Пример оценки пропускной способности русла реки
(при отсутствии данных об измеренных расходах воды)
Необходимо определить пропускную способность русла р. Бузулук в Волгоградской области для створа, расположенного в 326 км от устья (ст. Киквидзе).
Отметка
пойменной бровки Z п.
бр .= 40,52 м (усл.); уклон водной
поверхности на участке
= 0,07 ‰ (0,00007). Грунты русла песчаные, с
содержанием ила до 6 % (v1
= 0,72 м/с).
Отметка пойменной бровки Z п. бр .= 40,52 м (усл.); уклон водной поверхности на участке = 0,07 ‰ (0,00007). Грунты русла песчаные, с содержанием илистых частиц до 6 % (v1 = 0,72 м/с).
Измеренные по
поперечнику ширина русла и площадь
поперечного сечения равны соответственно:
= 69,0 м;
= 150 м2. Средняя глубина
= 150/69,0 = 2,17 м.
.
Таблица
1.7 – Средняя скорость равномерного
потока, отвечающая условиям массового
срыва отдельных частиц грунта, из которых
сложено русло (размываемость грунтов)
при
=
1,0 м.
Характеристика грунта |
v1, м/с |
|
0,72
0,72
0,81
1,07
0,86
0,85
1,2
1,36 |
0,005 мм) до 6 %;
=
0,36 мм.
Па;
;
Па
Па
м3/с. v = 70,14/150 = 0,47
м/с.
Размывающая скорость потока при данных гидравлических условиях:
vр = 0,72∙2,170,3 = 0,91 м/с.
Таким образом, в заданных гидравлических условиях средняя скорость потока менее размывающей скорости, и это свидетельствует о нарушении режима реки (заиление русла, изменение уклона и т.п.).
1.5. Анализ причин деградации
Река характеризуется своим состоянием и режимом. Причем, нарушение режима обязательно ведет к изменению состояния и наоборот, изменение состояния нарушает сложившийся режим. Определить истинную причину на конкретном объекте довольно сложно. Если объединить все известные и предполагаемые причины в два блока (по нарушению режима и изменению состояния) и расположить по цепи “водосбор – пойма – русло”, то возможно охарактеризовать реакцию элемента системы на воздействие и последствия этого воздействия для других элементов и системы в целом. Схема такого анализа показана на рисунке 1.5. В таблице 1.8 приводятся выявленные причины и характер изменений от них в элементах речной системы степных рек.
А.1 – Нарушение формирования поверхностного стока, А.2 – Нарушение формирования притока грунтовых вод, А.3 – Нарушение формирования твердого стока, А.4 – Нарушение режима уровней, А.5 – Зарегулирование стока, А.6 – Нарушение русловых процессов, Б.1 – Загрязнение воды и русла, Б.2 – «Расчистка» русла с необоснованными параметрами, Б.3 – Необоснованное спрямление русла, Б.4 – Русловые карьеры, Б.5 – Замкнутое обвалование пойм, В – водосбор , П – пойма, Р – русло.
