Речной гидродинамики

Калибровка численной модели.
После уточнения на основе имеющей-
ся информации планового положения и высотных отметок всех дамб и до-
рог на пойме единственным «свободным» параметром математической мо-
дели при калибровке остается коэффициент шероховатости подстилающей 
поверхности, который может варьироваться на различных участках русла и 
поймы, а также в некоторых случаях зависеть еще и от других параметров 
(например, от глубины потока).
Часть II. Моделирование практических задач речной гидродинамики
197

---

Поскольку в целом для долины Нижнего Дона отсутствует детальная 
фактическая информация для калибровки (измеренные глубины и скорости 
течения в различных створах, уклоны водной поверхности на различных 
участках русла и поймы при разных расходах воды), принималась следую-
щая схема задания коэффициентов шероховатости в формуле Маннинга с 
дифференциацией по вертикали: в границах меженного уреза воды брался 
коэффициент шероховатости 
n
1
, на переходном участке от русла к пойме 
коэффициент 
n
2
и для поймы коэффициент 
n
3
. Значения этих величин при 
калибровке подбирались при последовательном увеличении расходов воды 
в результате вариантных расчетов из условия наилучшего совпадения с 
имеющимися натурными данными.
Рис. 6.5.1.
ЦМР на область моделирования
Рис. 6.5.2.
ЦМР в районе о.Арпачин, построенная по изысканиям 2016–2017 гг.
198
Модели мелкой воды в задачах речной гидродинамики

---

Рис. 6.5.3
. Фрагмент гибридной расчетной сетки в районе о. Арпачин
При этом принималось во внимание, что в основном пойма Нижнего 
Дона достаточно ровная, незалесенная (поля и сельхозугодья), что предпо-
лагает для величины коэффициента шероховатости поймы значение около 
n
3
= 0,05 в рамках двумерной (плановой) модели, в которой другие виды 
гидравлических сопротивлений, вызванных стеснениями поймы дорож-
ными и защитными сооружениями, учитываются автоматически самой мо-
делью (рельефом земной поверхности и границами непротекания). Также 
автоматически (за счет конвективных слагаемых в уравнениях Сен-Венана) 
учитываются и дополнительные сопротивления в русле (так называемые 
сопротивления формы), вызванные изменением ширин и глубин русла (пле-
сы, перекаты), поворотами русла и т.п. Поэтому при калибровке двумерных 
моделей, реализованных на подробных сетках с хорошим разрешением ре-
льефа дна русла, обычно нет необходимости принимать переменный коэф-
фициент шероховатости по длине русла. Он учитывает только зернистую 
шероховатость подстилающей поверхности (сопротивление трения), а это в 
случае Н.Дона в основном мелкий песок.
На рассматриваемом участке реки расположен только один расходный 
пост у станицы Раздорская, по которому для анализа имелся длинный ряд на-
турных данных – ежедневные уровни и расходы воды начиная с 1936 года. В 
районе Аксая и Ростова-на-Дону заметное влияние на уровни воды оказывают 
сгонно-нагонные явления, и однозначная связь расходов и уровней отсутству-
ет (по крайней мере для низких расходов). Более того, имеющиеся кривые 
связи Q(H) на постах Ростов-на-Дону и Аксай не актуализированы в области 
больших расходов воды, поскольку опираются на данные об уровнях высоких 
половодий столетней и семидесятипятилетней давности (1917 и 1942 гг.) без 
учета интенсивного антропогенного воздействия на пойму Н.Дона.