Search

Предлагаемая статья относится к разделу философии конкретной научной дисциплины – гидрологии. Она опирается на идеологию Юрия Борисовича Виноградова, учениками и последователями которого мы являемся. Статья составлена по его беседам, записям, огромному, ещё не до конца рассмотренному и обработанному наследию. Целью работы является попытка обратить внимание на такой важный и актуальный вопрос, как соотношение уровней наших теоретических разработок в гидрологии и их практического применения. В статье показано, что на данном этапе гидрология больше рассматривается как технология, чем как наука. Положительный имидж результатам исследовательских работ в области гидрологии создаёт технологический, а не профессиональный уровень исполнения. В работе рассмотрены методологические и экспериментальные аспекты «традиционной гидрологии» и «гидрологии нового поколения»; дана оценка состояния современной прикладной гидрологии; рассмотрены новые концепции прикладной гидрологии. Также в статье рассмотрены задачи оперативной гидрологии, прогнозирования гидрологических явлений и процессов, поставлены главные вопросы гидрологии – расчёты формирования речного стока. Гидрология нового поколения должна повсеместно возобладать над традиционной гидрологией 20-го века. Это должно проявиться в достижении подлинной адекватности наших моделирующих систем природе. Рассмотрена опасность неадекватного упрощения некоторых природных явлений и процессов, которое традиционно используется в расчётных методах в гидрологии. Кроме того, в статье затронуты общие вопросы, касающиеся будущего гидрологии и системы гидрометеорологических наблюдений. Первой особенностью новой системы будет использование в ней принципиально новых приборов и установок, которые должны совершить переворот в гидрометеорологической фундаментальной и прикладной науке, позволяющих иное разрешение наблюдаемых гидрометеорологических полей во времени и пространстве. Это касается и традиционных, и новых способов измерений. Если сейчас для массового моделирования формирования стока, осуществляемого по стандартным данным наблюдений сети гидрометеорологических станций, расчётный интервал времени равен суткам, то в будущем наблюдения должны проводиться с интервалами суммирования или осреднения от минут до часов.

В работе рассмотрено движение отрицательной и положительной волн попуска из водохранилища на р. Оредеж. Для расчёта распространения волны попуска использовалась модель неустановившегося движения воды. Попуск проводился 19.06.2017 и состоял из трёх фаз. В первую фазу затвор был перекрыт. Расход воды в реке упал с 3,6 до 2,5 м3/с. Через час затвор был поднят и в течение получаса произведён попуск со средним расходом 4,2 м3/с. Для наблюдения за динамикой уровней воды в реке организованы 7 постов, расположенных на расстоянии от 91,5 до 2 443 м от плотины. На большинстве створов интервал наблюдений составлял 1 минуту. При расчёте небольших волн попусков для медленно изменяющегося неустановившегося движения в случаях, когда имеются топографические материалы, целесообразно использование одномерной модели неустановившегося движения воды (уравнения Сен-Венана). В данной модели, описываемой линейными дифференциальными уравнениями в частных производных, исходные гидравлические и морфометрические характеристики задаются вдоль всего рассматриваемого участка реки. Эта модель позволяет определить рассчитываемые характеристики потока на всём рассматриваемом протяжении реки. Система разностных уравнений решается методом прогонки. В результате прямой и обратной прогонки получают значения расходов и уровней воды вдоль всего русла для очередного расчётного интервала времени. Определение величин расходов и уровней воды для последней точки последнего участка производится на основе граничных условий, к которым добавляются граничные разностные уравнения. После этого производится обратная прогонка. Эксперимент показал, что используемая модель позволяет проводить расчёты неустановившегося движения воды на малых реках при попусках сравнимых с первоначальным расходом и даже кратно меньшим. Максимальные расхождения между измеренными и рассчитанными уровнями при прохождении отрицательной волны в створах не превысили 15,0 см, положительной – 4,0 см.

