3. Проектирование восстановительных мероприятий

3.1. Определение параметров расчистки русла

Результатом длительного взаимодействия потока и русла при заданных природой условиях и режиме являются определенные соотношения между основными гидроморфологическими характеристиками [3,4]. Они характеризуют собой такое состояние русла, при котором обеспечиваются наименьшие потери энергии потока на преодоление сопротивлений движению воды.

Расчистка русла должна быть обоснована в гидрогеологическом аспекте, что требует выполнения специальных изысканий, итогом которых должен быть прогноз притока воды в расчищенное русло реки, а также оценка химического состава и степени минерализации грунтовых вод.

Ни в коем случае нельзя делать русло глубже и шире, чем оно было: поток воды в половодье все равно не обеспечит жизнестойкость такого искусственно расширенного или переуглубленного русла, и река на этом участке пропадет как объект природы. Необходимо лишь восстановить естественный рельеф дна с его плесами и перекатами и, не трогая одернованных или окустаренных берегов, обнажить в русле водоносные грунты. При наличии четкой стратиграфической границы между илами и коренным грунтом русла задача решается просто: необходимо удалить из русла ил и проверить соответствие морфологических характеристик при пропуске руслоформирующего расхода. Но на практике установить эту границу затруднительно не только потому, что это требует увеличения объема инженерно-геологических изысканий, но и потому что наряду с заилением происходят процессы занесения русла овражными наносами, продуктами абразии берегов, эрозии прилегающих водосборных площадей и т.п. С другой стороны, морфология русла была изменена запрудами и прочими подпорными сооружениями, что следует учитывать при определении параметров расчистки.

Исходными данными для установления морфологических характеристик русла и параметров расчистки служат:

- поперечные профили русла с нанесением на них результатов инженерно-геологических изысканий;

- оценка пропускной способности русла в современном состоянии;

- план участка реки и продольный профиль русла;

- гидрологические данные о расходах воды весеннего половодья и дождевых паводков различной обеспеченности, продолжительность половодья.

3.1.1. Анализ пропускной способности русла и вычисление

морфологических характеристик

При оценке пропускной способности русла для каждого из расчетных поперечников (см. раздел 1.4) были получены значения расхода воды при уровне на отметке пойменной бровки и средняя скорость потока.

Расход воды в пределах пойменных бровок для «нормального» русла не превышает расходы весеннего половодья Q_25%. Этот расход воды может быть принят в качестве ориентира для расхода рекультивационного попуска в русле, подвергающемся расчистке.

По соотношению фактической скорости с размывающей и фактического расхода с расходом возможны следующие расчетные случаи:

А. ; ; Б. ; ;

В. ; ; Г. ; .

В каждом случае возможны варианты в зависимости от состояния русла (степень заиленности, наличие четко выраженных стратиграфической границы и пойменной бровки) и местоположения створа относительно русловых подпорных сооружений (верхний или нижний бьефы).

Для каждого случая ниже приведены алгоритмы определения расчетных морфометрических параметров русла (средней глубины, устойчивой ширины, уклона). Основные зависимости, используемые в расчетах:

средняя глубина:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

устойчивая ширина: (3.4)

(3.5)

проектный уклон: (3.6)

коэффициент Шези: (3.7)

расход воды: (3.8)

(3.9)

скорость потока: (3.10)

(3.11)

максимальная глубина: (3.12)

(3.13)

Случай А.1: ; ; русло заилено, есть четкая стратиграфическая граница илов и коренных пород, бровка пойменного берега явно выражена (рисунок 3.1,а). Здесь: - отметка нижней границы илов и коренных пород; - площадь живого сечения потока по стратиграфической границе при уровне воды на отметке

а

б

Рисунок 3.1 – Схемы русла реки: а – для случая А.1; б – для случая А.2

да

нет

нет

да

нет

да

Рисунок 3.2 – Схема расчета для случая А.1.

Случай А.2: ; ; русло заилено, четкая граница илов и коренных пород отсутствует, коренные берега явно не просматриваются, русло может быть как расширенным, так и зауженным (см. рисунок 3.1,б).

