Турбулентная вязкость и гидравлическое сопротивление в приливных устьях рек

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅或者付费存取

详细

В ходе полевых гидрометрических работ в устьях рек Беломорского бассейна получены данные, касающиеся особенностей динамики реверсивных приливных течений. Среди изученных в 2015–2022 гг. устьевых участков приливных рек наиболее интересные результаты получены в мезоприливном устье р. Кянды, впадающей в Онежский залив Белого моря, и в макроприливном устье р. Сёмжи, впадающей в эстуарий Мезени. Суть используемого метода полевых исследований состояла в синхронном измерении расходов воды акустическими доплеровскими профилографами и уровней воды автономными барометрическими регистраторами в двух поперечных сечениях, находящихся на разном удалении от устьевого створа реки, в течение полного полусуточного приливного цикла. Результаты данных измерений использовались для расчета членов уравнения движения системы Сен-Венана и коэффициентов гидравлического сопротивления. Установлено, что на приливных участках рек гидравлическое сопротивление существенно изменяется в течение приливного цикла. В периоды квазиустановившегося течения воды в обоих направлениях в прилив и отлив значения коэффициента гидравлического сопротивления Дарси–Вейсбаха составляют 0.04–0.07, что свойственно рекам со сходными морфологическими характеристиками русла. Однако в нескольких случаях, в периоды, близкие к смене направления течений, коэффициент гидравлического сопротивления принимал отрицательные значения. Одна из возможных трактовок этого феномена – отрицательная турбулентная вязкость, проявляющаяся в определенные фазы приливного цикла, когда энергия вихревых образований может передаваться поступательному движению водной массы.

全文:

