Оценка Значения Коэффициента Шероховатости

Abstract

В статье рассматривается один из основных параметров при проведении водохозяйственных расчетов коэффициент шероховатости. Оценка его величины до настоящего времени проводится по специальным таблицам или расчетным способом. Приведены различные методы расчета коэффициента шероховатости от оценки обратным путем по формуле Шези по результатам измерений до эмпирических зависимостей, полученных различными специалистами на основе натурных исследований. Кроме того, авторами рассмотрены формулы расчета коэффициента шероховатости на основании физических соображений. Результаты расчетов, полученных по таким зависимостям, наилучшим образом соответствуют их значениям, полученным обратным путем из формулы Шези. Приведенные в статье методы расчета апробированы на данных гидрологических постов р.Полисть Подтополье за 1954г. и р. Гозовка Гоза за период 2014-2017 гг. При сравнении результатов измерений, расчетов по различным зависимостям и оценочных табличных данных сделаны следующие выводы. Потери напора в явном виде зависят от глубины потока и уклона свободной поверхности, последний параметр в неявном виде характеризует сопротивление русла. При одних и тех же расходах воды изменение величины коэффициента шероховатости может достигать десятков процентов. При различном же наполнении русла коэффициент шероховатости может измениться в несколько раз, что предопределяет соответствующие ошибки при табличной оценке коэффициента шероховатости даже для упрощенного случая только для открытого русла. Поэтому все зависимости, учитывающие только крупность русловых отложений, принципиально не могут иметь практического применения. Общий вывод: даже при одном и том же уровне воды для упрощенных условий открытого русла без растительности, коэффициент шероховатости может отличаться в разы, что сводит к нулю все попытки в его теоретической оценке при отсутствии прямых измерений уклона, скорости и средней глубины. Литература Барышников Н.Б. Гидравлические сопротивления речных русел: учебное пособие. СПб.: изд. РГГМУ, 2003. 147 с. Барышников Н.Б., Плотки-на Н.П., Рублевская Р.М. Коэффициенты шероховатости речных русел // Динамика русловых потоков и охрана природных вод. Сборник научных трудов (межвузовский). Вып. 107 / Под ред. Н.Б. Барышникова и др. Л.: изд. ЛГМИ, 1990. С. 4-11. Виноградов А.Ю., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Бирман А.Р., Беленький Ю.И., Кадацкая М.М., Обязов В.А., Виноградова Т.А. Взаимодействие руслового потока с дном в пограничном слое // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2019а. . 12. С. 38-43. DOI: 10.31044/1994-6260-2019-0-12-38-43 Виноградов А.Ю., Минаев А.Н., Кадацкая М.М., Кучмин А.В., Хвалев С.В. Расчет значений параметров И.И. Никурадзе и Т. Кармана в зависимости от температуры воды и крупности донных отложений // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019б. Вып. 229. С. 196-204. DOI: 10.21266/2079-4304.2019.229.196-204 Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с. Железняков Г.В. Пропускная способность русел и каналов рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 308 с. Косиченко Ю.М. Влияние эксплуатационных факторов на пропускную способность земляных русел каналов // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2011. 3(03). С. 55-68. Мамедов А.Ш. Об определении коэффициента шероховатости рек Электронный ресурс // Труды VII Всероссийского гидрологического съезда (г. Санкт-Петербург, 19-20 ноября 2013 г.). URL: https://clck.ru/LfhCf (дата обращения: 26.05.2019). Снищенко Б.Ф. К.В. Гришанин и учение о динамике русловых потоков // Журнал университета водных коммуникаций. 2010. Вып. 2 (6). С. 10-18. Триандафилов А.Ф, Ефимова С.Г. Гидравлика и гидравлические машины: учебное пособие. Сыктывкар: изд. СЛИ, 2012. 212 с. The article considers one of the main parameters while conducting water management calculations the roughness coefficient. Up-to-date assessment of its value is carried out according to special tables or by calculation. Article presents various methods for calculating the roughness coefficient from the reverse evaluation using the Chezy formula by the measurements to the empirical relations obtained by various specialists on the basis of field studies. In addition, the authors considered formulas for calculating the roughness coefficient based on physics. The results of calculations obtained for such formulas best fit their values obtained in the inverse way from the Chezy formula. The calculation methods presented in the article