Бегимов У. И., Яхшибаев Д. С., Худайкулов С. И. Численные методы неустановившегося движения воды в деформируемом русле

Результаты и обсуждение
Насыщение потока наносами в схеме решения, реализованной в программе «APPLE», происходит на примыкающем к гидроузлу расчетном участке. Анализ влияния длины
первого расчетного участка (т. е. пути насыщения потока) выявил в условиях принятых допущений зависимость скорости русловых трансформаций от скорости насыщения потока наносами. При этом оказалось, что уменьшение длины пути насыщения потока (увеличение скорости насыщения) приводило к интенсификации руслового процесса на начальном участке исследуемого русла.
Для оценки влияния не размываемых участков русла на общие трансформации бьефа была решена задача 40, в которой весь схематизированный бьеф Джизакской ГЭС был принят размываемым. Напомним, что во всех других задачах русло было размываемо лишь на начальном участке длиной 21,3 км.
Насыщение потока наносами в схеме решения, реализованной в программе «APPLE», происходит на примыкающем к гидроузлу расчётном участке. Анализ влияния длины первого расчетного участка (т. е. пути насыщения потока) выявил в условиях принятых допущений зависимость скорости русловых трансформаций от скорости насыщения потока наносами. При этом оказалось, что уменьшение длины пути насыщения потока (увеличение скорости насыщения) приводило к интенсификации руслового процесса на начальном участке исследуемого русла.
Для оценки влияния не размываемых участков русла на общие трансформации бьефа была решена задача 40, в которой весь схематизированный бьеф Джизакской ГЭС был принят размываемым. Напомним, что во всех других задачах русло было размываемо лишь на начальном участке длиной 21,3 км.
В конечном сечении русла было принято «правое» граничное условие вида , полученное для условий равномерного движения воды, что в других рассмотренных задачах оправдывалось наличием длинного не размываемого участка, на котором происходит формирование потока, действительно близкого к равномерному. В условиях же целиком деформируемого русла на конечных участках получается переменный уклон дна, который с течением времени все более улаживается, нормальные глубины для соответствующих расходов растут, в то время как «правое» граничное условие, принятое в начальный момент времени для условий равномерного потока в виде , остается неизменным.[1,2,8].
На рис. 3 кривая падения уровня свободной поверхности в створе ГЭС, полученная в задаче 40 для условий целиком деформируемого русла, асимптотически приблизилась к некоторой прямой (продолжение этой прямой на рис. 3 для задачи 40 показано пунктиром). Явления затухания падения уровня свободной поверхности в створе ГЭС за отрезок времени, охваченный расчетом, не получено, и нет уверенности, что это явление в задаче 40 вообще достижимо.
Для определения влияние неустановившегося движение на русловые переформирования были выполнены две серии расчётов, в которых снижение отметки свободной поверхности в створе ГЭС вычислялось как разность между исходной отметки и отметкой свободной поверхности в том же створе через отрезок времени, кратный периоду колебания расхода воды в начальном сечении.
В первой серии расчетов выяснялось влияние амплитуды колебания расхода на падение уровня свободной поверхности в створе ГЭС. На рис. 4, а представлены кривые падения уровня свободной поверхности в створе ГЭС в задаче 1 (линейное изменение расхода в створе ГЭС от до и от до периодом, равным четырем суткам) и задаче 2 (изменение расхода в пределах от до с тем же периодом колебания) в сопоставлении с кривой падения уровня в задаче 4 1( ). Представленные на рис. 4,а кривые свидетельствуют о значительном влиянии неравномерности входного гидрографа на общие трансформации русла. Начальное падение уровня в рассмотренных задачах в первые 100 - 200 ч (рис. 4, а) вызвано, по-видимому, местными явлениями инерционного происхождения. [7,8]. Поэтому будем характеризовать дополнительное падение уровня, обусловленное неустановившимся движением, средним углом наклона кривых, соответствующих задачам 1 и 2, тангенсы которых будут соответственно равны и .