受限制的访问

作者简介

А. Алабян

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт водных проблем РАН

编辑信件的主要联系方式.
Email: andrei_alabyan@mail.ru

географический факультет

俄罗斯联邦, 119991, Москва; 119333, Москва

Е. Панченко

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт водных проблем РАН

Email: andrei_alabyan@mail.ru

географический факультет

俄罗斯联邦, 119991, Москва; 119333, Москва

参考

  1. Алабян А.М., Панченко Е.Д. Гидравлическое сопротивление в приливных устьях и феномен “отрицательного трения” в речной гидравлике // Инженерные изыскания. 2017. № 3. С. 24–32.
  2. Алабян А.М., Панченко Е.Д., Алексеева А.А. Особенности динамики вод в приливных устьях малых рек бассейна Белого моря // Вестн. Московского ун-та. Сер. 5, География. 2018. № 4. С. 39–48.
  3. Великанов М.А. Динамика русловых потоков. Т. 1. Структура потока, М.: Гос. изд-во тех.-теорет. лит., 1954. 324 с.
  4. Высоцкий Л.И. Существуют ли зоны с отрицательной вихревой вязкостью в продольно-однородных турбулентных потоках? // Инженерно-строител. журн. 2013. № 2. С. 48–53.
  5. Высоцкий Л.И., Высоцкий И.С. Продольно-однородные осредненные турбулентные потоки. СПб.: Лань, 2015. 672 с.
  6. Дебольский В.К., Зырянов В.Н., Мордасов М.А. О турбулентном обмене в приливном устье при наличии ледяного покрова // Динамика и термика рек и водохранилищ. М.: Наука, 1984. С. 279–290.
  7. Жмур В.В., Белоненко Т.В., Новоселова Н.В. и др. Вытягивание мезомасштабных вихрей океана в субмезомасштабные вихревые нити как способ передачи энергии по каскаду размеров. Проявление свойств отрицательной турбулентной вязкости при вытягивании вихрей // Моря России: вызовы отечественной науки. Севастополь, 2022. С. 47–48.
  8. Калякин А.М., Чеснокова Е.В., Тесля М.В. Некоторые свойства границы в потоках с отрицательной турбулентной вязкостью // Социально-экономические проблемы жилищного строительства и пути их решения в период выхода из кризиса. Саратов: СГТУ, 2010. С. 208–211.
  9. Караушев А.В. Речная гидравлика. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 416 с.
  10. Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой жидкости при очень больших числах Рейнольдса // ДАН СССР. № 4. 1941. С. 299–303.
  11. Лебедева С.В., Алабян А.М., Крыленко И.Н., Федорова Т.А. Наводнения в устье Северной Двины и их моделирование // Геориск. 2015. № 1. С. 18–25.
  12. Маккавеев В.М. Вопросы структуры осредненного поля скоростей турбулентных водных потоков // Тр. ГГИ. Вып. 22 (76). 1950.
  13. Маслоу С.А. Неустойчивость и переход в сдвиговых течениях // Гидродинамические неустойчивости и переход к турбулентности / Под ред. Х. Суинни, Дж. Голлаба. М.: Мир, 1984. С. 218–270.
  14. Машкович С.А., Вейль И.Г. О влиянии точности данных о горизонтальной структуре тропического циклона на численный прогноз его перемещения // Метеорология и гидрология. 2004. № 9. С. 14–20.
  15. Мискевич И.В., Алабян А.М., Демиденко Н.А. и др. Формирование высокой мутности вод в малых приливных эстуариях Белого и Баренцева морей // Вестн. Московского ун-та. Сер. 5, География. 2022. Т. 4. С. 142–153.
  16. Мискевич И.В., Алабян А.М., Коробов В.Б. и др. Исследования короткопериодной изменчивости гидролого-гидрохимических характеристик устья реки Кянда в Онежском заливе Белого моря (28 июля – 15 августа 2016 г.) // Океанология. 2018. Т. 58. № 3. С. 369–373.
  17. Михайлов В.Н. Динамика потока и русла в неприливных устьях рек. М.: Гидрометеоиздат, 1971. 260 с.
  18. Монин А.С. Предисловие к русскому изданию книги В. Старра “Физика явлений с отрицательной вязкостью”. М.: Мир, 1971. С. 5–8.
  19. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Механика турбулентности. Ч. 1. М.: Наука, 1965. 640 с.
  20. Обухов А.М. О распределении энергии в спектре турбулентного потока // Изв. АН СССР. Сер. геогр. и геофиз. 1941. № 4–5.
  21. Панченко Е.Д. Моделирование проникновения осолоненных вод в устья малых рек бассейна Белого моря // Моря России: исследования береговой и шельфовой зон. Севастополь, 2020. С. 454–456.
  22. Слезкин Н.А. Динамика вязкой жидкости. М.: Гостехиздат, 1955. 512 с.
  23. Старр В. Физика явлений с отрицательной вязкостью. М.: Мир, 1971. 261 с.
  24. Терский П.Н., Панченко Е.Д., Горин С.Л. и др. Исследования зимнего режима устьев рек Белого моря в 2017–2020 гг. // Океанология. 2021. Т. 61. № 6. С. 1006–1008.
  25. Фидман Б.А. Турбулентность водных потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 240 с.
  26. Форхгеймер Ф. Гидравлика. М.; Л.: ОНТИ, 1935. 616 с.
  27. Arakawa H. On the time rate of work done by the eddy stresses in the free air, and the maintenance of westerlies in middle latitudes // J. Meteorol. 1953. 10. № 5. P. 392–393.
  28. Boussinesq J. Theorie de l’ecoulement tourbillomant et tumulteux des liquides dans les lits rectilingnes a grande section. Paris: Gauthier-Villars, 1897. 88 р.
  29. Charney J.G. On the physical basis for numerical prediction of large scale motions in the atmosphere // J. Meteorol. 1949. № 6. P. 371–385.
  30. Lorenz E.N. Interaction between a mean flow and random disturbances // Tellus. 1953. V. 5. № 3. P. 238–250.
  31. McDowell D.M., O’Connor B.A. Hydraulic behavior of estuaries. London: Macmillan Press., 1977. 292 p.
  32. Panchenko E., Alabyan A. Friction factor evaluation in tidal rivers and estuaries // METHODSX. 2022. V. 9. P. 101669. doi: 10.1016/j.mex.2022.101669
  33. Reynolds O. On the dynamical theory of incompressible viscous fluids and the determination of the criterion // Philosophical transactions of the Royal Society. 1884. A. CL 26. 123 p.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Map of the research objects – the Kyanda and Semzha rivers.

下载 (284KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Scheme for calculating the terms of the equation of motion.

下载 (47KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Changes in the hydraulic resistance coefficient λ, turbulent viscosity coefficient νт, average flow velocity u and water levels during the tidal cycle: a – on the Kyanda River on 04.08.2016; b – on the Semzha River on 14.08.2018.

下载 (221KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Change in average flow velocity and water levels on the Kyanda River on 04.08.2016: a – during the high tidal cycle; b – during the low tidal current from 11 a.m. to 1 p.m.

下载 (195KB)
索引源数据
6. Fig. 5. The water surface on the tidal section of the Kyanda River at the moment of the current reversal.

下载 (516KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024