were tested on the data of gauging station on the river Polist near the settlement Podtopole for the period of 1954 year and on the river Gozovka near the settlement Goza for the period 2014-2017. Behind comparing the results of measurements, calculations for various formulas and estimated tabular data, the authors made the following conclusions. Pressure losses in explicit depends on the depth of the stream and the slope of the free surface, the last one implicitly characterizes the frictional of the channel. At the same water flow rates, a change in the roughness coefficient can reach tens of percent. With different filling of the channel, the roughness coefficient can change by several times, which predetermines the corresponding errors in the tabular estimation of the roughness coefficient, even for a simplified case only for an open channel. Therefore, all the dependencies, taking into account only the granulometric of riverbed deposits, basically can not have practical application. General conclusion: even with the same water level for simplified conditions of an open channel without vegetation, the roughness coefficient can differ by several times, which nullifies all attempts to theoretically evaluate it in the absence of direct measurements of slope, speed, and average depth. References Baryshnikov N.B. Gidravlicheskie soprotivleniya rechnykh rusel: Uchebnoe posobie Hydraulic resistance of river channels. Saint-Petersburg, Publ. of the Russian State Hydrometeorological University, 2003. 147 p. (In Russian) Baryshnikov N.B., Plotkina N.P., Rublevskaya R.M. Koeffitsienty sherokhovatosti rechnykh rusel Roughness coefficients of river beds In Baryshnikov N.B. et al. (eds.) Dinamika ruslovykh potokov i okhrana prirodnykh vod. Sbornik nauchnykh trudov (mezhvuzovskii) Dynamics of channel flows and protection of natural waters. Collection of scientific papers (interuniversity). Iss. 107. Leningrad, Publ. of the Leningrad Hydrometeorological Institute, 1990, pp. 4-11. (In Russian) Grishanin K.V. Dinamika ruslovykh potokov The dynamics of channel flows. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1969. 428 p. (In Russian). Kosichenko Yu.M. Vliyanie ekspluatatsionnykh faktorov na propusknuyu sposobnost zemlyanykh rusel kanalov Influence of operational factors on ground channels capacity. Nauchnyi zhurnal Rossiiskogo NII problem melioratsii Scientific Journal of Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems, 2011, no. 3(03), pp. 55-68. (In Russian abstract in English) Mamedov A.Sh. Ob opredelenii koeffitsienta sherokhovatosti rek On determination of the river roughness coefficient. Trudy Sedmogo Vserossiiskogo gidrologicheskogo sezda (Sankt-Peterburg, 19-20 noyabrya 2013 g.) Proceedings of the Seventh All-Russian Hydrological Congress (St. Petersburg, November 19-20, 2013). Available at: https://clck.ru/LfhCf (In Russian). Snishchenko B.F. K.V. Grishanin i uchenie o dinamike ruslovykh potokov K.V. Grishanin and his doctrine on dynamics of streams flow. Zhurnal universiteta vodnykh kommunikatsii The journal of university of water communications, 2010, iss. 2 (6), pp. 10-18. (In Russian abstract in English). Triandafilov A.F, Efimova S.G. Gidravlika i gidravlicheskie mashiny: uchebnoe posobie Hydraulics and hydraulic machines: a training manual. Syktyvkar, Рubl. of the Syktyvkar Forest Institute, 2012. 212 p. Vinogradov A.Yu., Katsadze V.A., Ugryumov S.A., Birman A.R., Belenkii Yu.I., Kadatskaya M.M., Obyazov V.A., Vinogradova T.A. Vzaimodeistvie ruslovogo potoka i dna v pogranichnom sloe Interaction of streamflow and bottom in boundary layer // Vse materialy. Entsiklopedicheskii spravochnik Vse Materialy. Entsiklopedicheskii Spravochnik. Moscow, Publ. House Nauka AND Technology, 2019a, no. 12, pp. 38-43. (In Russian abstract in English). DOI: 10.31044/1994-6260-2019-0-12-38-43 Vinogradov A.Yu., Minaev A.N., Kadatskaya M.M., Kuchmin А.V., Hvalev S.V. Raschet znachenii parametrov I.I. Nikuradze i T. Karmana v zavisimosti ot temperatury vody i krupnosti donnykh otlozhenii Calculation of constant J. Nikuradze and T. von Karman depending on water temperature and the size of bottom sediments Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii, 2019b, is. 228, pp. 196-204. (In Russian summary in English). DOI: 10.21266/2079-4304.2019.229.196-204 Zheleznyakov G.V. Propusknaya sposobnost rusel i kanalov rek Disharge capacity of channels and river beds. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1981. 308 p. (In Russian abstract in English)