14.2. Регуляционные сооружения

Русло реки, пойма которой сложена размываемыми грунтами, обычно бывает неустойчивым. Размывы и намывы берегов, размы­вы дна и образование отмелей, прорывы речным потоком пере­шейков, заносимость меандров и образование стариц, «блужда­ние» русла в пределах пойм (так называемый дейгиш) в ряде случаев наносят весьма значительный ущерб народному хозяйству. Размывы берегов могут привести к потери территории, уничтоже­нию посевов, разрушению шоссейных и железных дорог, причинить урон промышленным предприятиям и населенным пунктам. Намы­вы берегов могут привести к полной заносимости водозаборных сооружений, канализационных выпусков, головных сооружений каналов и ковшей Размывы дна в ряде случаев могут привести к разрушению мостов, набережных и водоприемников. Образование отмелей затрудняет судоходство, лесосплав, может привести к уменьшению или прекращению отбора воды. Изменение конфигу­рации русла, образование новых рукавов реки, островов, умень­шение глубин нарушают режим судоходства и отбора воды, пре­пятствуют лесосплаву и могут привести к дестабилизации нор­мального процесса промышленного и сельскохозяйственного произ­водства и жизни населенных пунктов.

Снизить уровень негативных последствий от неуправляемых изменений в жизни реки можно путем ее общего регулирования, т. е. искусственного изменения в нужном направлении режима реч­ного потока и его русла. При общем регулировании реки на всей ее длине должно установиться соответствие между размывающим действием потока и сопротивлением грунтов размыву, наносо-транспортирующей способностью потока и количеством наносов, попадающих в реку с площади водосбора. При выполнении этих условий русло реки будет устойчивым, т. е. ни на одном участке реки не будет ни размывов, ни отложений наносов.

Устойчивое русло, по С. Т. Алтунину, имеет в плане меандри­ческую форму с различными радиусами вогнутого г= (4,5. ..8) В и выпуклого г= (3,5.. .1,0) В берегов и со стрелой изгиба /=0,25L,

414

здесь В — ширина реки, L=(12...15) В — расстояние между излу­чинами (см. гл. 5).

Формирование устойчивого русла реки на всей ее длине, что является конечной целью общего регулирования, происходит до­статочно медленно и требует крупных капиталовложений. Поэтому в реальных условиях производят регулирование отдельных участ­ков реки с целью решения конкретных задач, выдвигаемых различ­ными отраслями народного хозяйства: водоснабжения (обеспече­ния потребителя водой в необходимом количестве и нужного качества), охраны окружающей среды (улучшения процесса раз­бавления сточных вод, соблюдения санитарных требований), судо­ходства, лесосплава, мелиорации и рыбоводства.

Регулирование русла реки осуществляют с использованием ме­тодов стеснения и выправления речного потока, а также возбуж­дения в потоке искусственных поперечных циркуляции (см. гл. 3). При регулировании русла эти методы часто применяют в различ­ных комбинациях. Стеснение производят путем искусственного создания более узкого, чем в естественных условиях, русла реки для увеличения глубин на фарватере или у водоприемника за счет повышения скоростей потока, организации транспорта наносов и шуги мимо сооружений. Выправление потока связано с измене­нием направления потока в плане с целью обеспечения водозабо­ра, судоходства и лесосплава, защиты берегов от размыва или, наоборот, размыва акку­мулятивных форм, обра­зовавшихся в реке и ме­шающих работе инженер­ных сооружений.

Стеснение и выправ­ление потока производят путем строительства спе­циальных (регуляцион­ных) сооружений: про­дольных защитных и струенаправляющих глыб, поперечных дамб, или полузапруд *.

Рис. 144. Выправление русла:

а — парными двусторонними продольными дам­бами, б — поперечными дамбами; / — продоль­ная дамба, 2 — траверс

Продольные дамбы устраивают вдоль одного или обоих берегов реци (рис. 14.4, а). Корневую часть дамбы заделывают в берег, а голову выводят в реку. В пла­не продольным дамбам придают плавное очертание; между дамбой и берегом создается водоворот, на что тратится часть энергии по­тока, скорости при этом здесь падают, прекращается размыв бере­га, пространство между дамбой и берегов заиляется, создаются

* Иногда поперечные дамбы называют бунами или шпорами.

415

аккумулятивные формы, также способствующие закреплению берега. С целью усиления этих процессов часто дамбу с берегом соединяют траверсами. Одновременно с речной стороны продоль­ные дамбы подвергаются размыву, что требует усиленного крепле­ния их откосов и основания. Использование продольных дамб для выправления потока затрудняет впоследствии исправление в слу­чае необходимости береговой линии, образованной этим сооруже­нием.

