Mathematical modelling of sediment dynamics and their deposition inLithuanian rivers and their deltas (case studies)

Abstract

Mathematical modelling of sediment transport and deposition in the floodplains and canals of rivers is closely related to the hydrodynamics, as well as the design of engineering measures, of water pollution control and reduction. The dynamics of flow velocities and water level in the urban section of the Nevėžis River at Kėdainiai were estimated by applying a hydraulic-mathematical model, DELTA. It was established that there were no conditions for undesirable riverbed siltation. During the dry season (Qv.f = m3/s), flow velocity did not exceed 0.5 m/s in the study section. When the dis-charge affected the formation of the riverbed (Qv.f = 70 m3/s), the flow velocity reached 1.2–1.3 m/s and accumulated bed sediments were washed away. A two-meters high dam near Skongalis does not stimulate bed silting, as it is not high enough to have much influence on the bed formation processes or the reduction of riverside overgrowth. When the water level is low and the flow velocity is small (0.1 m/s), the water in the river is only slightly turbid (turbidity is 2–6 mg/l), so there is no scope to decrease sedimentation in this case. To improve the aesthetical view of the river, it is advisable to regulate the riverbed by reducing the river width to a 30 m maximum. Floods in the Nemunas delta inundate the bright areas of the valley, where the significant amount of sediments brought by the water is deposited. This decreases the water pollution entering the Curonian Lagoon and the Baltic Sea. It is, therefore, desirable to find ways to intensify this deposition and to put them into practice. The possibility of increasing the discharge of water flowing through the flood plane was investigated, applying the DELTA model. The influences of road banks built across the floodplain and the growth of bushes in the valley were tested.

Upių taršos mažinimo inžinerinių priemonių projektavimas ir jų būklės kontrolė įmanoma tik matematiškai sumodeliavus skendinčiųjų nešmenų hidrodinamiką bei ištyrus tų priemonių veiksmingumą taršai sumažinti ir nešmenims nusodinti. Tam Nevėžio reguliuotoji atkarpa Kėdainiuose ir Nemuno užliejama delta ties Pagėgiais buvo ištirtos taikant hidraulinį matematinį modelį DELTA. Nustatyta, kad Nevėžio vaga, nepaisant jos mažų debitų sausmečiu (Qs.p.v ≈ 3 m3/s) ir greičių (v ≤ 0,5 m/s), nedumblėja. Taip yra dėl to, kad per potvynius, kai upės vagą formuojantys debitai Qv.f = 70 m3/s, o tėkmės greičiai dideli (v = 1,2–1,3 m/s), anksčiau nusėdęs dumblas periodiškai išplaunamas ir išnešamas į slėnį bei žemupį. Dvimetrinis vandens paimos slenkstis ties Skongaliu taip pat šio proceso neveikia, nes per potvynį yra apsemiamas. Vasarą čia vandens lygiai žemi, o tėkmės greičiai ne didesni kaip 0,1 m/s, todėl Nevėžio vanduo palyginti skaidrus (drumstumas 2–6 mg/l), o jo skendinčiųjų nešmenų reguliavimo priemonės gali būti konstruktyvios arba visai nereikalingos. Iš skaičiavimų akivaizdu, kad per potvynius Nemuno deltoje nemažai anksčiau atneštų skendinčiųjų nešmenų kartu su vandeniu išplukdoma į slėnį ir jame nusėda. Dėl čia sulaikomų nešmenų sumažėja vandens, patenkančio į Kuršių marias ir Baltijos jūrą, drumstumas ir biogeninė tarša. Taigi reikėtų didinti išsiliejančius į slėnius potvynių debitus ir jų išnešamų skendinčiųjų nešmenų nusodinimą. Straipsnyje aptartas įvairių slėnio tėkmių debitų ir greičių reguliavimo priemonių – senvagių atvėrimo bei gilinimo, slėnį pertveriančių kelio pylimų įrengimo ir krūmų bei medžių užauginimo efektyvumas skendintiesiems nešmenims sulaikyti.