Изложены исследования и расчеты пропускной способности русел каналов и рек. Приведены классификация каналов и рек и основные уравнения движения воды в них. Обобщены данные по кинематической структуре потока и гидравлическим сопротивлениям. Даются способы расчета допускаемых скоростей течения воды в укрепленных и земляных каналах. Дана типизация и анализ связей между расходами и уровнями воды при равномерном, неравномерном и неустановившемся движении. Изложены результаты исследований пропускной способности пойм как естественных водосбросов. Исследовано влияние на пропускную способность русел их морфологического строения, водной растительности и ледовых явлений. Рассчитана на специалистов в области гидрологии, гидравлики, гидротехники, гидромелиорации, строительства мостов, а также на аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Предисловие

Глава 1. Классификация каналов и рек

1.1. Общая классификация каналов
1.2. Классификация каналов по форме поперечных сечений
1.3. Изменение формы русел рек по их длине
1.4. Гидравлическая классификация рек

Глава 2. Основные уравнения движения воды в каналах и реках

2.1. Равномерный поток
2.2. Неравномерный установившийся поток
2.3. Неустановившийся поток
2.4. Неустановившийся поток при изменении гидравлических сопротивлений по его ширине
2.5. Осредненный турбулентный поток

Глава 3. Кинематическая структура потока в каналах и реках

3.1. Модель расхода воды и классификация кинематических характеристик потока
3.2. Профили осредненных скоростей в потоке
3.3. Параметры профилей скоростей
3.4. Статистические характеристики турбулентности потока в каналах и реках
3.5. Профили осредненных и пульсационных скоростей в бурном потоке
3.6. Соотношение между средней и средней поверхностной скоростями в живом сечении потока
3.7. Соотношение между средней и наибольшей скоростями в живом сечении потока
3.8. Соотношение между средней, средней поверхностной и наибольшей скоростями в живом сечении потока
3.9. Донные скорости руслового потока
3.10. Особенности кинематики речного потока в криволинейных руслах
3.11. Расчет распределения по ширине потока средних, поверхностных и донных на вертикалях скоростей
3.12. О проектировании изотах в живом сечении потока
3.13. Распределение характеристик потока в плане

Глава 4. Пропускная способность укрепленных русел каналов

4.1. Основной принцип гидравлического расчета каналов при равномерном движении воды
4.2. Гидравлический расчет каналов с помощью безразмерных параметров
4.3. Анализ формул для коэффициента Шези
4.4. Обобщенная формула для коэффициента Шези
4.5. Коэффициенты шероховатости укрепленных русел каналов
4.6. Коэффициент Шези и коэффициент шероховатости при неоднородной по периметру живого сечения абсолютной шероховатости
4.7. Приведенный коэффициент Шези и коэффициент шероховатости с учетом кинематического эффекта потока
4.8. Влияние расположения плоскости отсчета глубин на коэффициент Шези
4.9. Влияние аэрации потока на пропускную способность каналов
4.10. Расчет пропускной способности оросительных лотков
4.11. Область гидравлически выгодных сечений больших каналов трапецеидальной формы
4.12. Пропускная способность русел каналов при критическом состоянии потока
4.13. Расчет пропускной способности русел каналов при установившемся неравномерном движении воды
4.14. Гидравлический показатель русла
4.15. Допустимые скорости движения воды в укрепленных каналах

Глава 5. Пропускная способность русел земляных каналов и рек

5.1. Общие представления о гидравлических сопротивлениях русел земляных, каналов и рек
5.2. Расчет коэффициента Шези для земляных каналов и рек
5.3. Влияние гидравлического уклона на коэффициент Шези
5.4. Коэффициенты шероховатости русел земляных каналов
5.5. Типы связей между уровнями и расходами воды
5.6. Аппроксимация связи уровней с расходами воды
5.7. Обобщенная кривая расходов воды
5.8. Параметры уравнения обобщенной кривой расходов воды
5.9. Методы оценки влияния формы живого сечения на пропускную способность русел
5.10. Расчет пропускной способности русел с учетом кинематического эффекта потока
5.11. Определение пропускной способности русел при высоких уровнях и увязка кривых расходов воды по длине потока
5.12. Расчет пропускной способности разветвленных речных русел
5.13. Кривые расходов при неустановившемся движении воды в реках
5.14. Неразмывающие и размывающие, незаиляющие и заиляющие скорости движения воды в неукрепленных каналах
5.15. Способ экспериментального определения неразмывающей и размывающей скоростей потока

