Схемы коренного улучшения затруднительных двухрукавных участков
Наиболее часто на судоходных реках встречаются затруднительные двухрукавные участки в руслах с преобладанием побочневого руслового процесса. Рассмотрим 3 осуществленные схемы таких участков. Две схемы по более устойчивым рекам Дону и Иртышу, третья – по менее устойчивой р. Вычегде.
На двухрукавном участке р. Дона (рис. 54) при почти одинаковых по пропускной способности рукавах причиной затруднительности его для судоходства являлось периодическое возникновение и развитие левобережного побочня на верхнем подходе к участку раздвоения и местное расширение русла в районе ухвостья острова. До проведения работ по коренному улучшению участок относился к числу наиболее затруднительных и на нем при разработке прорезей у приверха и ухвостья острова ежегодно удаляли в среднем около 70 тыс. м3 грунта (до 120 тыс. м3 в наиболее неблагоприятные годы). Морфологический анализ показал, что на этом участке происходило постепенное развитие правого нсх рукава, но из-за глинистых выступовправого берега выше раздвоения, а также из-за неблагоприятного сопряжения рукавов ниже острова, перенос судового хода в правый рукав невозможен.
Для улучшения с.у. в раздвоении были построены две меженные п/з у правого берега выше острова и три п/з тоже у правого берега, но ниже острова. Основным рабочим сооружением являлась п/з №2, обеспечивавшая увеличение расхода воды по левому рукаву и отвлечение транзитных наносов в правый рукав. Эта п/з обеспечила первоначальный размыв и послудующую устойчивость сх рукава, а также более благоприятное слияние потоков повышением расхода наносов в нсх рукаве. П/з №1 выполняла вспомогательную роль, более плавно изменяя направление транзитного потока в начале раздвоения.
Полузапруды ниже острова обеспечивали уменьшение ширины меженного русла до расчетной и способствовали постепенному наращиванию отметок правобережного побочня. Как видно из плана 1968 г., снятого через 9 лет после работ по к.у., этот участок находится в хорошем состоянии, а сопоставление этого плана с планом 1958 г., снятым до строительства сооружений, свидетельствует о высокой эффективности выполненных работ и хорошей устойчивости судового хода на участке.
Экономичность осуществленной схемы к.у. оказалась также высокой: в течение более 10 навигаций дноуглубительные работы на участке не проводились, вложенные средства на строительство полузапруд окупились в течение года (ст-ть сооружений была примерно равна ст-ти ежегодных дноуглубительных работ).
Коренное улучшение двухрукавного участка осуществлено также на р. Иртыш (рис. 55), но при пропускной способности нсх рукава значительно меньшей, чем судоходного.
На этом участке затруднения для судоходства возникали главным образом в нижней части левого сх рукава из-за значительных изменений распределения расходов воды между рукавами по мере колебания уровня.
Здесь коренное улучшение достигнуто разработкой капитальной прорези и одновременной постановкой грунтовых полузапруд в нижней части сх рукава с креплением их гребней. Эти п/з предназначались для закрепления границ судового хода. В результате проведения таких работ с.х. условия на этом участке были значительно улучшены, русло стало устойчивым, а объем эксплуатационных дноуглубительных работ резко уменьшился. Так за 5 лет до к.у. объем дноуглубления составил 1290 тыс. м3, а в течение пяти лет после к.у., было извлечено всего 180 тыс. м3.
Как видно из приведенных схем, к.у. двухрукавных участков на реках Дон и Иртыш достигнуто постановкой полузапруд либо на подходных участках, либо в пределах сх рукава с одновременной разработкой эксплуатационных или кап.прорезей. Несколько иной подход осуществлен на реках Вычегде и Б. Сев. Двине.
Так, на двухрукавном участке р. Вычегды (рис. 56) для к.у. разработана длинная кап.прорезь и построены выправит.сооружения в больших объемах.
В пределах этого участка реки пойма развита незначительно. Вдоль левого меженного берега ширина поймы всего около 100 м, в нижней части участка пойма расширяется до 600 ми возвышается на 8-10 м над проекным уровнем. Правый берег реки высокий, коренной, возвышается на 30-45 м над проектным. Только в двух местах – у селения и в долине впадающего здесь притока – вдоль правого берега имеются пониженные террасы, высотой около 20 м над проектным уровнем.
