Двумерное моделирование дождевого стока и траспорта наносов на малых водосборах

Abstract

Предложена физически обоснованная математическая модель формирования дождевого стока с малых водосборов. В рамках модели описываются следующие процессы: перехват осадков растительностью, их задержание в микродепрессиях рельефа, инфильтрация, поверхностный сток, смыв, транспорт и переотложение почвенных частиц. Численное моделирование формирования поверхностного стока основывается на решении нестационарного двумерного уравнения мелкой воды, инфильтрационного уравнения и уравнения переноса взвешенных наносов. Для уравнений мелкой воды и уравнения переноса взвесей построены неявные консервативные разностные схемы первого порядка аппроксимации. Разностная схема для уравнений мелкой воды позволяет моделировать движение жидкости со свободной границей. Верификация модели проведена по данным дождевых паводков для водосборов р.Бутеня.

Запропонована фiзично обгрунтована математична модель формування дощового стоку з малих водозборiв. У рамках моделi описуються наступнi процеси: перехоплення опадiв рослиннiстю, їхнє затримання в мiкродепресiях рельєфу, iнфiльтрацiя, поверхневий стiк, змив, транспорт i перевiдкладення грунтових часток. Чисельне моделювання формування поверхневого стоку базується на рiшеннях нестацiонарного двовимiрного рiвняння мiлкої води, iнфiльтрацiйного рiвняння i рiвняння переносу завислих наносiв. Для рiвнянь мiлкої води i рiвняння переносу суспензiй побудованi неявнi консервативнi рiзницевi схеми першого порядку апроксимацiї. Рiзницева схема для рiвнянь мiлкої води дозволяє моделювати рух рiдини з вiльною границею. Верифiкацiя моделi проведена за даними дощових паводкiв для водозборiв р.Бутенi.

A physically based mathematical model of a runoff formation in small catchments is developed. The processes of interception, depression storage, infiltration, overland flow, soil particle detachment, their transport and deposition are considered in the model. The numerical simulation of runoff formation requires the solution of the unsteady, two-dimensional shallow water equations, an equation for the infiltration process and the sediment transport equation. The shallow water equations and the sediment transport equation are integrated numerically using conservative implicit difference schemes of the first order of approximation. The difference scheme for the shallow water equations allows simulating of a open flow with the free boundary. Verification of the model has been based on observed data for rain-induced sediment yield events at catchments of the Buteni river.