нет

да

нет

нет

да

нет

Рисунок 3.3 – Схема расчета для случая А.2.

Случай Б: ; ; степень заиления русла может быть различна; причина заиления в нарушении уклона водного потока (поток в состоянии подпора).

нет

да

да

нет

нет

да

Рисунок 3.4 – Схема расчета для случая Б.

Случай В: ; ; русло может быть заиленным и зауженным, уклон достаточный для достижения размывающей скорости.

нет

да

да

нет

да

Рисунок 3.5 – Схема расчета для случая В.

Случай Г: ; ; русло может быть заиленным и занесенным, но уклоны достаточные для достижения размывающей скорости, значительные расходы воды в пределах пойменных бровок свидетельствуют о высоких отметках последних или о расширенном русле .

да

нет

да

нет

нет

да

Рисунок 3.6 – Схема расчета для случая Г.

Полученные значения и сравниваются с вычисленными по известным морфологическим зависимостям.

Формулы В.С. Лапшенкова для свободно формирующихся русел:

(3.14)

(3.15)

Эмпирическая зависимость для малых рек Ростовской области:

, (3.16)

где - средний уклон русла на участке.

Окончательный выбор морфометрических параметров русла выполняется с соблюдением следующих требований:

- руслоформирующий расход при наличии низкой, четко выраженной пойменной бровки не должен превышать весеннего половодья;

- при наличии высокой пойменной бровки руслоформирующий расход не должен превышать весеннего половодья;

- ширина русла по урезу воды при руслоформирующем расходе не должна превышать устойчивую ширину , вычисленную по формулам (3.4 и 3.14);

- при широких руслах, образовавшихся в результате подпора уровней в реке, ширину русла по урезу воды рекомендуется принимать по формуле (3.4);

- при зауженных в результате заиления руслах рек ширину их на уровне пойменной бровки следует принимать не менее

где - по формуле (3.16).

3.1.2. Конструирование поперечных сечений

и продольного профиля русла

Поперечные сечения русел для 50 м³/с принимаются трапецеидального сечения, с шириной по урезу воды и максимальной глубиной .

Заложение откосов принимается по зависимости , но не менее допустимого для грунтов берега русла.

При 50 м³/с поперечное сечение принимается полигонального профиля с .

При конструировании поперечного сечения расчищаемого русла необходимо оставлять приурезные экологические зоны (рисунок 3.7). Для этого расчистку следует начинать, отступая от меженного уреза воды на 1-3 м (в зависимости от ширины русла), или на 0,5 м по глубине при крутых берегах.

Рисунок 3.7 – Конструирование поперечного сечения расчищаемого русла

- ширина приурезной экологической зоны.

При фактической ширине русла более необходимо проектный перечный профиль размещать у одного из берегов с учетом планового положения створа и с целью улучшения дренирования руслом поймы.

Проектное дно русла на продольном профиле (см. рисунок 1.2) принимается с учетом наличия плесов и перекатов. Недопустимо делать из русла канал с постоянным уклоном дна.

На продольном профиле русла показываются уровни воды при руслоформирующем расходе и при расходе рекультивационного попуска (если ). От уровня воды при откладываются глубины на плесах и перекатах.

При проектировании участков плес-перекат необходимо пользоваться следующими рекомендациями:

- на излучинах и прямых участках рек преимущественно развиты плесы, на перегибах русла-перекаты; ширина русла на перекатах, как правило, увеличена;

- средняя глубина на гребне переката соответствует средней глубине расчищенного русла (от уровня воды при );

- расстояние между гребнями перекатов для малых рек определяется только плановым очертанием русла и может изменяться в широких пределах, но не менее (5-7) [8]; местоположение перекатов можно также установить по продольному профилю, имеющему подробный геолого-литологический разрез (погребенные под илом перекаты);

- максимальная глубина для плесов на поворотах рек изменяется в зависимости от отношения [9], где - радиус кривизны выпуклого берега устойчивой излучины (определяется с плана участка реки):

. (3.17)

Значения коэффициента приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Значения коэффициента .

	6	5	4	3	2	1,5
	1,48	1,84	2,20	2,57	3,0	-