Речной гидродинамики

Часть I. Теоретическое описание течений мелкой воды
81

---

Рис. 3.2.11.
Рассчитанные модули скоростей течения (м/с) при расходе 40 л/с и различной 
густоте сетки. Жидкость течет справа налево. Цифры по осям – координаты в метрах
Во время экспериментов проводились замеры уровня воды в двух фикси-
рованных точках в верхнем и нижнем бьефах (выше и ниже «застроенного» 
участка). Замеры проводились с помощью пьезометра, после чего перево-
дились в абсолютные отметки. Поскольку измерения уровня проводились 
непрерывно и с весьма большой частотой, это позволило также выявить 
пульсации уровня воды. В тех же поперечных створах, где были установ-
лены пьезометры, проводились измерения скоростей потока при помощи 
вертушки. Измерения проводились на вертикалях через каждые 5 см по 3 
замера в каждой точке, что, с учетом пульсаций, позволяет получить доста-
точно точный профиль скоростей. Учитывая относительно небольшие глу-
бины в эксперименте (от 3 до 15 см), принималось, что изменение скорости 
течения по вертикали существенно меньше горизонтального, и им можно 
пренебречь. Фиксировалось также положение гидравлического прыжка в 
нижнем бьефе.
Размер
ячейки – 10 см
Размер
ячейки – 5 см
Размер
ячейки – 2,5 см
Размер
ячейки – 1 см
82
Модели мелкой воды в задачах речной гидродинамики

---

После обработки полученных результатов были проведены численные 
эксперименты, в которых моделировался режим течений в лотке при ка-
ждом наборе условий.
Одной из главных целей численных экспериментов было изучение влия-
ния размера расчётной сетки на результаты. Были построены 4 варианта сет-
ки: со сторонами ячеек около 10 см (сторона ячейки равняется ширине пре-
пятствия), 5 см (две ячейки на препятствие), 2,5 см (4 ячейки) и 1 см (10 ячеек 
на ширину препятствия). На каждом из вариантов сетки были проведены рас-
чёты для расходов 10 л/с и 40 л/с. Поскольку априори было очевидно, что поле 
скоростей при подобном загрублении от 10 ячеек до 1 будет существенно от-
личаться, в основном анализировались две характеристики потока – уровни 
воды в верхнем и нижнем бьефах и положение гидравлического прыжка.
Как видно из представленных на Рис. 3.2.11 распределений скоростей те-
чения для расхода 40 л/с, при наиболее грубой расчётной сетке – 1 ячейка на 
ширину препятствия – результаты весьма далеки от реальности, а гидрав-
лический прыжок находится слишком близко к застроенной зоне и сильно 
размазан. Скорости течения между препятствиями повышаются, но несу-
щественно. Однако уже при сгущении сетки до 2 ячеек на препятствие по-
ложение и форма прыжка ближе к экспериментальным данным, появляются 
застойные зоны за препятствиями и зоны повышенных скоростей между 
ними. Также слабо выделяются косые волны в нижнем бьефе, которые при 
дальнейшем сгущении сетки становятся намного более ярко выраженны-
ми. Положение гидравлического прыжка практически идеально моделиру-
ется на наиболее густой сетке (измеренное расстояние до него в экспери-
менте – 1,32 м от нижнего края застроенной зоны, что соответствует 1,8 м 
по продольной шкале на Рис. 3.2.11).