Mathematical modeling of hydrological regime of rivers in flood protection, assessment of vertical riverbed deformations and transport of sediments in justifying engineering measures
Gespeichert in:
| Titel: | Mathematical modeling of hydrological regime of rivers in flood protection, assessment of vertical riverbed deformations and transport of sediments in justifying engineering measures |
|---|---|
| Quelle: | Hydrosphere. Hazard processes and phenomena; Vol. 7 No. 1 (2025): Hydrosphere. Hazard processes and phenomena; 48-61 Гидросфера. Опасные процессы и явления; Том 7 № 1 (2025): Гидросфера. Опасные процессы и явления; 48-61 |
| Verlagsinformationen: | Для почтовых отправлений: 199155 Санкт-Петербург, а/я 136, Редакция журнала «Гидросфера. Опасные процессы и явления» / For mail: 199155 St. Petersburg, PO Box 136 Editorial Board of the «Hydrosphere. Hazardous processes and phenomena»., 2025. |
| Publikationsjahr: | 2025 |
| Schlagwörter: | hydrological regime, flow cross-section, допускаемая (неразмывающая) скорость, unsteady water movement in rivers, coordinates of cross-sections, Coriolis coefficient, расчетный участок, гидрологический режим, неустановившееся движение воды в открытых руслах, section of the river, probability of exceedance (provision of hydrological value), вероятность превышения (обеспеченность гидрологической величины), живое сечение потока, permissible (non-eroding) velocity, координаты поперечных сечений |
| Beschreibung: | Mathematical modeling of the hydrological regime is essential for substantiation of engineering measures aimed to flood protection. Assessment of riverbed processes is necessary for justifying engineering measures to ensure the stability of riverbeds. Violation of riverbed stability may result in significant erosion of the riverbed and banks, which may pose a threat to the safety of nearby objects. Therefore, assessment of riverbed stability and potential erosion is a pressing task, which is solved using mathematical modeling methods. The initial data for modeling include the results of hydrological observations of runoff and river level regime, as well as results of hydrometric measurements of the coordinates of river cross-sections and the characteristics of traction sediments. The article considers a method of mathematical modeling of the hydrological regime of rivers using the system of equations of unsteady water movement. Water levels in the river and average flow velocities in live sections are determined as a result of mathematical modeling of unsteady water movement. Local longitudinal water flow velocities are performed with using calculated water levels and average velocities. The article presents a description of the method for assessing riverbed processes, including the stability of the riverbed and its possible erosion using the results of calculations of local longitudinal flow velocities and characteristics of the granulometric (mechanical) composition of traction sediments. In particular, the article presents formula for determining the permissible (non-eroding) water velocities rates taking into account the Coriolis correction coefficient (kinetic energy correction coefficient) and calculation formulas for determining the predicted values of vertical (deep) deformations caused by the movement of traction sediment ridges. The results of studies using the proposed methods are presented using the example of mathematical modeling of the hydrological regime of some rivers in Belarus. Recommendations have been developed to ensure riverbed stability for the studied river sections based on the research results. Математическое моделирование гидрологического режима необходимо при обосновании инженерных мероприятий с целью защиты от наводнений, оценка русловых процессов – при обосновании инженерных мероприятий по обеспечению устойчивости русел рек. При нарушении устойчивости русел рек могут происходить значимые размывы русла и берегов рек, что может являться угрозой безопасности расположенных вблизи объектов. Поэтому оценка устойчивости русел рек и возможных размывов является актуальной задачей, решение которой осуществляется с использованием методов математического моделирования. В качестве исходных данных для моделирования используются результаты гидрологических наблюдений стока и уровенного режима рек, а также гидрометрических измерений координат поперечных сечений на исследуемом расчетном участке и характеристики влекомых наносов. В статье рассмотрен метод математического моделирования гидрологического режима рек с использованием системы уравнений неустановившегося движения воды. В результате математического моделирования неравномерного движения воды определяются уровни воды в реке и средние в живых сечениях скорости течения, с использованием которых выполняется расчет местных продольных скоростей течения воды. Приведена характеристика метода оценки русловых процессов, включая устойчивость русла реки и его возможный размыв с использованием результатов расчетов местных продольных скоростей течения и характеристик гранулометрического (механического) состава влекомых наносов. Показаны зависимости для определения допускаемых (неразмывающих) скоростей течения с учетом корректива Кориолиса (кинетической энергии) и расчетные формулы для определения прогнозных величин вертикальных (глубинных) деформаций, обусловленных движением гряд влекомых наносов. Результаты исследований с использованием предложенных методов приведены на примерах математического моделирования гидрологического режима на участках рек Беларуси. По результатам исследований разработаны рекомендации по обеспечению устойчивости русла для исследуемых участков рек. |
