Проблемы морфологии, гидрологии и гидравлики пойм

Приведены результаты анализа современного состояния проблемы пойм и пойменных процессов с позиции комплексного подхода, объединяющего достижения ряда наук: морфологии, гидрологии, гидравлики и других. Выполнен анализ современного состояния морфометрических характеристик пойм с целью их использования в гидравлических расчётах. Рассмотрены различные аспекты гидрологии пойм, в частности динамики их затопления, пропуска паводочных вод по ним и доли пойменной составляющей в общем наволочном стоке. Особое внимание уделено гидравлике потоков в руслах с поймами, их пропускной способности и влиянию эффекта взаимодействия потоков на их гидравлику и транспортирующую способность. Приведены результаты анализа методов расчётов расходов и стока донных наносов. Вскрыты причины низкой эффективности методов и формул для расчётов расходов донных наносов, основной из них является не учёт эффекта взаимо действия руслового и пойменного потоков. Выявлена роль пойм и пойменных процессов в работе саморегулирующейся системы речной поток - русло. Отдельный раздел посвящен антропогенному воздействию на процессы формирования пойм и гидравлику руслопойменных процессов. Выполнен анализ влияния на пойменные процессы активных гидротехнических сооружений регулирующих водохранилищ, мостовых переходов, больших карьеров, дноуглубления и других.

Baryshnikov, N.B. Problems morphology, hydrology and hydraulic. - St Petersburg: RSHU Publishers, 2012. - 426 pp.
Reviewed by Dr. V. A. Buzin (State Hydrological Institute)
In this book, results of analysis of the up-to-date state of the problem floodplain and floodplain processes are presented based on the integrative approach, which combines findings of such sciences as morphology, hydrology, hydraulics etc. Analysis of the up-to-date state of floodplain morphometric characteristics is carried out in order to apply them in hydraulic computations. Various aspects of floodplain hydrology are considered, in particular, their flooding dynamics, flood wave propagation, and estimating the floodplain component of the aggregate flood flow. Special attention is paid to hydraulics of streams with floodplains, their discharge capacity and influence of the channel and floodplain streams interaction on their hydraulic peculiarities and sediment transport capacity. Results of analysis of known approaches to compute the sediment discharges and flow arc presented. Reasons of low computational efficiency of available approaches are revealed; in particular, the main reason of that is ignoring the channel and floodplain streams interaction. A role of floodplains and floodplain processes in the 'river flow river bed' system is explained. A special section is devoted to the anthropogenic impact on the floodplain forming processes and hydraulics of the floodplain and riverbed processes. Analysis of influence of acting hydraulic constructions used for water resources management, bridges, major careers, dredging etc the floodplain processes is performed.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Глава 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЧНЫХ ПОЙМ
Происхождение пойм
Классификация пойм
классификациях и типизациях, в том числе пойм
Классификация и типизация пойм
Типизации и классификации пойм последнего периода
Морфометрия пойм
Постановка задачи. Особенности морфометрических характеристик пойм
Плановые морфометрические характеристики пойм и закономерности их изменения по длине рек
Высотные характеристики пойм и связь их с паводоч-ными уровнями
Глава 2. ГИДРОЛОГИЯ И ГИДРАВЛИКА ПОЙМ
Различные аспекты гидрологии и гидравлики пойм. Связь гидравлики, гидрологии и морфологии пойм
Динамика затопления пойм и пойменных массивов
Частота и продолжительность затопления пойм
Оценка пойменной составляющей в общем паводочном стоке рек бывшего СССР
Общие положения
Оценка пойменной составляющей в общем паводочном стоке
Уклоны свободной поверхности руслового и пойменного потоков
Аккумуляция и регулирование поймами паводочного стока рек
Процесс регулирования стока рек поймами
Сведения об объемах регулирования и аккумуляции поймами паводочного стока рек
Оценка потерь на заполнение бессточных пойменных емкостей и понижений рельефа, инфильтрацию и испаре¬ние с поверхности пойм в период пропуска паводков
Глава 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РУСЛОВОГО И ПОЙМЕННОГО ПОТОКОВ
Итоги изучения проблемы взаимодействия руслового и пойменного потоков и потоков в руслах с резко отличной шероховатостью по ширине
Лабораторные исследования
Натурные исследования процесса взаимодействия рус¬лового и пойменного потоков
Типизация процесса взаимодействия руслового и пой¬менного потоков
Лабораторные исследования влияния пойменного по¬тока на расходы воды и средние скорости руслового потока.
