Беликов Виталий Васильевич

Курс: «Основы численного моделирования динамики русловых потоков»

 

         В настоящее время модели мелкой воды широко применяются для решения широкого круга задач гидрологии, гидравлики и гидроморфодинамики природных течений. Быстрый рост производительности ЭВМ, переход на параллельные вычисления, развитие измерительной техники и методов дистанционного зондирования Земли позволяют перейти к построению численных гидродинамических моделей речных систем большой протяженности с высокой степенью детализации. Это дает мощный инструмент для исследования динамики наводнений, волн прорыва, русловых переформирований, заиления водохранилищ, переноса загрязняющих веществ, подледных потоков, сгонно-нагонных явлений и других задач, лежащих в рамках специальности «Гидравлика и инженерная гидрология» и выходящих за её пределы.

         В лекционном курсе излагаются оригинальные физико-математические модели и высокоэффективные алгоритмы их численной реализации применительно к указанным процессам. Приводятся многочисленные примеры решения тестовых и практических задач высокой сложности, даются рекомендации по построению компьютерных гидродинамических моделей реальных объектов.

Ниже представлен краткий перечень рассматриваемых вопросов:

1.   Одномерные уравнения Сен-Венана

2.   Двумерные уравнения Сен-Венана

3.   Уравнения многослойной мелкой воды

4.   Разностные схемы для численной дискретизации уравнений Сен-Венана

5.   Примеры тестирования численных алгоритмов на аналитических решениях 

6.   Примеры тестирования численных алгоритмов на экспериментальных данных

7.   Типы граничных условий для гидродинамической модели

8.   Типы расчетных сеток при двумерном гидродинамическом моделировании

9.   Интерполяция рельефа при двумерном гидродинамическом моделировании 

10.Выбор коэффициентов гидравлических сопротивлений

11.Принципы калибровки и верификации гидродинамических моделей

12.Численные модели течений в руслах с деформируемыми берегами и дном, основные принципы

13.Моделирование развития прорана в грунтовой плотине

14.Балльная система оценки степени возможных разрушений от наводнений и волн прорыва.

15.Методы оценки рисков затопления селитебных территорий

16.Моделирование в период ледостава и ледовых заторов

17.Основные уравнения и граничные условия при моделировании переноса загрязнений

 

О преподавателе:  

Доктор технических наук,  главный научный сотрудник Лаборатории гидрологии речных бассейнов ИВП РАН. 

Основная специализация - разработка математических моделей, алгоритмов, программ и технологий расчета открытых потоков и их применение для решения практических задач гидравлики, гидрологии и гидротехнического строительства. Главные направления компьютерного моделирования: паводковые течения в реках с учетом затопления селитебных территорий; волны прорыва плотин и дамб с расчетом вероятного вреда от гидродинамической аварии; перенос загрязняющих веществ по русловой сети; гидравлическая работа дорожных и гидротехнических сооружений (мостовых переходов, водопропускных труб, водосбросов, отстойников, дериваций ГЭС и ГАЭС, водозаборов, берегозащитных полузапруд); течения и деформации дна на участках русловых карьеров и подводных переходов трубопроводов; заиление водохранилищ;  гидротермические процессы в системах внешнего охлаждения тепловых и атомных электростанций.

За 35-лет работы В.В. Беликов был руководителем  и ответственным исполнителем свыше 150 научно-исследовательских работ, выполненных по заказу более 30 организаций. При его непосредственном участии разработаны компьютерные модели 22 участков и бассейнов рек длиной более 100 км (в том числе, р.Волги от истока до устья, р.Москвы, Нижнего Дона и Цимлянского водохранилища, Камского и Воткинского водохранилищ, протяженных участков рек Обь, Лена, Енисей, Ангара, Амур). Он один из первых в России начал применять #геоинформационные технологии в практике гидравлических расчетов. Провел численное моделирование для оптимизации гидротехнических сооружений и бьефов гидроузла «GRIHB» (Алжир), ГЭС Капанда (Ангола), Каскада Нижне-Черекских ГЭС, Верхнекрасногорской ГЭС-ГАЭС на р.Кубань, Большого Ставропольского канала, Ленинградской ГАЭС, Загорских ГАЭС 1,2; Омского гидроузла  на Иртыше, Арпачинского гидроузла на р.Дон. Беликовым рассчитаны параметры волн прорыва и вероятный вред от аварии для всех гидротехнических сооружений Канала им.Москвы и Нижне-Донского Бассейнового водного управления, гидроузлов Волжско-Камского, Сунского и Кемского каскадов, Новосибирской ГЭС. Выполнены гидротермические расчеты и даны рекомендации по улучшению условий эксплуатации водоемов-охладителей Шатурской, Верхнетагильской, Южноуральской и Сургутских ГРЭС, Нововоронежской и Ростовской АЭС, морских водозаборов АЭС Куданкулам (Индия) и Аккую (Турция). Выполнены работы по прогнозу нерасчетных условий зимней эксплуатации водосбросов Саяно-Шушенской (2009 г.) и Богучанской ГЭС (2012 г.), а также моделирование условий приведения станционного блока Загорской ГАЭС2 в проектное положение.

Беликов - автор более 300 научных трудов. Разработал 10 пакетов  прикладных программ для ЭВМ, из которых 2 сданы в Государственный фонд алгоритмов и программ СССР, 8 в разные годы прошли сертификацию в Роспатенте. Среди них программные комплексы для численного моделирования открытых потоков «RIVER_1D», «BOR», «FLOOD», «STREAM_2D», которые используются   в ряде  учебных, научно-исследовательских и производственных организаций. 

В сотрудничестве с соавторами им разработаны: 

·      двухслойная математическая модель  паводковых течений в системе русел с затапливаемой поймой; математическая модель транспорта наносов в открытых потоках с учетом оползания подводных и надводных склонов; 

·      трехмерная модель образования водо-воздушно-ледяного облака при работе водосбросов трамплинного типа;

·      неявный  численный метод решения  уравнений мелкой воды на треугольных сетках; 

·      явный численный метод решения  уравнений мелкой воды при больших числах Фруда; 

·      алгоритм построения  треугольных и  треугольно-четырехугольных сеток; метод интерполяции функций, заданных на неструктурированных наборах  точек.

Член редколлегии журнала «Гидротехническое строительство». Неоднократно награждался Почетными грамотами РАО «ЕЭС России» и ОАО «РусГидро», имеет Благодарность Министра Энергетики Российской Федерации. Трижды лауреат премии ОАО «РусГидро» (2008, 2010, 2014 гг.) за лучшую научно-исследовательскую работу в области гидроэнергетики.

 

В 1977 г. окончил механико-математический факультет  МГУ им. М.В. Ломоносова по специальности «механика», в 1980 г. очную аспирантуру того же факультета по кафедре аэромеханики и газовой динамики.

 В 1987 г. в Вычислительном Центре Российской Академии наук защитил кандидатскую диссертацию на тему «Численное моделирование течений жидкости со свободной поверхностью и деформируемым дном».

В 2005 г. в Московском Государственном университете природообустройства защитил докторскую диссертацию «Совершенствование методов и технологий прикладного численного моделирования в гидравлике открытых потоков».