Some aspects of modeling bed processes in trained rivers

Abstract

Physical modeling of sediment transport and morphology in rivers as well as wastewater dilution processes are closely related to the modeling of macro turbulent fluctuations. The physical modeling of hydraulic macro turbulent fluctuations is complicated and underestimated. The study of turbulent flow structure and verification as well as model calibration is required in this case. Some methods of model verification by means of kinematics and turbulent coefficients scaling αKa, α x and αkare presented in the paper. Experience in hydraulic modeling of bed processes in the Neris and Nemunas rivers contributed to the viable results. As laboratory tests showed, after the scales of the Nemunas bed had been distorted 12 times, the turbulence of modeled flow increased causing 3 times more intensive wastewater dilution processes in a physical model of the Nemunas bed. When modeling the bed processes of the Neris in Vilnius in a hydraulic model with the scale distorted 6,7 times, it was determined that a more intensive turbulence caused a 25 % thinner bed soil layer and nearly 3 times higher velocity of vertical turbulent flow. This was considered when calculating the results obtained in a model into natural ones and when choosing proper means for designing riverbed hydraulic structures. Vaginių procesų reguliuojamose upėse modeliavimas Santrauka Vaginių procesų reguliuojamose upės dalyse bei dugninių nešmenų judėjimo modeliavimas labai siejasi su prototipo turbulentinių fliuktuacijų modeliavimu. Tai būdinga ir šiuo būdu tiriant kanalizuoto vandens išleidimo, sklaidos bei susimaišymo procesus reguliuojamose upėse. Turbulentinių tėkmių fliuktuacijų modeliavimas sudėtingas ir iki šiol mažai tyrinėtas. Straipsnyje, atsižvelgiant į turbulentinių fliuktuacijų bei kinematiškumo mastelius αKa; α x ir α k , pateikiama keletas atliekant hidraulinį modeliavimą gautų tėkmės charakteristikų perskaičiavimo būdų. Akcentuojama, kad norint perskaičiuoti taip gautus rezultatus į natūrinius, būtina daugiau dėmesio skirti turbulentinės tėkmės struktūrai ir taikomų fizinių modelių verifikavimui bei kalibravimui. Aprašyti ir konkretus šių perskaičiavimų pritaikymo pavyzdžiai tiriant Neries ir Nemuno reguliuojamų ruožų kinematiką. Laboratoriniai matavimai parodė, kad 12 kartų iškreipus Nemuno vagos mastelius, padidėja modeliuojamos tėkmės turbulentiškumas, kartu 3 kartus suintensyvėja išleidžiamu į upę teršalų sklaidos bei susimaišymo procesai Nemuno vagos fiziniame modelyje. Modeliuojant vaginius procesus Neryje Vilniaus mieste, 6,7 karto iškreipto mastelio hidrauliniame upės modelyje gauta, kad dėl padidėjusio turbulentiškumo 25 % sumažėja lyginamasis priedugnio sluoksnio storis ir beveik 3 kartus padidėja turbulentinis vertikalusis sūkurių kilimo greitis. Į tai atsižvelgta perskaičiuojant modelyje gautus duomenis į natūrinius ir parenkant upių vagų reguliavimo būdus bei priemones. Reikšminiai žodžiai: vaginiai procesai, turbulentinės tėkmės, hidraulinis modeliavimas, masteliai First Published Online: 14 Oct 2010

Keywords

• bed processes
• turbulent flow
• hydraulic modeling, scales