Анализ и оценка исходных данных
Учет влияния морфологии пойм и русел на средние скорости и сопротивления в русловой части потока
Общие положения
Расчетные зависимости при III типе взаимодействия потоков
Расчетные зависимости при II и V типах взаимодействия потоков
Выводы
Трансформация полей скоростей руслового потока под влиянием пойменного
Анализ влияния пойменного потока на характер изменения средних на вертикалях скоростей руслового потока при изменении уровней воды
Оценка точности расчетов средних на вертикалях скоростей по методике, основанной на формуле Шези
Влияние руслового потока на пропускную способность, сопротивления и скоростное поле пойменного потока .
Глава 4. ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ РУСЕЛ С ПОЙМАМИ
Расчет пропускной способности русел с поймами без учета эффекта взаимодействия потоков в них
Способы расчета
Расчет коэффициентов Шези и коэффициентов шероховатости в пойменных руслах
Методы расчета пропускной способности русел с поймами с учетом эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков 4
Методики расчета пропускной способности русел с поймами, основанные на экспериментальных и натурных данных
Методы расчета пропускной способности русел с поймами, основанные на решении системы уравнений неразрывности и движения
Методика расчета пропускной способности русел с поймами, основанная на учете морфологических особенностей расчетного участка
Анализ возможности применения системы уравнений неразрывности и движения потока с переменной массой к расчету пропускной способности русел с поймами
Методика расчета пропускной способности русел с поймами, основанная на данных натурных наблюдений и учете превалирующего влияния морфологических особенностей расчетного участка на гидравлику потоков в руслах с поймами
Методы расчёта пропускной способности пойм
Общие положения
Методика расчётов пропускной способности пойм
Методы расчета уклонов свободной поверхности руслового потока и коэффициентов шероховатости русла и поймы при взаимодействии потоков в них
Расчет уклонов свободной поверхности руслового потока
Учет влияния потока поймы на коэффициенты шероховатости основного русла
Коэффициенты Буссинеска и Кориолиса
Общие положения
Методы расчета и наибольшие значения коэффициентов Буссинеска и Кориолиса
Влияние эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков на коэффициенты Буссинеска и Кориолиса
Анализ исходной информации
Глава 5. ВЛИЯНИЕ МОРФОЛОГИИ ПОЙМ И РУСЕЛ НА ОБРАЗОВАНИЕ ПЕТЕЛЬ НА КРИВЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ Q =Лт, v =/(#) И /=/(#)
Причины образования петель на кривых зависимостей Q=f(H),v=f(H)nI=AH)
Общие положения
Влияние аккумуляции и регулирования паводочного стока поймами на характер зависимостей Q =/(#), v=f(B) и /=/(Я)
Влияние эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков на образование петель на кривых зависи¬мостей Q =/(Я), v=f(B) и I=f{H)
Методика расчета
Примеры расчетов и построения петлеобразных зависимостей Q = АН) и v=f{H)
Исследования последнего периода (1984-2011г.г.)