Поперечные дамбы проектируют так, чтобы они (их оси) были нормальны к динамической оси потока (рис. 14.4, б) или составля­ли с ней угол, близкий к прямому. Один конец дамбы примыкает к берегу, а голова дамбы выходит в русло реки на такое расстоя­ние, чтобы все головы дамб оканчивались на одной (воображае­мой) плавной кривой. Речной поток, сжатый поперечной дамбой, отклоняется от берега, а затем снова поворачивает к берегу и встречается с ним на расстоянии от дамбы, определяемом углом растекания, равным в среднем 7.. .8°. Следующую поперечную дамбу ставят от первой на расстоянии несколько меньше указан­ного (в запас) и на практике принимают равным (3. .A)L_Cd, где Led — длина дамбы. За каждой поперечной дамбой (вниз по тече­нию) возникает водоворот, скорости потока здесь падают и раз­мыв берега прекращается на всем закрепляемом участке.

Одновременно система поперечных дамб сужает поток, что влечет за собой увеличение скоростей на стрежне, возрастание глубин и более интенсивный транзит наносов.

Положительной стороной способа стеснения потока с помощью поперечных дамб является его гибкость и мобильность; можно при необходимости удлинить или укоротить дамбы, установить их более часто и тем самым устранить неплавности потока, выявив­шиеся в процессе эксплуатации. Пространство между поперечны­ми дамбами заносится более быстро, чем между продольной дам­бой и берегом. В то же время у голов поперечных дамб могут возникнуть местные размывы, поперечные дамбы могут создать дополнительные трудности судоходству, что является отрицатель­ной стороной их применения.

В ряде случаев наиболее целесообразным оказывается совме­стное использование продольных и поперечных дамб, например устройство струенаправляющей продольной дамбы у вогнутого берега и системы поперечных дамб на выпуклом берегу (или пляже).

Таким образом, с помощью регуляционных сооружений можно добиться стабилизации участка берега реки, увеличения глубины и создания благоприятной конфигурации участка реки для орга­низации водоотбора и рассеивания сбросных струй, защиты водо­приемников от наносов и шуги, улучшения условий судоходст­ва и т. д.

Стеснение потока может быть также достигнуто путем пере­крытия ряда рукавов в многорукавном русле и направления всего

416

расхода в один рукав. Закрытие рукавов и проток производят щитами (на малых рядах) или системой запруд, причем такое закрытие можно проектировать действующим только в межень или постоянно. Перевод всего расхода реки в один из рукавов вызы­вает повышение горизонта воды в этом рукаве и некоторый подпор в реке вверх от запруды. При этом закрытые рукава могут про­мываться во время паводка в том случае, если запруда устраива­ется в начале рукава, или, наоборот, заиляться (заноситься), если запруда устраивается в конце рукава. В ряде случаев оказывается целесообразным ускорить заиление отторгаемого рукава, для чего по его длине устраивают несколько запруд.

На участках русл со свободным меандрированием в некоторых случаях оказывается целесообразным спрямление русла по пере­шейку, поскольку неустойчивость меандров может привести к обра­зованию нового русла, направленного в сторону от существующих или проектируемых водозаборных сооружений. Для спрямления русла прорывают канал, берега которого укрепляют. Возможно также другое решение; если водоприемник расположен на вогну­том берегу ярко выраженной излучины, то с целью ее стабилиза­ции укрепляют берега у сооружения и в районе перешейка.

Вместе с выправительными сооружениями для организации водоотбора на участках рек с недостаточными глубинами приме­няют метод дноуглубления. При этом создают прорези, в которых расположены водоприемники, подводящие каналы и ковши у водо­заборных сооружений. Углубление дна производят также при спрямлении русл. Основным недостатком метода дноуглубления является быстрая заносимость всех видов прорезей, подводящих каналов и ковшей, что создает затруднения в эксплуатации водо­заборных сооружений *.

Н. С. Лелявский почти сто лет назад выдвинул идею использо­вания поперечной циркуляции для регулирования русл и успешно ее реализовал, построив систему продольных и поперечных дамб на участке р. Днепр (рис. 14.5). Практические рекомендации Н. С. Лелявского сводятся к созданию на перегибах русла удлине­ния вогнутых и выдвижению в русло верхних участков выпуклых берегов. Продольную струенаправляющую дамбу выполняют кри­волинейной, низовую ее часть выносят в поток не менее чем на 7з и не более чем на половину ширины русла.

В дальнейшем метод Н. С. Лелявского совершенствовался, до­полнялся и получил развитие в работах отечественных ученых М. В. Потапова, А. М. Лосиевского, В. А. Шаумяна, С. Т. Алтуни-на, А. С. Образовского и др.

По методу М. В. Потапова с помощью системы щитов плаву­чих или стационарных, устанавливаемых в потоке примерно под углом 20.. .30° к направлению течения (рис. 14.6, а), вызывается

* Подробно способ дноуглубления перед водозаборными сооружениями рас­сматривается в курсе «Водоснабжение»,

417

отклонение струй от прямолинейного движения. Например, для усиления поперечной циркуляции на повороте реки устанавливают поверхностные щиты, отклоняющие струи в сторону вогнутого берега. Циркуляцию можно еще усилить, если дополнительно по­ставить донные щиты, отклоняющие струи в придонном слое в сторону выпуклого берега.