Как видно из приведенных данных, интенсивность русловых трансформаций возросла почти в три раза при увеличении амплитуды колебания гидрографа в 2 раза в условиях сохранения неизменным среднего расхода во входном сечении бьефа.
Во второй серии расчетов определялось влияние частоты колебания расхода на общий процесс русловых переформирований. Сравнивались решения задачи 41 ( ), 42 (использован гидрограф задачи 1), 43 (частота колебания расхода увеличена вдвое по сравнению с таковой в предыдущей задаче) и задача 44 (частота колебания расхода увеличена еще в 2 раза). Обобщение результатов, аналогичное проделанному в первой серии расчетов (рис. 4,6), приводит к выводу, что увеличение частоты колебания расхода сказывается в гораздо меньшей степени, нежели увеличение амплитуды. Кривые, представленные на рис. 4, б (например, кривые задач 43 и 44)практически параллельны.
Программа «APPLE», дает возможность довольно легко рассчитывать русловые переформирования при установившемся движении, где шаг интегрирования по времени может быть принять при постепенном увеличении достаточно большим.
Выводы
Создание универсальной машинной методики расчета русловых трансформаций в бьефах гидроузлов позволит не только механизировать трудоемкие инженерные расчеты для использования их в проектной практике, но и исследовать это сложное явление на основе численного эксперимента.
Достоверность такого эксперимента, естественно, зависит от достоверности используемого расчетного метода и принятых при этом значений расчетных параметров, например, величины транспортирующей способности потока, длины пути насыщения и других.
Результаты практических расчетов ряда задач показали зависимость русловых переформирований от амплитуды колебания расхода в начальном сечении бьефа; увеличение же частоты колебания расхода сказывается на скорости руслового процесса в значительно меньшей степени.
Сравнение результатов решения задач с учетом и без учета осветления потока в верхнем бьефе гидроузла доказывает важность изучения и необходимость учета этого явления при проведении практических расчетов.
Следует с осторожностью относиться к применению традиционного при расчетах неустановившегося движения в недеформируемых руслах «правого» граничного условия для расчетов русловых переформирований в бьефах гидроузлов, особенно если применение этого условия не оправдано какими-либо дополнительными обстоятельствами (наличием длинного не размываемого участка и пр.).
Выполненные исследования позволили наметить некоторые пути изучения влияния кратковременных попусков ГЭС на общие трансформации русла, так как прямой расчет, например, графиков суточного регулирования мощности ГЭС с шагом интегрирования, измеряемым обычно минутами для периода, измеряемого годами, при любом реальном быстродействии ЭВМ не представляется возможным.
Литература

1. 
   Розовский И.Л., Еременко Е. В., Базилевич В. А. Неустановившееся движение водного потока и его влияние на русло. Киев, «Наукова думка», 1967.
   
2. 
   Levy I.I. Mouvementnon permanentdams les litsinstables, XI Congres IAHR, vol. Ill, Leningrad, 1965.
   
3. 
   Леви И.И. Динамика русловых потоков. Госэнергоиздат, 1957.
   
4. 
   Федоров Г. Ф. Изучение кинематики волны попуска. Труды ЦНИИЭВТ. вып. XIX. Mj, «Речной транспорт», 1960.
   
5. 
   Шабрин А.Н. Экспериментальное изучение скоростной структуры открытых потоков при неустановившемся движении. Сб, «Вопросы гидротех¬ники и гидравлики». Киев, «Урожай», 1965.
   
6. 
   Шабрин А.Н. Не размывающие скорости при неустановившемся дви¬жении. Сб. «Гидротехника и гидромеханика». Киев, «Наукова думка», 1964.
   
7. 
   Бегимов Ў.И., Худайкулов С.И., Моделирование движений возмущенной каверны и появления кавитации, пульсации потока. «МУҲАММАД АЛ-ХОРАЗМИЙ АВЛОДЛАРИ» журнали №3(9), Тошкент-2019-С. 39-41
   
8. 
   Begimov U.I., Khudaykulov S.I., Narmanov O.A. «Formations of Ventilated Caves and Their Influence on the Safety of Engineering Structures» International Journal of Academic Information Systems Research (IJAISR) ISSN: 2643-9026 Vol. 5 Issue 1, January - 2021, Pages: 105-109. 1,05 импакт фактор.Impact Factor.
   
9. 
   Begimov U.I., Khudaykulov S.I., Usmonov A.Kh., Simulation of the Turbulent Flow Effect on the Shore Spillways of the Pachkamar Reservoirs. The American Journal of Engineering and Technology (ISSN –2689-0984)Published:November11, 2020. 12p.Doi: https://doi.org/10.37547/tajet/Volume02Issue11-01