Общие положения
Оценка точности и надёжности методов расчёта скоростей русловых потоков при их взаимодействии с пойменными, основанных на формуле Шези
Исследования влияния эффекта взаимодействия руслового
и пойменного потоков на гидравлику руслопойменного потока
Общие положения
Экспериментальная установка
Методика проведения экспериментов, приборы и оборудование
Результаты анализа экспериментальных данных
Методика расчёта инерционных членов уравнения движения потока с переменным по длине расходом воды
Общие положения
Оценка инерционных членов уравнения движения для потоков с переменным по длине расходом воды
Влияние шероховатости поймы на средние скорости руслового потока и пропускную способность русла
Общие положения
Результаты анализа экспериментальных данных
Глава 6. ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РУСЛОВОГО И ПОЙМЕННОГО ПОТОКОВ НА ИХ ТРАНСПОРТИРУЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ И ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЙМ
Общие положения
Влияние морфологического строения пойм и русел на транспортирующую способность потоков в них
Состояние вопроса
Анализ данных лабораторных исследований
Анализ данных натурных исследований
Процессы переформирования пойм и осаждения наносов на них. Влияние морфологии пойм на эти процессы
Формирование русел и пойм при пропуске катастрофических паводков
Результаты исследований по выявлению воздействия эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков на транспортирующую способность руслового потока в период 1990-2011 годов
Общие положения
Оценка эффективности формул и методов расчётов расходов и стока донных наносов
Влияние эффекта взаимодействия руслового и пойменных потоков на транспорт донных наносов
Анализ экспериментальных данных при II и III типах взаимодействия руслового и пойменного потоков при глад¬кой пойме
Исследование влияния процесса взаимодействия руслового и пойменного потоков при шероховатой пойме на транспорт донных наносов
Общие положения
Анализ экспериментальных данных, полученных при шероховатой пойме
Глава 7. РОЛЬ ПОЙМ В САМОРЕГУЛИРУЮЩЕЙСЯ
СИСТЕМЕ РЕЧНОЙ ПОТОК - РУСЛО
Глава 8. УРБАНИЗАЦИЯ И ИНЖЕНЕРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЙМ
Типизация воздействия различных видов инженерных сооружений на процессы формирования пойм
Влияние регулирующих водохранилищ на процессы формирования пойм. Некоторые аспекты гидрологическо¬го обеспечения проектирования и строительства ГЭС
Использование пойм при строительстве мостовых переходов
Использование пойм при градостроительстве
Русловые и пойменные карьеры и их роль в процессах формирования пойм и гидравлике руслопойменных потоков
Общие положения
Воздействие карьеров в руслах и на поймах рек на гидравлику потоков и русловые процессы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

CONTENT
PREFACE
Chapter 1. ORIGIN, CLASSIFICATION AND MORPHOMETRY CHARACTERISTICS OF RIVER FLOODPLAINS
Origin/Formation of floodplain. On classifications and typifications, including floodplains
Classification and typification of floodplains
Recent typifications and classification of floodplains
Morphometry of floodplains
Posing the problem. Peculiarity of floodplains morphometric characteristics
Horizontal Planimetric morphometric characteristics of floodplains and patterns of their evolution along the river channel
Floodplain elevation characteristics and their relation to flood stages
Chapter 2. FLOODPLAIN HYDROLOGY AND HYDRAULICS
Various aspects of floodplain hydrology and hydraulics. Relation of floodplain hydraulics, hydrology and morphology
Flooding dynamics of floodplains and solid floodplains
Frequency and duration of floodplain inundations .
Estimation of the floodplain component of the aggregate flood flow of the USSR's rivers
Background information
Estimation of the floodplain component of the aggregate flood flow
Slopes of the river channel and floodplain streams free surface
Flood streamflow accumulation and regulation performed by floodplains
Streamflow regulation performed by floodplains
On volumes of the river runoff accumulation and
regulation performed by floodplains
Estimation of losses caused by filling inland floodplain depressions, topographic lows, infiltration and evaporation from floodplains during flooding periods 422
Chapter 3. INTERACTION OF THE RIVER CHANNEL AND FLOODPLAIN STREAMS
A summary of studying the problem of the channel and floodplain streams interaction with essentially different roughness coefficients across the river
Laboratory studies
Field studies of the channel and floodplain streams interaction
Typification of the channel and floodplain streams interaction .
Laboratory studies of the floodplain influence on the water discharge and average velocities of the riverbed stream
Analysis and estimation of available data
Taking into account the river beds and floodplains morphology influence on the average velocities and resistances of the riverbed part of the aggregate flow
Background information
Computational relationships for streams interaction Type III 148
Computational relationships for streams interaction Types II and V
Conclusions
Transformation of the channel stream velocity field affected by the floodplain one
Analysis of influence of the floodplain stream on patterns of the average velocities vertical distribution in river channel during changing water stage
Estimation of accuracy of approaches to compute average velocities along the vertical profile based on Chezy's formula
Influence of the channel stream on discharge capacity, resistance and velocity field of the floodplain stream
Chapter 4. DISCHARGE CAPACITY OF FLOODPLAIN CHANNELS
Computation of the floodplain channels discharge capacity ignoring the streams interaction effect
Computational approaches
Determining Chezy coefficients and roughness coeffi¬cients for floodplain channels
Methods to compute the floodplain channel discharge capacity taking into account the riverbed and floodplain streams interaction effect
Methods to compute the floodplain channel discharge capacity based on experiment and field data
Methods to compute the floodplain channel discharge capac¬ity based on solving the system of equations of motion and continuity .