| Publikationsart: | Article |
| Dateibeschreibung: | application/pdf |
| Sprache: | Russian |
| ISSN: | 2686-7877 |
| DOI: | 10.34753/hs.2025.7.1.48 |
| Zugangs-URL: | https://hydro-sphere.ru/index.php/hydrosphere/article/view/246 |
| Dokumentencode: | edsair.issn26867877..7007fe41c443bb2f7e9dfda27bd3e12e |
| Datenbank: | OpenAIRE |
Nájsť tento článok vo Web of Science | Abstract: | Mathematical modeling of the hydrological regime is essential for substantiation of engineering measures aimed to flood protection. Assessment of riverbed processes is necessary for justifying engineering measures to ensure the stability of riverbeds. Violation of riverbed stability may result in significant erosion of the riverbed and banks, which may pose a threat to the safety of nearby objects. Therefore, assessment of riverbed stability and potential erosion is a pressing task, which is solved using mathematical modeling methods. The initial data for modeling include the results of hydrological observations of runoff and river level regime, as well as results of hydrometric measurements of the coordinates of river cross-sections and the characteristics of traction sediments. The article considers a method of mathematical modeling of the hydrological regime of rivers using the system of equations of unsteady water movement. Water levels in the river and average flow velocities in live sections are determined as a result of mathematical modeling of unsteady water movement. Local longitudinal water flow velocities are performed with using calculated water levels and average velocities. The article presents a description of the method for assessing riverbed processes, including the stability of the riverbed and its possible erosion using the results of calculations of local longitudinal flow velocities and characteristics of the granulometric (mechanical) composition of traction sediments. In particular, the article presents formula for determining the permissible (non-eroding) water velocities rates taking into account the Coriolis correction coefficient (kinetic energy correction coefficient) and calculation formulas for determining the predicted values of vertical (deep) deformations caused by the movement of traction sediment ridges. The results of studies using the proposed methods are presented using the example of mathematical modeling of the hydrological regime of some rivers in Belarus. Recommendations have been developed to ensure riverbed stability for the studied river sections based on the research results.<br />Математическое моделирование гидрологического режима необходимо при обосновании инженерных мероприятий с целью защиты от наводнений, оценка русловых процессов – при обосновании инженерных мероприятий по обеспечению устойчивости русел рек. При нарушении устойчивости русел рек могут происходить значимые размывы русла и берегов рек, что может являться угрозой безопасности расположенных вблизи объектов. Поэтому оценка устойчивости русел рек и возможных размывов является актуальной задачей, решение которой осуществляется с использованием методов математического моделирования. В качестве исходных данных для моделирования используются результаты гидрологических наблюдений стока и уровенного режима рек, а также гидрометрических измерений координат поперечных сечений на исследуемом расчетном участке и характеристики влекомых наносов. В статье рассмотрен метод математического моделирования гидрологического режима рек с использованием системы уравнений неустановившегося движения воды. В результате математического моделирования неравномерного движения воды определяются уровни воды в реке и средние в живых сечениях скорости течения, с использованием которых выполняется расчет местных продольных скоростей течения воды. Приведена характеристика метода оценки русловых процессов, включая устойчивость русла реки и его возможный размыв с использованием результатов расчетов местных продольных скоростей течения и характеристик гранулометрического (механического) состава влекомых наносов. Показаны зависимости для определения допускаемых (неразмывающих) скоростей течения с учетом корректива Кориолиса (кинетической энергии) и расчетные формулы для определения прогнозных величин вертикальных (глубинных) деформаций, обусловленных движением гряд влекомых наносов. Результаты исследований с использованием предложенных методов приведены на примерах математического моделирования гидрологического режима на участках рек Беларуси. По результатам исследований разработаны рекомендации по обеспечению устойчивости русла для исследуемых участков рек. |
|---|---|
| ISSN: | 26867877 |
| DOI: | 10.34753/hs.2025.7.1.48 |