Влияние гидродинамических режимов на смешение вод сливающихся рек

Аннотация

В настоящее время широко обсуждается наблюдаемое в ряде случаев значительное ослабление интенсивности поперечного перемешивания вод при слиянии крупных рек. Поскольку особенности смешения крупных водотоков имеют не только познавательный интерес, но и значительное хозяйственное значение, исследованию этой проблемы посвящено большое число работ. Эксплуатация водных ресурсов требует проведения на водных объектах мер по организации водопользования, которое может быть рациональным только при понимании происходящих в водоемах процессов. Для объяснения интересного и важного с точки зрения экологии «подавления» поперечного перемешивания предлагается весьма широкий спектр гипотез, вплоть до отрицания турбулентности в реках. Одним из возможных механизмов, вызывающих это явление, может быть поперечная циркуляция, проявляющаяся как вторичные течения второго рода по Прандтлю. Характерная скорость циркуляционных потоков очень мала и трудно поддается прямому инструментальному измерению, однако, по мнению авторов настоящей работы, циркуляционные потоки могут значительно затруднить поперечное перемешивание при слиянии. Выдвигаемая гипотеза апробирована в вычислительных экспериментах в рамках трехмерной постановки для размеров реального водного объекта - реки Кама, при впадении в нее реки Вишера. Расчеты показали, что при достаточно больших расходах на протяжении больших расстояний от места слияния воды рек практически не перемешиваются в горизонтальном направлении по всей глубине. Обнаружено, что ниже места слияния формируется двухвихревое течение, которое и служит причиной ослабления перемешивания; при этом движение жидкости в вихрях таково, что вблизи свободной поверхности она перемещается от берегов к середине русла.