Рис. 14.5. Регулирование русла по методу Н. С. Лелявского:

1 — траверс; 2 — направление паводка; 3 — продольная дамба; 4 — поперечная дам­ба; 5 — гребень подводной косы

Рис. 14.6. Создание поперечной циркуляции по методу М. В. Потапова:

а — расположение щитов в плане; 6 — расположение щитов у руслового водопри­емника; в — плавучий щит; / — струенаправляющий щит; 2 — водоприемник

Для питания водоприемников и водозаборов более осветлен­ными поверхностными струями и защиты их от донных наносов устанавливают щиты перед водозаборами, как показано на 14.6, а, б. В результате создания поперечной циркуляции донные наносы оттягиваются соответственно от водоприемника и от входа в канал.

418

А. С. Образовский усовершенствовал конструкцию щитов По­тапова, сделав их двухъярусными, тем самым обеспечив большую возможность управления потоком.

Метод создания поперечной циркуляции с помощью системы донных порогов (рис. 14.7), располагаемых под углом 20.. .25° к оси потока, был предложен А. И. Лосиевским. Высота донного порога назначается в пределах от Vz до ²/з глубины потока в ме­жень; пороги обязательно доводятся до берега и их длина во мно­го раз превышает высоту. Винтообраз­ное движение потока, возникающее вдоль низовых сторон порогов, пере­мещает наносы к берегу, где они от­кладываются в виде продольных под­водных валов. Эти валы могут быть размыты во время половодья потоком и наносы вынесены на фарватер. По­верхностные течения не вовлекаются в винтообразное глубинное течение, они преломляются на гребне порога, как на водосливе, и уклоняются в сто­рону стержня реки. Следствием этого является увеличение скорости течения, что улучшает транзит наносов. Регу­лирование речного потока донными порогами с точки зрения судоходства значительно удобнее, чем щитами М. В. Потапова.

Рис. 14.7. Наносоуправляю-

щее сооружение системы

А. И. Лосиевского:

/ — порог; 2 — берег; 3 — плёс; 4 — водоприемник

Способы создания искусственных поперечных циркуляции в потоке ис­пользуют для улучшения процесса во-доотбора при компоновке водозабор­ных узлов. С этой целью у водозабор­ных сооружений устраивают струена-правляющие щиты или донные пороги таким образом, чтобы во время поло­водья поверхностные струи отклоня­лись в сторону водоприемника, а придонные струи способствовали местному углублению русла. В межень струенаправляющие соору­жения, установленные соответствующим образом, создают систему течений, способствующих отводу рыбы от водоприемника, позво­ляют добиться некоторого увеличения глубины воды в месте водо-отбора, регулировать питание водоприемника из поверхностных или придонных слоев воды.

На рис. 14.8 показано место расположения струенаправляю-щих щитов перед водоприемниками, устройство которых на дне и под углом к потоку речной воды позволяет организовать отбор воды из придонных слоев реки.

419

матеп^еиало^Ц_п^ИОгпТ ^С°°^рУ^жения' ^как правило, возводят из местных бревен и др'-) ^{КЗМНЯ> ЛеСНЫХ Материалов} (короста, кольев,

в ви^тсьтГ " ^ПОПеР^ечные Д^амбы- запруды часто выполняются в виде отсыпки из грунта или камня трапецеидального профичя с креплением основания и откосов от размыва Гребень продоль ных и поперечных дамб и запруд возвышается над уровнями во-

, - ™-~г гл ™::г:.:;тг™г.гг ±гг°«

торная; 5-камера переключений ^ДеЦ' "* ~ ^тР"Нсформа-

ды, при котором предполагается их наиболее эффективное во^ей ствие на структуру потока и формирование рус?Гнаибо^е"?сто за такой уровень принимают меженный уровень ^Паи°°^{лее часто}

sw=55fS5==5=-5S

представляющих собой цилиндрической формы ny^ хвороста ё 420

внутренним заполнением из камня. Легкие фашины изготовляют диаметром 0,25.. .0,4 м и длиной 2,5.. .4,5 м. Тяжелые фашины имеют диаметр 0,6. ..1,2 м и длину до 10 м. По длине фашины перевязывают проволокой: легкие — в 2.. .3 местах, тяжелые — через 0,3.. .0,7 м. С торцов фашины закрывают пробками из корот­ких пучков хвороста.

При наличии большого количества камня для регуляционных сооружений, в частности для возведения дамб, используют габио­ны— ящики из металлической сетки, заполненные камнем. Сетку вяжут из оцинкованной проволоки диаметром от 2 до 4,5 мм. Га­бионы отличаются высокой прочностью и долговечностью, эла­стичностью и монолитностью, невысокой стоимостью. Однако ши­рокого распространения не получили из-за дефицитности оцинко­ванной проволоки и высокого процента ручного труда при их изготовлении.