25218 (586578), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Таблица 5.2. Распределение поверхностной температуры воды по ширине р. Волги выше узла впадения р. Вазуза

L, м от л.б	1,8	4,3	6,8	9,3	11,8–21,8	24,3	26,8	29,3	31,8	34	36,8	39,3
Темпера-тура, 0С	22,4	22,2	22,2	22,1	22,1	22,1	22,2	22,3	22,3	22,3	22,4	22,4

В анализе поперечного распределения температуры воды использованы данные автора, полученные на р. Оке (рис. 5.1), в июне 2007 г. (см. гл. 4). Представление о неоднородности поверхностной температуры воды по ширине потока дает (табл. 5.3). Аномалии температуры воды не превышали 0,29⁰С.

Таблица 5.3. Распределение поверхностной температуры воды в поперечном сечении р. Ока (д. Трегубово, июнь 2007 г.)

L, м от л.б	10	42	82	130	189	239	262
Температура, 0С	23,39	23,23	23,13	23,10	23,10	23,19	23,29

Дополнительные сведения автором получены в районе слияния рр. Протва и Исьма в июле 2008 г. (см. гл. 4). Для анализа использованы и данные распределения поверхностной температуры воды по ширине потока на плесе и перекате р. Протва и один из температурных профилей (№6) на р. Исьма.

5.3 Анализ результатов натурных исследований

По измерениям на Оке (Соколова, 1951) изменение температуры воды в поперечном сечении (Δθ_п) в различные месяцы колебалось от 0,1⁰С в июне до 0,6⁰С в сентябре и октябре (при расчете этих величин производилось осреднение данных за утренние и вечерние сроки наблюдений). Наибольшие величины Δθ_п наблюдались в июне в утренние (до 1,6⁰С) и дневные часы (до 0,8⁰С). Измерения на р. Амударья (кишл. Чатлы) также показали небольшие среднемесячные величины Δθ_п: 0,3⁰С в июне, августе, сентябре и октябре, и 0,4⁰С в июле (Соколова, 1951). Данные срочных наблюдений на р. Каратал (пост Уш-Тюбе) показали большую изменчивость температуры воды в поперечном сечении потока: 0,1–0,5 утренние (8:00) и вечерние (18:00) часы и 1,2–1,3 в 10:00 – 12:00. Эти отличия дают представления о роли теплообмена между водной массой и атмосферой для рек различного размера, находящихся в разных климатических и орографических условиях.

Измерения на р. Индигирка (пос. Воронцово) в сентябре 1942 г. показали (Соколова, 1951), что величина Δθ_п изменяется от 0 до 1⁰С, а в среднем она равна 0,36⁰С. Наблюдения на р. Оленек (пост. Сухана) в июле – сентябре 1940 г. демонстрируют аналогичную (среднюю за период измерений) величину Δθ_п = 0,28⁰С при диапазоне изменения аномалий 0,11 – 0,39⁰С (Соколова, 1951). Наибольшая изменчивость температур в поперечном сечении обнаружена на р. Лена (с. Солянка). В июне–октябре среднее значение Δθ_п составляло 2,42⁰С при диапазоне изменчивости Δθ_п от 0,4 до 5,85⁰С. Повышенные величины Δθ_п, вероятно, связаны с большим размером реки. Ширина Лены составляла 1,4 км, а всех других рассмотренных рек – не превышала 500 м.

Для Волги и Вазузы изменение температуры воды по ширине рек в среднем составляло 0,98⁰С при диапазоне величины Δθ_п = 0,2 3,1⁰С. Повышенные значения Δθ_п связаны, вероятно, с более распластанным руслом, наличием больших по площади мелководных зон, где наблюдается более интенсивное изменение теплосодержания воды. Средние величины поперечных градиентов температуры воды на разных профилях Волги и Вазузы (см. рис. 4.1) представлены в табл. 5.4. Из анализа таблицы следует, что средние по профилю температурные градиенты в большинстве случаев не превышают величины 0,1⁰С/м и больше 0,01⁰С/м. Средняя величина градиентов для Волги и Вазузы составляет 0,051⁰С/м. Величина градиентов температуры воды в разных створах рек колеблется от 0 до 0,54⁰С/м. Наибольшие градиенты наблюдаются в прибрежных зонах потоков. Показателем этого может служить средний градиент для Волги и Вазузы без учета значений прибрежных градиентов. Эта величина равна 0,26⁰С/м, т.е. в два раза меньше по сравнению со средней величиной при учете теплового состояния прибрежных зон.

