, О.Н.Кушнерова// Спассиб. Сиббезопасность: Тезисы доклада. 2004. — С. 1451. C.137.

33. Дегтярев В. В. Охрана окружающей среды /В.В. Дегтярев. М.: Транспорт, 1989. -207 с.

34. Дегтярев В. В. Проектирование и эксплуатация выправительных сооружений на внутренних путях /В.В. Дегтярев. М.: Транспорт. — 1981. -224с.

35. Дегтярев В. В. Оценка возможности использования грунта при разработке землечерпательных прорезей и работе в отвал для добычи НСМ /В.В. Дегтярев// Отчет о научно-исследовательской работе. Новосибирск. -1991.-129с.

36. Дегтярев В. В. Улучшение судоходных условий сибирских рек/.

37. B.В.Дегтярев. -М.: Транспорт, 1987. С. 176.

38. ДегтяревВ.В.(мл) Гидравлические сопротивления естественных русел /В.В. Дегтярев (мл), Т. И. Герус, М. Н. Шумкова // Сибирский научный вестник Новосибирского научного центра «Ноосферные знания и технологии» РАЕН. -1998. Вып.П.- С.160−166.

39. Донченко Р. В. Ледовый режим рек СССР / Р. В. Донченко. С. Петербург: Гидрометеоиздат. — 1987. — С.34−48.

40. Зегжда А. П. Гидравлические потери на трение в каналах и трубопроводах/А.П. Зегжда.- Л., М.: Госстройиздат. 1957, — 276с.

41. Калинин В. Г. О расчете морфометрических характеристик зоны переменного подпора на Камском водохранилище с применением ГИС-технлогий / В. Г. Калинин, С.В.Пьянков// Материалы научной конференции. -Иркутск. Изд-во Института геграфии СО РАН. 2005. — С.85−87.

42. Кожевников B.C. Анализ снижения уровней воды вследствие преобразования русла р. Иртыш у г. Омска под влиянием хозяйственной деятельности /В.С Кожевников, Н.А.Стазаева// Труды ГТИ. -1983. Вып.288. -С.95−105.

43. Кусковский B.C. Влияние зарегулированности водоема на качество воды крупных водозаборов / В.С.Кусковский// Материалы научной конференции. Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН. — 2005 г. -С.365−367.

44. Кюнж Ж. А. Численные методы в задачах речной гидравлики / Ж. А. Кюнж, Ф. М. Холли, А.Вервей. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 276с.

45. Лапешников B.C. Пропускная способность русел и пойм, заросших высокостебельной растительностью / В.С.Лапешников// Труды Академии проблем водохозяйственных наук. Русловедениеи гидроэкология М.:2001. -Вып.7. — С. 123−127.

46. Маккавеев Н. И. Русловые процессы в нижних бьефах гидроузлов /Н.И.Маккавеев. Тр.ЦНИЭВТа. — 1957. — вып.ХП. — С. 57−65.

47. Мальцев B.C. Использование водных ресурсов Новосибирского водохранилища / B.C. Мальцев, С. П. Бавский // Водное хозяйство России (проблемы, технологии, управление). 2000. — Т.2. — № 4. — С. 347−356.

48. Мелконян Г. И. Гидравлические исследования процессов ввода типового судна в камеру шлюза и вывода из нее / Г. И. Мелконян, В. В. Дорофеев. -М.: В/О «Мортехинформреклама».-1991. С. 25.

49. Месерлянс Г. Г Гидравлика потока и морфология русла на участках размещении карьеров /Г.Г Месерлянс// Автореферат дис.канд.наук. Л.: ГГИ, 1988. 24с.

50. Мухамедов A.M. исследования русловых процессов рек Средней Азии /А.М.Мухамедов //Общие вопросы теории руслового процесса. -Л.:Гидрометеоиздат. 1986. — Вып.1. — С.65−79.

51. Павловский Н. Н. Гидравлический справочник. / Н. Н. Павловский М.- Л.- ОНШ- 1937.-890с.

52. Попов И. В. Деформации речных русел и гидротехническое строительство / И. В. Попов. Л.: Гидрометеоиздат. — 1969. -363с.

53. Розовский И. Л. Неустановившееся движение водного потока ниже гидроэлектростанций и его влияние на русло / И. Л. Розовский, Е. В. Еременко В.А. Базилевич. Киев: Наукова Думка, 1967. — 275с.

54. Семчуков А. Н. Оценка условий работы речных водозаборов в нижних бьефах ГЭС при суточном регулировании стока / А. Н. Семчуков, А. А. Атавин,.

55. B.И. Квон, В. В. Дегтярёв (мл) // Известия вузов. Строительство. 2003. — № 2.1. C. 73−82.

56. Семанов Н. А., Судоходные каналы, шлюзы и судоподъемники / Н. А. Семанов, Н. Н. Варламов, В. В. Баланин. -М.: Транспорт, 1970. 352с.

