Моделирование транспорта наносов и русловых переформирований в районе Сормовского водозабора в условиях половодий, межени и при работе земснарядов

Строительство и эксплуатация гидроузлов оказывают влияние на окружающую среду и рядом расположенные действующие объекты хозяйствования. Рассматривается Сормовский водозабор, а также возможное воздействие на него проектируемого Нижегородского низконапорного гидроузла. В качестве инструмента для исследований был использован программный комплекс STREAM 2D CUDA, основанный на оригинальном численном алгоритме решения двумерных уравнений мелкой воды (уравнения Сен-Венана) на неровном дне. Для расчета деформаций речного дна и заиления водозаборных сооружений применяется новая физико-математическая модель транспорта наносов с учетом неоднородного (многофракционного) состава грунта, движения как влекомых, так и взвешенных наносов, переформирования подводных и надводных склонов. Для проведения расчетов были построены три модели. На первой модели производились расчеты половодий редкой повторяемости 10%-, 1%- и 0,1%-ной обеспеченности. На второй модели исследовались меженные условия – навигационный период при суточном регулировании вышерасположенного гидроузла. На третьей модели рассматривался строительный период, когда производятся гидромеханизированные работы. По полученным расчетам были построены планы размывов: аккумуляций, планы отложений наносов, определены массы наносов, поступающих в Сормовский водозабор. Результаты моделирования показали, что деформации дна в районе водозабора являются незначительными. Большая часть наносов поступает в ковш водозабора в период половодья. При этом строительство Нижегородского низконапорного гидроузла незначительно изменяет существующую тенденцию. Основной вывод проделанной работы заключается в том, что специальные дополнительные мероприятия по защите Сормовского водозабора от наносов в период навигации не требуются.

1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017660266. Программный комплекс STREAM 2D CUDA для расчета течений, деформаций дна и переноса загрязнений в открытых потоках с использованием технологий ComputerUnifi edDeviceArchitecture (на графических процессорах NVIDIA). Москва, 2017.

2. Алексюк А.И., Беликов В.В. Моделирование течений мелкой воды с областями обмеления и разрывами дна // Вычислительная математика и математическая физика. 2017. Т. 57,№ 2. С. 316-338.

3. Aleksyuk A.I., Belikov V.V. The uniqueness of the exact solution of the Riemann prob-lem for the shallow water equations with discontinuous bottom // Journal of Computational Physics. 2019. Vol. 390.Рp. 232-248.Aug. https://doi:10.1016/j.jcp.2019.04.001.

4. Aleksyuk A.I., Malakhov M.A., Belikov V.V. The exact Riemann solver for the shallow water equations with a discontinuous bottom // Journal of Computational Physics. 2022. Vol. 450. Рp. 110801.Doi: 10.1016/j.jcp.2021.110801.

5. Беликов В.В., Алексюк А.И. Модели мелкой воды в задачах речной гидродинамики: монография. М.: РАН, 2020.346 с.

6. Беликов В.В., Борисова Н.М., Гладков Г.Л. Математическая модель транспорта наносов для расчета заносимости дноуглубительных прорезей и русловых карьеров // Журнал университета водных коммуникаций. 2010. Т. 2. С. 105-113

7. Belikov V.V. Use of Accumulation Basins to Reduce Silting of Reservoirs of Hydroelectric Power Plants Located on Mountain Rivers / V.V. Belikov, A.I. Aleksyuk, N.M. Borisova, T.A. Fedorova // Power Technologyand Engineering. 2019. 53 (4). Рр. 429-439. Doi: 10.1007/s10749-019-01095-9.

8. Беликов В.В. Гидравлическое обоснование проекта Багаевского гидроузла с применением численного гидродинамического моделирования /Борисова Н.М., Алексюк А.И., Румянцев А.Б. и др. // Гидротехническое строительство. 2018. № 5. С. 19-35.

9. Krylenko I.N. Analysis of the impact of hydrotechnical construction on the Amur river near Blagoveshchensk and Heihe cities using a two-dimensional hydrodynamic model / Belikov V.V., Fingert E.A., Golovlev P.P. // Waterresources. 2018. Vol. 45, № S1. S. 112-121.

10. Беликов В.В. Применение ям-ловушек для уменьшения заиления водохранилищ ГЭС на горных реках / Алексюк А.И., Борисова Н.М., Федорова Т.А. // Гидротехническое строительство. 2019. № 6. С. 12-24.