Рисунок 1.5 – Схема анализа причин деградации
Таблица 1.8 Антропогенные воздействия на степные реки
Причины деградации |
Реакция элементов системы и характер изменений |
Последствия деградации |
А.1. Нарушение формирования поверхностного стока |
||
А.1.1. Сведение растительного покрова |
В целом влияние леса на величину подземного стока неоднозначно. При незначительном увеличении поверхностного стока мутность воды увеличивается в сотни раз. Повышается температура воды на 5,5. Ухудшается качество воды. |
Обмеление и пересыхание рек, снижение уровня грунтовой воды на пойменных массивах и снижение их продуктивности. |
А.1.2. Распашка стокообразующих площадей. |
Пашня с уклоном более 3-5 по сравнению с одернованной поверхностью удерживает в 1,5-2,0 раза больше воды, нарушается режим половодья и паводков. |
Сокращение весеннего стока рек, снижение продуктивности поймы из-за редкого ее затопления. |
А.1.3. Экологически необоснованное изменение структуры посевных площадей. |
Склоновый сток на зяби в степных районах в 6-8 раз меньше, чем с уплотненной пашни. Уменьшение поверхностного стока не всегда компенсируется увеличением подземного, поскольку в степной зоне имеет место потускульный (очаговый) характер питания подземных вод. |
Сокращение весеннего и меженного стока; истощение рек. |
А.1.4. Задержание стока противоэрозионными валами, канавами, непроницаемыми лесокустарниковыми полосами. |
Задержание стекающей воды приводит к изменению слагаемых уравнений водного баланса. При задержании стока как противоэрозионного (вместо водоотведения) мероприятия увеличивается испарение как из канав, так и из-за высачивания на склонах. |
Сокращение весеннего стока. Снижение продуктивности поймы. |
А.1.5. Влияние линейно-протяжен-ных сооружений. |
Практически задерживается большая часть поверхностного стока с прилегающей территории. Задержанная вода испаряется с поверхности луж, с некоторым отставанием испаряется и профильтровавшаяся в грунт вода. |
Сокращение водности рек, а во время межени – полное истощение их верховьев. |
А.2. Нарушение формирования притока грунтовых вод |
||
А.2.1. Русловые пруды. |
Подпор уровня грунтовых вод на окрестной территории; заиление русла в половодье; заиленное русло снижает дренирующую способность; поднятые уровнем в реке грунтовые воды испаряются не дойдя до русла реки; увеличивается испарение с водной поверхности. |
Сокращение годового стока воды, ухудшение состояния русла, утрата продуктивности поймы, развитие на ней процессов засоления и заболачивания. |
А.2.2. Переуплотнение подпахотного слоя почвы. |
Задержанная на полях влага не впитывается в грунт и в последующем испаряется с поверхности пашни не подпитывая грунтовые воды. |
Сокращение меженного стока. |
А.2.3. Отбор подземных вод |
Интенсивный отбор грунтовых вод часто не компенсируется инфильтрацией атмосферных осадков; наблюдается понижение УГВ и происходит частичное или полное прекращение подземного питания. |
Истощение рек. |
А.3. Нарушение формирования твердого стока |
||
А.3.1. Распашка эрозионно-опасных склонов. |
Увеличение твердого стока в реки; последствия обмеления русла: нарушается механизм образования меженного стока, связь речного и пойменного грунтового потоков; происходит подъем меженных уровней, снижается пропускная способность русла. |
Истощение рек, снижение продуктивности поймы, рыбохозяйственного и рекреационного значения, происходит утрата способности самоочищения воды. |
|
|
|
Продолжение таблицы 1.8 |
||
Причины деградации |
Реакция элементов системы и характер изменений |
Последствия деградации |
А.3.2. Распашка поймы. |
Вместо очищения на пойменном массиве с остатками прошлогодней травы, поток на пашне насыщается наносами и сбрасывает их излишек в русло.
|
Заиление русла с последующими негативными последствиями. |
А.3.3. Потрава растительности. |
Слабо закрепленные растительностью склоны и берега во время ливней и снеготаяния разрушаются и грунт попадает в русло, заиляя его.
|
Заиление русла с утратой дренирующей и пропускной способности. |
А.4. Нарушение режима уровней воды |
||
А.4.1. Строительство запруд и закрепленных бродов |
Запруды и броды создают подпор, уменьшающий скорости течения; происходит интенсивное заиление и занесение русла; обмелевшее русло зарастает тростником; подпор распространяется вверх по реке. Запруды в половодье размываются, грунт заносит русло.
|
Завалы русла грунтом от размыва запруд интенсивно зарастают; утрачивается дренирующая и пропускная способность.
|
А.4.2. Строительство мостов с подпором уровней более 0,2 м. |
Если при широких поймах не делать дополнительных мостов, то подпор в половодье может быть настолько большим, что русло выше моста будет занесено и зарастет тростником. |
Медленное обмеление русла, ухудшение условий обсыхания поймы. |
А.4.3. Межбассейновые переброски стока. |
Под влиянием значительных удельных расходов перебрасываемой воды начинается процесс общего размыва русла в реках-приемниках; возбуждаются оползни и обвалы берегов, продукты размыва вызывают обмеление русла ниже по течению.