Таблица 5.4. Средние градиенты температуры воды в створах рр. Волга и Вазуза

№ профиля	0 (Вазуза)	0 (Волга)	1а	1б	2	4	5	6	7
gradθ,0C/м	0,12	0,015	0,09	0,06	0,09	0,02	0,04	0,01	0,01

Измерения автора на р. Оке в июне 2007 г. обнаружили максимальное изменение температуры воды от 0,23 до 0,69⁰С в разных поперечных сечениях (рис. 5.2). Средняя величина аномалий температуры для всей реки 0,36⁰С. Средний по каждому профилю поперечный градиент температуры воды изменялся от 0,00166 до 0,00523⁰С/м при среднем значении 0,0031⁰С/м (эта же величина является средней характеристикой gradθ для всей реки). Величина максимального gradθ изменяется для разных профилей от 0,0028 до 0,14⁰С/м. Наибольшая величина градиентов чаще всего характерна для прибрежных зон водного потока: без учета береговых значений средний градиент изменения температуры воды в поверхностном слое для Оки равен 0,0015⁰С/м, т.е., как и на Волге, Вазузе, прибрежные зоны потока обеспечивают поперечную изменчивость температуры воды на 50%.

В периоды дневного, синоптического или сезонного нагревания температура воды быстрее повышается у берегов, чем на стрежне потока (рис. 5.1). В периоды ночного, синоптического или сезонного охлаждения водной массы температура у берегов ниже, чем на стрежне потока (рис. 5.3). Повышенная изменчивость температуры прибрежной части рек связана не только с меньшей глубиной водного потока в этой части русла, но и, вероятно, с влиянием температуры берегов, которые, в силу меньшей теплоемкости, реагируют на изменение составляющих теплового баланса земной поверхности быстрее, чем вода.

5.4 Аналитические результаты

В соответствии с формулой (3.22) температура воды в каждой точке поперечного профиля изменяется в зависимости от , , глубины потока и шероховатости русла , а также от коэффициента а₁. Использование формулы (3.22) для описания распределения температуры воды по ширине потока показало, что при а₁=427 поперечные аномалии температуры воды равно нулю. Реальные поперечные профили температур уравнение (3.22) воспроизводит при а₁ = 0,2–0,4.

Проверка эффективности уравнения (3.22) проведена, в частности, для условий Оки. Измерения здесь проводились в дневные часы. Температура воздуха днем менялась от 20⁰С (утро, вечер) до 30⁰С (полдень). Наилучшая аппроксимация фактического распределения поверхностной температуры воды уравнением (3.22) достигается при а₁=0,1. Наибольшие отклонения фактических и расчетных значений температуры воды в поперечном сечении в этом случае наблюдаются при h 1 м. При h > 1 м расчетные температуры превышают фактические по всему сечению и изменение температур по ширине потока становится более равномерным. При h < 1 м фактические температуры оказываются выше, а расчетное распределение температур в потоке более однородным. Поэтому для устранения причины увеличения погрешностей расчета нормируем соответствующие члены уравнения (3.22) на глубину h=1 м. В этом случае расчетная зависимость приобретает вид

(5.1)

где поверхностная температура воды, – температура воды в «центре» потока – разница между прибрежной температурой воды и , - относительная полуширина реки, а₁ – коэффициент.

Результаты сопоставления фактических и расчетных значений θ обнаруживают их хорошую визуальную сходимость (рис. 5.4). Количественная оценка результатов сходимости теоретического и расчетного распределения поверхностной температуры в этом створе дана в табл. 5.5. Оказалось, что среднеквадратическое ошибка расчета σ = 0,015⁰С. Это малая величина среднеквадратического ошибки по отношению к точности измерений. Однако эта величина оценивалась по 7 точкам, поэтому статистика неустойчивая.

Таблица 5.5. Расчетные и измеренные поверхностные температуры воды в р. Ока

Температура	Вертикали (нумерация от левого берега)
	1	2	3	4	5	6	7
Температура расчетная р	23,29	23,18	23,12	23,11	23,13	23,21	23,39
Температура фактическая ф	23,29	23,19	23,10	23,10	23,13	23,23	23,39
(р -ф)/ ф	0	4*10-4	8*10–4	4*10-4	0	8*10-4	0

Уточнение коэффициента турбулентной диффузии не дает заметного улучшения в согласовании расчетных и фактических значений. Фактическое значение коэффициента А для участка р. Оки около д. Трегубово равно 0,1v/М. Больший эффект достигается корректировкой коэффициента а₁, подбираемого в ходе численных экспериментов (а₁=0,06–0,1). При значении коэффициента а₁=427 получается однородное распределение поверхностной температуры воды по ширине потока.

При расчетах функции θ=θ(z) эффективнее (вместо выражения (3.22)) использовать аналогичное уравнение, в котором значение глубины потока h заменено на b_i (i – левая или правая часть поперечного сечения потока). В этом случае можно не производить замену ширины потока z на относительное удаление от берега в дифференциальном уравнении (3.19). Дополнительное преимущество возникает в связи с тем, что отпадает проблема снижения эффективности уравнения (3.22) при . В результате решение уравнения (3.19) сразу приобретает вид уравнения (5.1).

Из уравнения (5.1) следует, что распределение температуры в поперечном сечении зависит также от величины

М = 0,7C_ш+6 (5.2)

Характеристики

Список файлов ВКР