Просторно течење на речним ушћима (утицајни чиниоци)

Abstract

Монографија се бави изучавањем хидраулике ушћа великих алувијал­ них водотока и ушћа у велике алувијалне водотоке. Течење на овак­ вим ушћима је изразито мирно (Fr < 0,3), а нанос који пристиже са узвод­ них деоница нагомилава се на ушћу стварајући наплавине које се време­ ном претварају у подводне каскаде, па су корита притоке, а не ретко и реке узводно од ушћа, издигнута изнад дна корита које исходи из ушћа. Овако сложена морфологија речног дна додатно усложњава већ компликовану струјну слику насталу спајањем сустичућих токова. Стога је за успешно пројектовање: 1) регулационих радова на уређењу речних ушћа (посебно у насељима подигнутим на његовим обалама), 2) мера за заштиту од поплава и 3) подводних прелаза водовода, гасовода или нафтовода, као и за предузимање мера за ублажавање последица термалног, хемијског или биолошког загађења у периодима малих вода, неопходно добро познавање природе течења на речним ушћима са издигнутим дном притоке. Утицај различитих геометријских (морфолошких) и хидролошко-хидрауличких чинилаца на хидраулику речних ушћа разматра се помоћу нумеричког модела просторног течења. Прво се променом степена издигнутости дна притоке утврђује како и у којој мери издигнуто дно притоке утиче на струјање у области хидродинамичког утицаја ушћа. Потом се за најучесталију вредност степена издигнутости дна притоке (hp / hn = 0,50, објављену у литератури) испитује утицај осталих морфолошких чинилаца (угла улива, односа ширина корита притоке и реке и узводне закривљености трасе притоке). Разматрају се следећи случајеви: доминација притоке над ре­ ком, равноправан утицај оба сустичућа тока и доминација реке над притоком. Захваљујући коришћењу модела просторног течења ова монографија показује да вредност коефицијента корекције средње вредности угла скре­ тања тока на ушћу, која се користи у линијским моделима ушћа, није конс­ тантна као што се до сада претпостављало, већ да зависи и од угла улива и од односа сила инерције притоке и реке.

This monograph deals with the three-dimensional flow in large alluvial river con uences. These confluences are characterised by the subcritical flow (Fr < 0.3) and the deposition of coarser sediments at the entrance to the confluence. A gradual growth of sediment deposits and a bed scour within the confluence, result in the development of backward facing steps (or avalanches) in the riverbed, thus creating a difference in bed elevations between the converging and post-confluence channels. The complex riverbed morphology in turn enhances already complicated flow patterns caused by the collision of the combining flows. The comprehensive understanding of flow characteristics in confluences with bed elevation discordance between the tributary and main-river channels is, therefore, of crucial importance for: 1) the design of river training works at river confluences (especially when a settlement is situated at the confluence) and water supply, gas and fuel pipeline crossings, 2) the flood routing and flood management and 3) geomorphologic and environmental studies. A three-dimensional numerical model is used to study the role of different geometric (morphological), hydrological and hydraulic controls. The role of the difference in bed elevations between the tributary and main-river channels is considered first by changing the value of the bed elevation discordance ratio (DzT / hPCC). Consequently, the roles of the other geometric controls (the junction angle, the channel-width-ratio of the converging channels and the upstream planform curvature) are studied for the common zT / hPCC value of 0.5 (as reported in literature). Three possible hydraulic scenarios are analysed: the dominance of the tributary flow, equal contributions of the combining flows and the dominance of the main-river flow. It is shown that the value of the correction coefficient for the mean flow angle d at the tributary entrance to the confluence (which is used in a 1D analytical model of a confluence) is not constant, i.e. it is shown that it depends on both the junction angle and the momentum ratio of the combining flows.