|
Переосушение и остепнение поймы, значительные береговые деформации, формирование плавней в устье. |
А.5. Зарегулирование стока |
||
А.5.1. Мелководные пруды в большом количестве (при H< 3 м). |
Увеличиваются потери стока за счет испарения, меженный сток прудами не пропускается, пруды и русла между ними пересыхают. |
Утрата хозяйственной и рекреационной ценности; истощение стока. |
А.5.2. Стихийное регулирование стока. |
Пруд (водохранилище) заполняется в течение всего года, а не только в половодье; фактическое регулирование стока намного меньше возможного; занижаются водные ресурсы бассейна.
|
Снижение потенциальных для использования водных ресурсов. |
А.5.3. Несоблюдение режима эксплуатации водохранилищ и прудов. |
Полностью перехватывается меженный сток, в водотоке ниже водохранилища воды нет; через водовыпуск транзитный сток не пропускается. Более интенсивными становятся процессы заиления и зарастания русла как в верхнем, так и в нижнем бьефе. |
Сокращение стока за счет испарения, ухудшение качества воды, истощение рек, зарастание и заиление русел. |
А.5.4. Забор меженного стока. |
Отсутствие стока ниже запруды или русловой копани, зарастание влажного русла с интенсивным заилением его во время ливней.
|
Истощение рек, уменьшение пропускной способности русла.
|
Окончание таблицы 1.8 |
||
Причины деградации |
Реакция элементов системы и характер изменений |
Последствия деградации |
А.6. Нарушение русловых процессов |
||
А.6.1. Русловые запруды. |
В половодье процессы очистки, углубления плёсов и наращивания перекатов заменяются заилением русла в верхнем бьефе. |
Утрата хозяйственной и рекреационной ценности. Перекрытие путей хода на нерест. |
А.6.2. Уменьшение водности (следствие от А1 и А2). |
Затухание русловых процессов и процессов самоочистки русла. |
Заиление и зарастание русла. |
А.6.3. Увеличение поступления наносов (следствие от А3). |
Поток перегружен наносами и не в состоянии их транспортировать. |
Заиление и зарастание русла, ухудшение качества воды. |
Б.1. Загрязнение воды и русла |
||
Б.1.1. Сброс неочищенных сточных вод. |
Утрата самоочищения водных потоков, загрязнение донных отложений. |
Угнетение и подавление полезных биоценозов; утрата рыбохозяйственного значения и рекреационной ценности. |
Б.1.2. Загрязнённый ливневой сток. |
Смыв в реки талыми и ливневыми водами с селитебных территорий не только ила, песка, куски асфальта, но и нефтепродуктов, скопившихся на поверхности свинцовых, ртутных и других соединений; с полей смываются минеральные удобрения и ядохимикаты. |
Ухудшается качество воды, загрязняются донные отложения русла, угнетаются фито- и зооценозы в русле и донных отложениях. |
Б.1.3. Тепловое и радиационное загрязнения.
|
При длительном воздействии воды, нагретой до 30, обедняется видовой состав флоры и фауны, угнетаются и отмирают многие виды. Аэробные биоценозы уступают место анаэробным. Радиационное загрязнение вызывает мутации.
|
Утрата очищающих процессов речного потока; угнетение полезных биоценозов. |
Б.2. Расчистки русла без соблюдения правил русловой гидротехники. |
Без устранения причин группы А.3 эти участки заиливаются через 5-7 лет; обнажения дрени-рующих грунтов заваливаются илом и навсегда теряется дренирующая способность русла, нарушается водообмен между руслом и поймой.
|
Утрата полезных свойств русла и продуктивности пойменных массивов. |
Б.3. Спрямление русла (иногда возможно делать только временное). |
Постоянно действующая прорезь приведет к глубинным и плановым деформациям русла, характерен общий размыв русла на значительной длине выше прорези и его блуждание.
|
Изменение морфологии русла; размывы берегов. |
Б.4. Русловые карьеры. |
Нарушается уровенный режим реки, изменяется частота и длительность затопления поймы, возможны плановые деформации русла, сопровождающиеся размывом берегов. |
Изменение морфологии русла, сокращение продуктивности поймы. |
Б.5. Замкнутое обвалование поймы |
Лишение почвы поймы естественного промыва. При отсутствии затопления поверхностным потоком в половодье, в пределах обвалованного массива развиваются процессы засоления и заболачивания. |
Пойма обречена на бесплодие через 10 – 15 лет. |