Численная гидродинамическая модель протяженного участка р. Урал и ее применение для оценки рисков затопления селитебных территорий наводнениями и волнами прорыва

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Построена численная гидродинамическая модель участка р. Урал от Ириклинского водохранилища (включая последнее) до створа в 30 км ниже впадения р. Сакмары; таким образом, общая протяженность модели составила >700 км. Для уменьшения времени разработки модели и ускорения калибровочных и вариантных расчетов участок разбит на 3 последовательных по длине русла части, стыковка между ними происходит посредством задания согласованных граничных условий. Моделирование выполняется на основе отечественного высокоточного программного комплекса STREAM 2D CUDA с учетом резких перепадов отметок дна и многофракционного состава грунта. Проведена калибровка модели на постоянные расходы воды. Выполнены расчеты половодья обеспеченностью 1% и волны прорыва Ириклинского гидроузла при двух сценариях. Получены максимальные уровни воды, глубины и зоны затопления. Выявлен эффект многократного увеличения крутизны переднего фронта паводковой волны на протяжении рассматриваемой области.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Беликов

Институт водных проблем РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: belvv@bk.ru
Россия, Москва, 119333

Н. М. Борисова

Институт водных проблем РАН

Email: belvv@bk.ru
Россия, Москва, 119333

Е. С. Васильева

Институт водных проблем РАН

Email: vasilevaes@yandex.ru
Россия, Москва, 119333

А. В. Глотко

Институт водных проблем РАН; Национальный исследовательский Московский Государственный строительный университет (НИУ МГСУ)

Email: vasilevaes@yandex.ru
Россия, Москва, 119333; Москва, 129337

Т. А. Фёдорова

Институт водных проблем РАН

Email: belvv@bk.ru
Россия, Москва, 119333

Список литературы

  1. Алексюк А.И., Беликов В.В. Моделирование течений мелкой воды с областями обмеления и разрывами дна // Журн. вычислительной математики и математической физики. 2017. Т. 57 (2). С. 316–338.
  2. Алексюк А.И., Беликов В.В. Свидетельство 2017660266 Российская Федерация. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ. Программный комплекс STREAM 2D CUDA для расчета течений, деформаций дна и переноса загрязнений в открытых потоках с использованием технологий Compute Unified Device Architecture (на графических процессорах NVIDIA). № 2017617252. Опубл. 20.09.2017. Реестр программ для ЭВМ. 1 с.
  3. Беликов В.В. Вычислительный комплекс “TRIANA” – генератор сеток треугольных конечных элементов в произвольных плоских областях. ГосФАП СССР. П007705. 1984.
  4. Беликов В.В., Алексюк А.И. Модели мелкой воды в задачах речной гидродинамики. М.: РАН, 2020. 346 с.
  5. Беликов В.В., Алексюк А.И., Борисова Н.М., Васильева Е.С., Глотко А.В. Особенности численного гидродинамического моделирования протяженных участков рек // Вод. ресурсы. 2023. Т. 50. № 4. С. 367–384.
  6. Беликов В.В., Алексюк А.И., Борисова Н.М., Васильева Е.С., Глотко А.В. Численное моделирование течений и деформаций дна в бьефах гидроузлов. М.: ЯНУС-К, 2023. 304 с.
  7. Беликов В.В., Алексюк А.И., Васильева Е.С. Численное моделирование волн прорыва. М.: РАН, 2023. 301с.
  8. Беликов В.В., Милитеев А.Н., Кочетков В.В. Свидетельство 2001610638 об официальной регистрации программы для ЭВМ. Комплекс программ для расчета волн прорыва (БОР). № 2001610454. 2001. Реестр программ для ЭВМ. 1 с.
  9. Беликов В.В., Семенов А.Ю. Метод Годунова с модификацией Колгана для численного решения двумерных уравнений мелкой воды // Тр. X конф. молодых ученых Моск. физ.-техн. ин-та (1985). Деп. в ВИНИТИ Ч. 1. № 5983-85 Деп. с. 179–214.
  10. Беликов В.В., Семенов А.Ю. Численный метод распада разрыва для решения уравнений теории мелкой воды // Журн. вычисл. математики и математ. физики. 1997. Т. 37. № 8. С. 1006–1019.
  11. Васильева Е.С., Беликов В.В. Численное моделирование каскадной гидродинамической аварии на Верхнеуральской и Магнитогорской плотинах // Гидротехн. стр-во. 2023. № 8. С. 36–44.
  12. Глобальная цифровая модель поверхности ALOS “ALOS World 3D-30m (AW3D30)” https://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/dataset/aw3d30/aw3d30_e.htm
  13. Декларация безопасности ГТС Ириклинской ГЭС. Рег. № 22-22 (05) 0030-00-ГЭС. Утв. 21 декабря 2021 г. п. Энергетик, Оренбургская обл., 2021.
  14. Основные положения правил использования водных ресурсов Ириклинского водохранилища на р. Урале. М.: Мин-во мелиорации и водного хозяйства РСФСР, Упр. по регулированию использования вод. ресурсов, 1973.
  15. Проект правил использования водных ресурсов Верхне-Уральского, Магнитогорского и Ириклинского водохранилищ. Екатеринбург: СевКавНИИВХ, 2013 г.
  16. Aleksyuk A.I., Belikov V.V. The uniqueness of the exact solution of the Riemann problem for the shallow water equations with discontinuous bottom // J. Comp. Phys. 2019. V. 390. P. 232–248. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2019.04.001
  17. Aleksyuk A.I., Malakhov M.A., Belikov V.V. The exact Riemann solver for the shallow water equations with a discontinuous bottom // J. Comp. Phys. 2022. V. 450. P. 110801. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2021.110801

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расположение участков гидродинамических моделей в долине р. Урал.

Скачать (162KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вид на Ириклинский гидроузел со стороны нижнего бьефа.

Скачать (241KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Набережная и пляж г. Оренбурга.

Скачать (197KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ЦМР расчетного участка для моделей 1 и 2.

Скачать (410KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ЦМР в районе г. Оренбурга, модель 3.

Скачать (456KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Фрагмент расчетной сетки и контрольные точки модели 1, схематизация Ириклинского гидроузла.

Скачать (233KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сопоставление зависимостей объемов Ириклинского водохранилища от уровня воды из ПИВР и полученной на численной модели.

Скачать (72KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Результаты калибровки модели 2 на гидропосту “Орск”.

Скачать (66KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Результаты калибровки модели 3 на гидропосту “Оренбург”.

Скачать (61KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Трансформация гидрографа половодья расчетной обеспеченностью 1% по длине расчетного участка.

Скачать (100KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Максимальные скорости течения в районе г. Орска при аварии на Ириклинской плотине по сценарию 1.

Скачать (925KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Максимальные глубины затопления в городах Орске (а) и Оренбурге (б) при аварии на Ириклинской плотине по сценарию 1.

Скачать (800KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Трансформация гидрографов прорывного паводка при аварии на Ириклинской плотине по сценарию 2.

Скачать (89KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».