Methods to compute the floodplain channel discharge ca¬pacity based on taking into account the morphological charac¬teristics of the considered site
Applicability analysis of the motion and continuity equa¬tions system with variable mass to computing the floodplain channel discharge capacity
Methods to compute the floodplain channel discharge capacity based on field data and taking into account the prevail¬ing influence of the considered site morphological characteristics
on streams hydraulics in floodplain river beds
Approaches to computing the floodplain discharge capacity .
Background information
Methods to compute the floodplain discharge capacity
Methods to compute the free surface slope of riverbed chan¬nels and roughness coefficients of riverbed and floodplain while their streams are
Methods to compute the free surface slope of the riverbed stream
Consideration of the floodplain flow impact on the main channel roughness coefficients
Boussinesq and Coriolis coefficients
Background information
Methods to compute Boussinesq and Coriolis coefficients and their maximum
Influence of the riverbed and floodplain streams interac¬tion on Boussinesq and Coriolis coefficients
Analysis of available information
Chapter 5. INFLUENCE OF RIVERBED MORPHOLOGY ON DEVELOPING LOOP RATING CURVES OF RELATIONSHIPS Q =AH), v =AH) AND I=AH)
Reasons of developing loop rating curves of relationships Q =ДЯ)> v =AH) and /=AH)
Background information
Influence of flood flow accumulation and regulation performed by floodplains on curves of relationships Q =AH), v=AH) and I'=AH)
Influence of the riverbed and floodplain streams interac¬tion on developing loop rating curves of relationships Q =AH), v=AH) mdI=AH)
Methodology of computation
Examples of computations and plotting loop rating curves of relationships Q =/(#) and v =f(H)
Recent researches (1984-2011).
Background information
Assessment of accuracy and reliability of computational methods used to compute velocities of riverbed streams while they interact with floodplain ones based on Chezy formula
Studies of influence of the riverbed and floodplain streams interaction on hydraulics of the aggregate riverbed and floodplain flow
Background information
Apparatus for experiments
An approach to perform experiments, gauges and equipment
Results of experiment data analysis
Method to compute the inertial terms of the equation of motion applied for the flow with variable water discharge along the river channel
Background information
Assessment of the inertial terms of the equation of motion applied for flows with variable water discharge along the river channel
Influence of the floodplain roughness of the riverbed stream's average velocities and riverbed discharge capacity
Background information
Results of the experiment data analysis
Chapter 6. INFLUENCE OF THE RVERBED AND FLOODPLAIN STREAMS INTERACTION ON THEIR TRANSPORTING CAPACITY OF FLOODPLAINS FORMATION PROCESSES
Background information
Influence of morphological structure of floodplains and riverbeds on transporting capacity of the associated streams
State-of-the-art
Analysis of the laboratory studies data
Analysis of the field studies data
Processes of floodplains reformation and sedimentation. Influence of floodplain morphology on these processes
Riverbeds and floodplain formation caused by catastrophic floods propagation
Results of studies aimed to reveal the riverbed and floodplain streams interaction effect on sediment transportation carried out in 1990-2011
Background information
Assessment of efficiency of known equations and methods of computing sediment flow and sediment discharge
Influence the riverbed and floodplain streams interaction effect on sediments transportation
Analysis of experiment data obtained for the riverbed and floodplain streams interaction Types II and III when the floodplain is smooth
Study of the riverbed and floodplain streams interaction influence on sediment transportation when the floodplain is rough
Background information
Analysis of experiment data obtained for rough floodplain
Chapter 7. ROLE OF FLOODPLAINS IN SELF-REGULATING SYSTEM "RIVER STREAM - RIVER BED"
Chapter 8. FLOODPLAINS IN URBANIZATION AND CIVIL ENGINEERING
Typification of influence of various types of engineering constructions on floodplain formation processes
Influence of regulating reservoirs on floodplain formation processes. Some aspects of hydrologic support of design and construction of hydropower stations
Usage of floodplains in bridges construction
Usage of floodplains in urban construction
Riverbed and floodplain borrows and their role in floodplain formation processes and hydraulics of the aggregate riverbed and floodplain flow
Background informationInfluence of riverbed and floodplain borrows on stream hydraulics and river mechanics
CONCLUSIONS
REFERENCES