Глава 6. Пропускная способность пойм как естественных водосбросов

6.1. Общая характеристика потока, обтекающего русловые плотины
6.2. Кривые расходов естественного водосброса
6.3. Коэффициент расхода естественного водосброса
6.4. Кинематика потока в пойме при обтекании русловых плотин

Глава 7. Естественные факторы пропускной способности русел каналов и рек

7.1. Гидроморфологические аспекты пропускной способности русел земляных каналов и рек
7.2. Морфологическое соотношение между шириной и глубиной потока
7.3. Схематизация формы живых сечений русел земляных каналов и рек
7.4. О взаимодействии нестационарного потока с деформируемым руслом
7.5. О взаимодействии потока с водной растительностью
7.6. Влияние водной растительности на гидравлические сопротивления
7.7. Распределение скоростей в потоке при ледоставе
7.8. Соотношение между расходами воды при наличии и отсутствии ледяного покрова
7.9. Коэффициенты шероховатости нижней поверхности льда
7.10. Методика расчета пропускной способности русел при ледоставе

Приложения
Условные обозначения
Список литературы

Предисловие

Большой объем гидротехнического и водохозяйственного строительства требует расширения исследований по инженерной гидрологии и речной гидравлике. Развитие исследований по гидравлике и гидрологии необходимо в связи с тем, что в ближайшее время будут начаты подготовительные работы по переброске части стока северных рек в бассейн р. Волги, а также в связи с тем, что будут продолжены научные и проектные проработки по переброске части стока сибирских рек в Среднюю Азию и Казахстан. Данные о пропускной способности русел рек необходимы и при решении транспортных задач, в числе которых строительство и эксплуатация Байкало-Амурской магистрали, трасса которой пересекает многие водотоки, а на ряде участков проходит вдоль рек, имеющих сложный гидравлический и гидрологический режимы.

В предлагаемой книге сделана попытка обобщить исследования и методы расчетов пропускной способности русел каналов и рек. Способы расчетов пропускной способности каналов систем орошения, осушения, водоснабжения и проч. разработаны главным образом применительно к простейшим формам поперечных сечений, однако в гидротехнической практике используются и каналы сложных форм.

Каналы представляют собой наиболее распространенные гидротехнические сооружения, а реки — самые важные источники пресной воды. Неукрепленные каналы в процессе формирования русла приобретают особенности, свойственные речным потокам. Поэтому целесообразно совместно изучать пропускную способность русел каналов и рек.

Для эффективного использования каналов необходимо, чтобы проектная пропускная способность русел каналов сохранялась в период их эксплуатации в разное время года. Следовательно, необходимо изучать и учитывать влияние различных факторов на пропускную способность каналов. Литература, посвященная изучению каналов и рек, охватывает многие проблемы гидрологии и гидравлики, но главной из них является проблема определения размеров и формы поперечных сечений каналов на пропуск расчетных расходов воды и определение пропускной способности естественных русел.

В последнее время выполнены значительные исследования по гидроморфологии неукрепленных каналов и рек, поэтому в книге обсуждается вопрос о практическом использовании гидроморфологических зависимостей для определения пропускной способности русел каналов с неактивными русловыми процессами и русел рек, находящихся в динамическом равновесии. Такая возможность открывается в связи с тем, что многие гидроморфологические зависимости могут быть отнесены к типу формул для средней скорости потока, не содержащих коэффициента шероховатости, но включающих диаметр руслоформирующих наносов.

В монографии излагается решение и обратных задач, а именно — определение глубины наполнения русла (отметки поверхности воды) по заданным (расчетным) расходам воды. В отдельных главах помещены краткие сведения о формах движения воды в открытых руслах (глава 2) и кинематической структуре потока (глава 3), так как это дало возможность более компактно расположить материал последующих глав, имеющих в основном прикладное значение.

Автор стремился изложить материал в форме, удобной и для практических работников и студентов вузов, поэтому в ней дано определение всем основным понятиям и терминам, которые встречаются в тексте.

Выражаю благодарность Н.Б. Барышникову за ценные пожелания и замечания по рукописи книги.