Гидродинамические аспекты инженерных решений устойчивого технического водопользования в условиях значительной стратификации водных масс
DOI:
https://doi.org/10.7242/2658-705X/2026.3.2Аннотация
Гидротехническое регулирование основывается на оперативном управлении уровнями и расходами. Базовым, но далеко не совершенным вариантом таких действий выступает технология форсированной промывки водоема, приуроченная к пику естественного притока – весеннему половодью. Классический подход здесь предполагает заблаговременное понижение уровня воды до минимально допустимой отметки (уровня мертвого объема) с последующим пропуском паводковых вод через водосливной фронт. Теоретически такой механизм должен обеспечивать вынос загрязнённых вод из придонных горизонтов. Однако на практике для условий Верхне-Зырянского гидроузла результативность данной методики резко снижается из-за конструктивных особенностей водосбросного тракта. Сооружение оснащено шахтным водосливом, порог которого расположен на отметке, близкой к нормальному подпорному уровню (НПУ). Как было установлено ранее, в условиях устойчивой плотностной стратификации наиболее минерализованные слои локализуются в придонной толще. При существующей конструкции водосброса промываются водные массы, формирующиеся на поверхностном и промежуточном горизонтах. При прохождении паводка в нижний бьеф сбрасываются наиболее пресные воды нормативного качества, тогда как глубинные высокоминерализованные воды, представляющие наибольшую опасность для обеспечения устойчивого технического водоснабжения, остаются гидравлически запертыми в понижениях рельефа дна и продолжают аккумулироваться. Традиционный вариант промывки приводит к неэффективному расходованию паводкового потенциала, поскольку не дает эффекта снижения общей минерализации забираемой воды. Принципиально иным подходом к решению задачи, позволяющим устранить указанные конструктивные недостатки, служит парадигма селективного (избирательного) водоотведения. Наиболее перспективной и технологически обоснованной реализацией данной концепции выступает создание специализированного паводкового водосброса
сифонного типа, ориентированного на отведение высокоминерализованных вод из самых глубоких зон водохранилища. В рамках настоящей работы построена численная модель и проведена серия вычислительных экспериментов, направленная на детализацию инженерных решений обеспечения устойчивого технического водообеспечения в условиях значительной стратификации водных масс.
Библиографические ссылки
1. Pisaturo G.R., Righetti M., Castellana C., Larcher M., Menapace A., Premstaller G. A procedure for human safety assessment during hydropeaking events // Sci. Total Environ. – 2019. – Vol. 661. – P. 294-305.
2. Ji Z.G. Hydrodynamics and Water Quality: Modeling Rivers, Lakes, and Estuaries. – New Jersey: John Wiley & Sons, 2008. – P. 509-566.
3. Hauenstein W., Dracos T. Investigation of plunging density currents generated by inflows in lakes // J. Hydraul. Res. – 1984. – Vol. 22. – P. 157-179. – https://doi.org/10.1080/00221688409499404
4. Alavian V. Behavior of density currents on an incline // J. Hydraul. Eng. – 1986. – Vol. 112. – P. 27-42. – https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1986)112:1(27)
5. Alavian V., Ostrowski Jr. P. Use of density current to modify thermal structure of TVA reservoirs // J. Hydraul. Eng. – 1992. – Vol. 118. – P. 688-706. – https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1992)118:5(688)
6. Chikita K. The role of sediment-laden underflows in lake sedimentation: glacier-fed Peyto Lake, Canada // J. Fac. Sci. Hokkaido Univ. Ser. 7, Geophys. – 1992. – Vol. 9. – P. 211-224.
7. Cortés A., Rueda F., Wells M. Experimental observations of the splitting of a gravity current at a density step in a stratified water body // J. Geophys. Res. Ocean. – 2014. – Vol. 119. – P. 1038-1053.
8. Wells M.G., Wettlaufer J.S. The long-term circulation driven by density currents in a two-layer stratified basin // J. Fluid Mech. – 2007. – Vol. 572. – P. 37-58.