57. Снищенко Б. Ф. Особенности гидравлики потока в речном карьере/ Б. Ф. Сншценко, Г. Г. Месерлянс // Труды ГГИ. 1990. Вып.337, — С 25−56.

58. Справочник по гидравлическим расчетам / Под редакцией П.Г. Киселева-М.-Л.: Гос. энергетическое изд-во, 1957. -352с.

59. Стокер Д. Д. Волны на воде. Математическая теория и приложения / Д. Д. Стокер //Пер. с англ. -М.: Изд-во'иностр. лит., 1959. 617 с.

60. Технический паспорт шлюза. Л.: Гидроэнергопроект, 1991. — 212 с.

61. Христианович С. А. Неустановившееся движение в каналах и реках / Б. Б. Девисон, С. Г. Михлин, С. А. Христианович // Некоторые новые вопросы механики сплошной среды. М.: — JL: Изд-во АН СССР, 1938. — С. 15−154.

62. Чалов Р. С. Русловые процессы и водные пути на реках Обского бассейна / Р. С. Чалов. Новосибирск: РИПЭЛплюс, 2001. — 300 с.

63. Чалов Р. С. Сток наносов и русловые процессы на больших реках России и Китая. / Р. С. Чалов, Пю Шутуан, Н. И. Алексеевский. М.: Изд-во МГУ, 1999.-212 с.

64. Чалов Р. С. Проблемы учета русловых процессов при использовании водных ресурсов / Р.С.Чалов// Материалы научной конференции. Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН. — 2005. -С.43−44.

65. Чоу В. Т. Гидравлика открытых каналов /В.Т.Чоу// Пер. с англ. М.: Стройиздат. — 1969. — 464с.

66. Шумкова М. Н. К вопросу оценки гидравлических сопротивлений естественных русел / М. Н. Шумкова // Труды НГСУ. Новосибирск, 2005. -Т.8, № 3(33). — С.15−19.

67. Шумкова М. Н. Проблемы эксплуатации речных водозаборов в нижних бьефах гидроузлов в условиях суточного регулирования стока./ М. Н. Шумкова // Изв. вузов. Строительство. 2004.-№ 12. С.50−55.

68. Эштон Дж. Натурные исследования образования волнообразной шероховатости на нижней поверхности ледяного покрова / Дж. Эштон // Симпозиум МАГИ «Лед и его воздействие на гидротехнические сооружения». -Л.- 1972.-С. 139−147.

69. Яненко А. П. О путях увеличения пропускной способности шлюзов / А. П. Яненко // Изв. вузов. Строительство. 1992. — № 7,8. — С. 87 — 90.

70. Яненко А. П. Обоснование мероприятий по обеспечению устойчивого функционирования судоходных шлюзов / А. П. Яненко, В. В. Дегтярев (мл), В. В. Тарасевич, М.Н. Шумкова// Труды НГАСУ.- Новосибирск, 1999. Т.2. — № 2 (4).-С. 65−73.

71. Яненко А. П. Определение размеров камер судопропускного сооружения / А. П. Яненко // Изв. вузов. Строительство. 1992. — № 9,10. — С. 74 -76.

72. Яненко А. П. Увеличение пропускной способности шлюзов с помощью напорных продольных галерей / А. П. Яненко // Изв. вузов. Строительство. -1992. -№ 11,12.-С. 76−78.

73. Bathurst J.C. Flow resistance estimation in mountain rivers / J.C.Bathurst // J. Hydr. Eng. -1985. -Vol.111. №.4, — P.625−643.

74. Day T.J. A study for the transport of graded sediments / T.J. Day // HRS Wallingford. Report №. IT 190. — 1980. -P.67.

75. Graf W.H. Flow resistance for steep, mobile chanels / W.H. Graf// Comm. Lab. d’Hydraul. EPEL, Lausanne.- 1987. №.54. P. l-12.

76. Griffiths G.A. Flow resistance in coarse gravel bed rivers / G.A.Griffiths// J. Hydr. Eng.-1981.-Vol.107. №.7. P.899−918.

77. Grishanin K.V. Hydraulic resistance of sand beds / K.V.Grishanin // Proc. Second Int. Symp. River Sedimentation, Nanjing. 1983. P.234−238.

78. Hey R.D. Flow resistince in gravel bed rivers / Hey R.D. // Proc. ASCE Hydr. Div -1979.-Vol.105. № 4-P. 365−379.

79. Kira H. Factors influencing the river behaviourriver-bed variation due to dum conctration and gravel gethering / H. Kira// English Cjngress ICID. 1984. -R.26. — Q291. — P.405−432.

80. Ribberink J.S. Mathematical modelling of one dimensional morphological changes in rivers with non uniform sediment /J.S. Ribberink // Communications on Hydraulic and Geothechnical Engeneering.- Report №.87−2. 1987. -P. 202 p.

81. Tsuchiya A. Prediction of the river bed variation /А. T suchiya// Prjc. English Congress ICID. 1984. — R.24. — Q291. — P.363−383.