Значения неразмывающих скоростей для различных типов донных отложений (связных и несвязных) приводятся в нормативной документации в виде таблиц и графиков. Кроме этого, существует ряд нормативных документов, содержащих методики их расчета. Эти методики основаны на эмпирических зависимостях, адаптированных к конкретным специфическим условиям. Расчетные значения средних неразмывающих скоростей пропорциональны глубине потока и диаметру частиц в случае размыва несвязных донных отложений. Авторами статьи сделана попытка оценить неразмывающую скорость потока путем физического подхода к проблеме в зависимости от угла внутреннего трения, расчетного сцепления несвязных донных отложений (грунтов) и глубины водной толщи над размываемым участком дна. Данный подход должен являться универсальным. Анализ полученных результатов показал, что предложенная формула расчета придонных неразмывающих скоростей во всех рассмотренных случаях дает результаты значительно больше значений, приведенных в нормативных документах для соответствующих градаций крупности несвязных донных отложений. В результате расчетов были получены неразмывающие скорости, на основании экспертной оценки, завышены в несколько раз. При изменении глубины потока от 0,5 до 10 м разброс оцененных придонных скоростей колеблется от 14 до 22% в зависимости от крупности несвязного грунта. Сделан вывод, что чем меньше частицы несвязного грунта, тем меньше отклонение рассчитанных значений придонных неразмывающих скоростей от нормативных (для крупнозернистых гравелистых песков при глубине потока 10 м отклонение от нормативных значений достигают 375-510%). Кроме того, прослеживается зависимость величин придонной неразмывающей скорости от глубины потока, что не предусмотрено нормативными документами. Авторы предлагают научному сообществу подключиться к обсуждению причин таких несоответствий. Литература Барышников Н.Б. Гидравлические сопротивления речных русел: учебное пособие. СПб.: изд. РГГМУ, 2003. 147 с. Боровков В.С., Волынов М.А. Размыв речного русла в грунтах, обладающих сцеплением // Вестник МГСУ. 2013. Том 8. № 4. С. 143-149. DOI:10.22227/1997-0935.2013.4.143-149 Виноградов А.Ю., Кадацкая М.М., Бирман А.Р., Виноградова Т.А., Обязов В.А., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Бачериков И.В., Коваленко Т.В., Хвалев С.В., Парфенов Е.А. Расчёт неразмывающих скоростей водного потока на высоте верхней границы пограничного слоя // Resources and Technology. 2019. Т. 16. № 3. С. 44-61. DOI: 10.15393/j2.art.2019.4782. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с. Кадацкая М.М., Виноградов А.Ю., Кацадзе В.А., Беленький Ю.И., Бачериков И.В., Хвалев С.В., Каляшов В.А. Анализ методов расчета неразмывающей скорости при проектировании водопропускных и водоотводных сооружений лесного хозяйства // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019. Вып. 227. С. 174-187. DOI:10.21266/2079-4304.2019.227.174-187 Кадацкая М.М., Виноградов А.Ю., Обязов В.А., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Беленький Ю.И., Бирман А.Р., Хвалев С.В., Кучмин А.В., Бачериков И.В., Коваленко Т.В. Расчет неразмывающих скоростей на высоте выступов шероховатости донных отложений // Системы. Методы. Технологии. 2020. № 1 (45). С. 80-84. DOI: 10.18324/2077-5415-2020-1-80-84 Ялтанец И.М., Тухель А.Э., Леванов Н.И., Дятлов В.М. Переработка горных пород с использованием средств гидромеханизации: Учебное пособие. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2008. 318 с.

