Речной гидродинамики

Модели мелкой воды в задачах речной гидродинамики

---

для расчетов городского бьефа [Беликов, Колесников, Иваненко, 2001], 
второй применялся для расчетов всего водотока от Верхнемоскворец-
ких водохранилищ до устья и основывался на одномерной модели (см. 
п.п.1.3.1, Приложение A).
При построении двухслойной модели городского бьефа р. Москвы дву-
мерность течения (верхний слой) учитывалась в районах Верхнемякининской 
и Троице-Лыковской пойм и Южного речного порта, на остальных участках 
считалось, что течение не выходит за бровки русла. Расчеты выполнялись 
раздельно по трем участкам: Рублево – Карамышево (длина 28 км), Карамы-
шево – Перерва (46 км) и Перерва – Трудкоммуна (17 км). При этом на верх-
ней границе указанных участков задавался гидрограф расходов воды 
Q
= 
Q
(
t
) 
через соответствующую плотину, на нижней границе (в створе нижерасполо-
женного гидроузла) – график изменения уровня воды во времени. 
Для иллюстрации возможностей компьютерной модели городского 
бьефа р. Москвы приведем некоторые результаты расчетов гидравличе-
ской промывки 1999 г. в сопоставлении с фактическими данными. При 
этом рассматриваемый период времени принимался равным 10 суткам (от
00.00 9.04 по 00.00 19.04.99 г.) и охватывал все особенности пропуска вы-
сокого стока для поименованных участков. Как следует из Рис. 5.2.1а, б, 
выполненные при существенной нестационарности потока расчеты демон-
стрируют хорошее совпадение с натурными данными.
Рис. 5.2.1.
Сопоставление рассчитанных и измеренных расходов (а) и уровней воды (б)
в различных створах в половодье 1999 г. Измерения по данным МГП «Мосводоканал»
и ГП «Канал им. Москвы»
Часть II. Моделирование практических задач речной гидродинамики
135

---

С помощью введения интегральной характеристики транспорта нано-
сов [Колесников, Беликов, Милитеев, 1997] производилась количественная 
оценка эффективности гидравлических промывок русла 1981, 1982, 1998 и 
1999 гг. в зависимости от принятых схем маневрирования затворами пло-
тин. Применение математического моделирования позволяет оптимизиро-
вать условия пропуска водных масс через гидротехнические сооружения 
для достижения большего эффекта промывки русла реки и недопущения 
ситуаций аварийного характера.
К сожалению, следует отметить, что в целом эффективность гидравли-
ческих промывок русла р. Москвы оказалась невысокой, что показали как 
теоретические оценки, так и фактические промеры дна русла до и после 
промывки 1999 года. Слой смыва донных отложений в городском бьефе в 
среднем составил всего 10–15 см (при общей толще отложений до несколь-
ких метров), а вымытый загрязненный грунт был вынесен и откладывался 
в русле р. Москвы на всем протяжении нижнего течения вплоть до устья, 
нанеся значительный экологический вред. В связи с этим было принято ре-
шение о прекращении гидравлических промывок р. Москвы.
В процессе дальнейших исследований было решено использовать одно-
мерную схематизацию среднего и нижнего течения р. Москвы. Это обуслав-
ливалось необходимостью унификации программных средств разработанной 
математической модели водотока от Рублевской плотины до устья (протя-
женность около 250 км) с основными притоками – реками Пахра, Нерская и 
Северка (общая протяженность 380 км). В этой модели широкие пойменные 
участки учитывались включением в расчет аккумулирующих емкостей, что 
весьма важно для нестационарных течений, а весь водоток моделировался 
целиком. Такое положение потребовало применения специальной процеду-
ры «сквозного» расчета всех водосбросных плотин с учетом влияния воз-
можного подтопления со стороны нижних бьефов и поддержания заданного 
(фиксированного или переменного) уровня в верхнем бьефе (ВБ) [Беликов, 
Колесников, Иваненко, 2001]. которая описана в Приложении А.
С использованием этого подхода было выполнено сквозное (по длине 
всей реки) численное моделирование половодий 1998, 1999 гг., причем по-
лучено хорошее согласование с результатами натурных измерений. На Рис. 
5.2.2 представлены гидрографы расходов в некоторых створах этого участка 
в половодье 1998 г. Видно, как с приближением к устью происходит рас-
пластывание (сглаживание) первоначально сильно нестационарных гидро-
графов при их общем наполнении из-за бокового притока и трансформации 
расхода по длине русла.
На последнем этапе исследований разработана компьютерная модель 
русловой сети верхнего участка р. Москвы с основными притоками (р. Руза, 
р. Истра), которая позволяет рассчитывать нестационарные режимы тече-
ния с учетом:
а) взаимного влияния русла и притоков;
б) реальных режимов управления водосбросами плотин;
136