9. Wells M.G., Nadarajah P. The intrusion depth of density currents flowing into stratified water bodies // J. Phys. Oceanogr. – 2009. – Vol. 39. – P. 1935-1947.
10. Hallworth M.A. et al. Entrainment into two-dimensional and axisymmetric turbulent gravity currents // J. Fluid Mech. – 1996. – Vol. 308. – P. 289-311.
11. Dallimore C.J., Imberger J., Ishikawa T. Entrainment and turbulence in saline underflow in Lake Ogawara // J. Hydraul. Eng. – 2001. – Vol. 127. – P. 937-948. – https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2001)127:11(937)
12. Amini Sola S., Naeeni S.T.O., Khavasi E., Faghihirad S. Experimental study of venting efficiency of salinity current // ISH J. Hydraul. Eng. – 2023. – P. 1-9. – https://doi.org/10.1080/09715010.2023.2180331
13. Kranenburg C. Gravity current fronts advancing into horizontal ambient flow // J. Hydraul. Eng. – 1993. – Vol. 119. – P. 369-379. – https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1993)119:3(369)
14. Fernandez R.L., Imberger J. Relative buoyancy dominates thermal-like flow interaction along an incline // J. Hydraul. Eng. – 2008a. – Vol. 134. – P. 636-643. – https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2008)134:5(636)
15. Fernandez R.L., Imberger J. Time-varying underflow into a continuous stratification with bottom slope // J. Hydraul. Eng. – 2008b. – Vol. 134. – P. 1191-1198. – https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2008)134:9(1191)
16. Porcile G., Enrile F., Besio G., Bolla Pittaluga M. Hydrostatic vs. non-hydrostatic modelling of density currents developing two dimensionally on steep and mild slopes // Appl. Ocean Res. – 2022. – Vol. 121. – 103085. – https://doi.org/10.1016/j.apor.2022.103085
17. Cheng Z., Constantinescu G. Stratification effects on flow hydrodynamics and mixing at a confluence with a highly discordant bed and a relatively low velocity ratio // Water Resour. Res. – 2018. – Vol. 54. – P. 4537-4562. – https://doi.org/10.1029/2017WR022292
18. Umar M., Rhoads B., Greenberg J.A. Use of multispectral satellite remote sensing to asses mixing of suspended sediment downstream of large river confluences // J. Hydrol. – 2018. – Vol. 556. – P. 325-338. – https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.11.02
19. Ryu I., Yu S., Chung S. Characterizing Density Flow Regimes of Three Rivers with Different Physicochemical Properties in a Run-Of-The-River Reservoir // Water. – 2020. – Vol. 12. – 717. – https://doi.org/10.3390/w12030717
20. Lyubimova T., Lepikhin A., Parshakova Y., Konovalov V., Tiunov A. Formation of the density currents in the zone of confluence of two rivers // J. Hydrol. – 2014. – Vol. 508. – P. 328-342. – https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.10.041
21. Lepikhin A.P., Voznyak A.A., Lyubimova T.P., Parshakova Ya.N., Lyakhin Yu.S., Bogomolov S.V. Studying the Formation Features and the Extent of Diffuse Pollution Formed by Large Industrial Complexes: Case Study of the Solikamsk–Berezniki Industrial Hub // Water Resour. – 2020. – Vol. 47. – P. 744-750. – https://doi.org/10.31857/S0321059620050120
22. Любимова Т.П., Лепихин А.П., Паршакова Я.Н., Богомолов А.В., Ляхин Ю.С., Исахов А. Особенности гидродинамики водоемов с вертикальной плотностной неоднородностью водных масс в условиях активного техногенеза // Вычислительная механика сплошных сред. – 2023. – Т.16, №1. – С. 115-124.– https://doi.org/10.7242/1999-6691/2023.16.1.9
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Вестник Пермского федерального исследовательского центра
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