В работе рассматривается вопрос о влиянии молевого сплава на экологическое состояние малых рек и их водосборов. Проведён анализ обстоятельств, которые привели к запрету молевого сплава, а также последствий этого решения для природы и человека. Оценены основные моменты как положительного, так и отрицательного влияния молевого сплава и предложены конкретные меры по снижению химического и механического загрязнения водных объектов. Сделан общий вывод о том, что вред экосистемам от молевого сплава не столь велик, как принято считать. Предложен конкретный план мелиоративных работ с целью улучшения рекреационных возможностей малых рек, очищения воды, улучшения состояния лесного фонда за счёт уменьшения подтопления территории. Затронутая проблема касается как состояния малых рек, так и будущего лесозаготовительной отрасли и связанного с этим развития отдалённых районов, которые в настоящее время испытывают большие демографические и экономические проблемы. Приведённые авторами аргументы показывают, что в изменившейся экономической ситуации запрет молевого сплава экономически не выгоден и даже вреден. Он препятствует дальнейшему развитию территорий Русского Севера, Сибири и Дальнего Востока. Гипотетический вред, наносимый природе молевым сплавом, не сравним с теми последствиями, которые отмечаются в результате запустения огромной территории России. На сегодняшний день наблюдается хронический упадок экономики, деградация демографической ситуации и социально-культурной инфраструктуры. Катастрофическая ситуация складывается последние десятилетия в демографии Зауральских регионов и других районах Сибири. К сожалению, огромное количество рудников и горно-обогатительных комбинатов, открытых в последние десятилетия, не рассчитаны на постоянное проживание местного населения. Посёлки при таких предприятиях имеют временный статус. Для спасения положения остаётся только лесозаготовительная и лесоперерабатывающая отрасль. Поэтому комплексный подход к проблеме молевого сплава может способствовать новому этапу развития удалённых территорий. В работе рассматривается вопрос о влиянии молевого сплава на экологическое состояние малых рек и их водосборов. Проведён анализ обстоятельств, которые привели к запрету молевого сплава, а также последствий этого решения для природы и человека. Оценены основные моменты как положительного, так и отрицательного влияния молевого сплава и предложены конкретные меры по снижению химического и механического загрязнения водных объектов. Сделан общий вывод о том, что вред экосистемам от молевого сплава не столь велик, как принято считать. Предложен конкретный план мелиоративных работ с целью улучшения рекреационных возможностей малых рек, очищения воды, улучшения состояния лесного фонда за счёт уменьшения подтопления территории. Затронутая проблема касается как состояния малых рек, так и будущего лесозаготовительной отрасли и связанного с этим развития отдалённых районов, которые в настоящее время испытывают большие демографические и экономические проблемы. Приведённые авторами аргументы показывают, что в изменившейся экономической ситуации запрет молевого сплава экономически не выгоден и даже вреден. Он препятствует дальнейшему развитию территорий Русского Севера, Сибири и Дальнего Востока. Гипотетический вред, наносимый природе молевым сплавом, не сравним с теми последствиями, которые отмечаются в результате запустения огромной территории России. На сегодняшний день наблюдается хронический упадок экономики, деградация демографической ситуации и социально-культурной инфраструктуры. Катастрофическая ситуация складывается последние десятилетия в демографии Зауральских регионов и других районах Сибири. К сожалению, огромное количество рудников и горно-обогатительных комбинатов, открытых в последние десятилетия, не рассчитаны на постоянное проживание местного населения. Посёлки при таких предприятиях имеют временный статус. Для спасения положения остаётся только лесозаготовительная и лесоперерабатывающая отрасль. Поэтому комплексный подход к проблеме молевого сплава может способствовать новому этапу развития удалённых территорий. Литература Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник для вызов. СПб: СПбЛТА, 1999. 628 с. Брюхань А.Ф., Брюхань Ф.Ф., Потапов А.Д. Инженерно-экологические изыскания для строительства тепловых электростанций. М.: МГСУ: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2010. 191 с. Брюхань Ф.Ф. Науки о Земле: учебное пособие для студентов. М.: Форум, 2011. 191 с. Великанов М.А. Гидрология суши. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1948. 530 с. Виноградов Ю.Б. Думы о гидрологии // Гидросфера. Опасные процессы и явления. 2019. Т. 1. Вып. 4. С. 555-589. DOI: 10.34753/HS.2019.1.4.555 Гайсин И.Г. Обоснование параметров технологии выгрузки плоских сплоточных единиц с воды. Дисс. … канд. техн. наук. Йошкар-Ола, 2016. 166 с. География. 8 класс: учеб. для общеобразоват. организаций / А.И. Алексеев, В.В. Николина, Е.К. Липкина и др. М.: Просвещение, 2018. 255 с. Кириллов А.К., Липин А.С., Соколов В.А. Лесной комплекс // Историческая энциклопедия Сибири: в 3 т. Том 2. Буквы К-Р. / Гл. ред. В.А. Ламин. Новосибирск: Издательство Историческое наследие Сибири, 2009. 808 с. Корпачев В.П., Малинин Л.И., Чебых М.М., Рябоконь Ю.И., Пережилин А.И. Влияние затопленной и плавающей древесной массы на водные объекты // Хвойные бореальной зоны. 2008. Т. 25. № 3-4. С. 340-343. Мурашова О.В. Гидродинамические характеристики лесосплавных плоских сплоточных единиц: Автореферат дис. ... канд. техн. наук. Архангельск, 2007. 19 с. Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д. Экология: учебник для вузов / Под ред. В.Ф. Панина. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. 327 с. Русчев Д.Д. Химия твердого топлива. Л.: Химия, 1976. 256 с. Соколова Н.А., Любезнова Н.А., Дубинка К.Ю., Леонов С.Н. Нормативное регулирование в строительстве и проектирование автомобильных дорог Российской Федерации // Евразийский союз ученых. 2016. №4-2(25). С. 122-124. Транспорт леса. В 2 т. Т. 2. Лесосплав и судовые перевозки: учебник для студ. высш. учеб. заведений / М.М. Овчинников, В.П. Полищук, Г.В. Григорьев. М.: Издательский центр «Академия», 2009. 208 с. Тюгашев Е.А., Попков Ю.В. Противоречия Российской безработицы / Человек. Труд. Занятость: научно-практическое периодическое издание. 1996. Вып. 1. Новосибирск: изд. Ин-та философии и права СО РАН, 1996. С. 66-71. Фадеева О.П. Неформальная занятость в сибирском селе // Экономическая социология: электронный журнал. 2001. Т. 2. № 2. С. 61-93. URL: https://clck.ru/LnHof (дата доступа: 23.11.2019). Харитонов В.Я., Посыпанов С.В. Опыт внедрения единого транспортного пакета вместо молевого лесосплава // Лесной журнал. 2007. №1. С. 45-52. Шегельман И.Р. Лесные трансформации (XV-XXI вв.). Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2008. 240 с.

В статье рассматривается один из основных параметров при проведении водохозяйственных расчетов – коэффициент шероховатости. Оценка его величины до настоящего времени проводится по специальным таблицам или расчетным способом. Приведены различные методы расчета коэффициента шероховатости – от оценки обратным путем по формуле Шези по результатам измерений до эмпирических зависимостей, полученных различными специалистами на основе натурных исследований. Кроме того, авторами рассмотрены формулы расчета коэффициента шероховатости на основании физических соображений. Результаты расчетов, полученных по таким зависимостям, наилучшим образом соответствуют их значениям, полученным обратным путем из формулы Шези. Приведенные в статье методы расчета апробированы на данных гидрологических постов р. Полисть – Подтополье за 1954 г. и р. Гозовка – Гоза за период 2014-2017 гг. При сравнении результатов измерений, расчетов по различным зависимостям и оценочных табличных данных сделаны следующие выводы. Потери напора в явном виде зависят от глубины потока и уклона свободной поверхности, последний параметр в неявном виде характеризует сопротивление русла. При одних и тех же расходах воды изменение величины коэффициента шероховатости может достигать десятков процентов. При различном же наполнении русла коэффициент шероховатости может измениться в несколько раз, что предопределяет соответствующие ошибки при табличной оценке коэффициента шероховатости даже для упрощенного случая – только для открытого русла. Поэтому все зависимости, учитывающие только крупность русловых отложений, принципиально не могут иметь практического применения. Общий вывод: даже при одном и том же уровне воды для упрощенных условий открытого русла без растительности, коэффициент шероховатости может отличаться в разы, что сводит к нулю все попытки в его теоретической оценке при отсутствии прямых измерений уклона, скорости и средней глубины. Литература Барышников Н.Б. Гидравлические сопротивления речных русел: учебное пособие. СПб.: изд. РГГМУ, 2003. 147 с. Барышников Н.Б., Плотки­на Н.П., Рублевская Р.М. Коэффициенты шероховатости речных русел // Динамика русловых потоков и охрана природных вод. Сборник научных трудов (межвузовский). Вып. 107 / Под ред. Н.Б. Барышникова и др. Л.: изд. ЛГМИ, 1990. С. 4-11. Виноградов А.Ю., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Бирман А.Р., Беленький Ю.И., Кадацкая М.М., Обязов В.А., Виноградова Т.А. Взаимодействие руслового потока с дном в пограничном слое // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2019а. №. 12. С. 38-43. DOI: 10.31044/1994-6260-2019-0-12-38-43 Виноградов А.Ю., Минаев А.Н., Кадацкая М.М., Кучмин А.В., Хвалев С.В. Расчет значений параметров И.И. Никурадзе и Т. Кармана в зависимости от температуры воды и крупности донных отложений // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019б. Вып. 229. С. 196-204. DOI: 10.21266/2079-4304.2019.229.196-204 Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с. Железняков Г.В. Пропускная способность русел и каналов рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 308 с. Косиченко Ю.М. Влияние эксплуатационных факторов на пропускную способность земляных русел каналов // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2011. № 3(03). С. 55-68. Мамедов А.Ш. Об определении коэффициента шероховатости рек [Электронный ресурс] // Труды VII Всероссийского гидрологического съезда (г. Санкт-Петербург, 19-20 ноября 2013 г.). URL: https://clck.ru/LfhCf (дата обращения: 26.05.2019). Снищенко Б.Ф. К.В. Гришанин и учение о динамике русловых потоков // Журнал университета водных коммуникаций. 2010. Вып. 2 (6). С. 10-18. Триандафилов А.Ф, Ефимова С.Г. Гидравлика и гидравлические машины: учебное пособие. Сыктывкар: изд. СЛИ, 2012. 212 с.

Работа посвящена вопросу расчета размеров прорана в грунтовых плотинах при переливе воды из водохранилища через гребень и максимального расхода волны прорыва. Были проанализированы методы расчета, прописанные в нормативных документах и рекомендованные контролирующими органами. Выполнен расчет морфометрических характеристик прорана и максимальных расходов прорывной волны различными методами для конкретных объектов, сравнение с экспертными оценками этих параметров. Отмечено, что изложенная в двух нормативных документах методика, не имеет под собой физического обоснования, поскольку полученные размеры прорана и параметры волны прорыва не зависят от первоначального объема воды в водохранилище. В свою очередь расчетная схема другого нормативного документа не учитывает такой фактор, как время размыва и результат расчета отличается в разы при различном заданном шаге глубины размыва. Для данного документа характерно использование эмпирических соотношений, которые имеют довольно узкий диапазон использования, а также недоучет связи между формированием прорана и величиной сброса воды. Из-за недостаточной обоснованности рекомендованных методик и больших несоответствий с экспертными оценками возникает необходимость создания новых альтернативных методов расчета. В данной статье рассмотрено 2 таких метода, разработанных в различных организациях. Первый метод косвенно учитывает материал плотины через расчет неразмывающей скорости. В основе второго метода лежит физический процесс размыва, что выгодно отличает его от других. В качестве проверки расчетных значений были использованы данные о нескольких произошедших в последнее время катастрофических прорывах грунтовых плотин. Результаты сравнения позволяют сделать вывод о том, что альтернативные методы дают большую точность. На основе вышесказанного можно сделать предварительный вывод о необходимости пересмотра существующих нормативных документов. Литература Бобков С.Ф., Боярский В.М., Векслер А.Б., Швайнштейн A.M. Основные факторы учета пропускной способности гидроузлов при декларировании их безопасности // Гидротехническое строительство. 1999. №4. С. 2-9. Кадацкая М.М., Виноградов А.Ю., Кацадзе В.А., Беленький Ю.И., Бачериков И.В., Хвалев С.В., Каляшов В.А. Анализ методов расчета неразмывающей скорости при проектировании водопропускных и водоотводных сооружений лесного хозяйства // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019. Вып. 227. С. 174-187. DOI: 10.21266/2079-4304.2019.227.174-187 Катастрофы конца XX века / Под ред. В.В. Владимирова. М.: Издательство Геополитика, 2001. 400 с. Малик Л.К. Чрезвычайные ситуации, связанные с гидротехническим строительством ретроспективный обзор // Гидротехническое строительство. 2009. №12. C. 2-16 Пономарчук К.Р. Оценка параметров развития прорана при разрушении грунтовой плотины // Природообустройство. 2011. №3. С. 77-82. Чугаев Р.Р. Гидравлика: учебник для вузов. Л.: Энергоиздат, 1982. 672 с. Фролов Д.И., Волосухин В.А. Совершенствование российского законодательства по безопасности гидротехнических сооружений // Бюллетень «Использование и охрана природных ресурсов в России». 2012. №6. С. 17-21