Анализ русловых деформаций за период с 1910 по 1960 гг. показал, что до проведения работ по к.у. этого участка (1961-1962 гг.) расположение с.х. в течение 50 лет неоднократно менялось по мере надвижения и развития побочней правого или левого берега реки. В течение 30 лет (начиная с 1930 г.) с.х. располагался в левом рукаве, но уже к 1940 г., с появлением в верхней плесовой лощине мощного левобережного побочня, наметилось развитие правого рукава. В последнее десятилетие перед коренным улучшением (после 1950 г.), по мере наступления на приверх острова мощного левобережного побочня, с.х. в левом рукаве становился более извилистым, а правый рукав развивался. Так, если в 1956 г. расход воды в правом рукаве составлял не более 20-30% от общего расхода, то в 1960 г. расходы по обоим рукавам были почти одинаковы при всех уровнях (в правом рукаве 55%).
К 1961 г. входная часть в левый рукав превратилась в боковой отвод, отсасывающий наносы, а правый рукав начал интенсивно развиваться. Все это привело к резкому росту экспл.дноуглубления по левому рукаву, с 200 тыс. м3 в 1958 г. до 850 тыс. м3 в 1960 и 1961 гг.
В таких условиях в 1961-1962 гг. были выполнены работы по к.у. этого затруднительного участка:
а) в правом рукаве разработаны кап.прорези (объем удаленного грунта в 1961 г. составил 1820 тыс. м3 и в 1962 г. - 690 тыс. м3);
б) в том же рукаве возведены меженные п/з №5 и 6, локализовавшие вредное влияние боковой емкости в средней части рукава, а на приверхе острова – сооружение №3 для перераспределения расхода воды и наносов;
в) поперечная протока перекрыта глухой запрудой №2;
г) левый рукав перекрыт двумя запрудами меженного регулирования (№1 и 4).
В результате осуществленных мероприятий с.х. был перенесен из левого в правый рукав, с.х. условия на участке значительно улучшены; увеличены радиусы кривизны с 400-600 до 1000 м, а объем экспл.дноуглубительных работ уменьшен в среднем до 300-320 тыс. м3.
На более устойчивых реках к.у. достигается прежде всего возведением выправит.сооружений, регулирующих движение наносов и воды по рукавам. Разработка прорези здесь нужна только для недопущения неравномерного размыва русла, имеющего неоднородные грунты. На реках меньшей устойчивости к.у. двухрукавных участков достигается в первую очередь перераспределением расхода воды в пользу сх рукава капитальной прорезью большого объема.
Примером раздвоения русла с преобладанием меандрирующего процесса является затруднительный участок на Нижнем Дону (рис. 57). Причиной затруднительности этого участка являлась большая кривизна левого сх рукава с осередком и наличие переката у приверха острова; правый же рукав не был судоходным из-за малых глубин и тяжелых грунтов, слагающих русло этого рукава.
Несмотря на значительные расходы воды в правом рукаве в весеннее половодье и большие (почти в 1,5 раза) уклоны свободной поверхности, по сравнению с левым рукавом, правый рукав в течение 50-летнего периода не размывался, хотя кривизна левого рукава постепенно увеличивалась (радиус кривизны к 1953 г. составлял 250 м) и условия судоходства в нем ухудшались.
В связи с резким увеличением объема перевозок, размеров судов и нормируемых габаритов пути, рассматриваемый участок к 1953 г. стал одним из затруднительных на плесе. Поэтому после выполнения русловых исследований было принято решение р переносе с.х. из левого в правый рукав. Для этой цели осенью 1953 г. в правом рукаве была разработана капитальная прорезь с объемом около 900 тыс. м3.
В течение ряда лет после разработки капитальной прорези, из-за ежегодного повышения нормируемых глубин, в правом рукаве велись экспл.дноуглубительные работы. В последующие годы отвалы грунта из кап.прорези у правого берега проросли кустарником, ширина правого рукава существенно уменьшилась (см. рис. 57, б), и после 1960 г. этот участок не лимитирует судоходства и не требует дноуглубления. Левый нсх рукав постепенно закладывается наносами. Из-за относительной устойчивости русла размыв островного вогнутого ведущего берега правого рукава происходит медленно (2-3 м в год). Это позволяет обеспечить к.у. затруднительного участка без строительства выправительных сооружений.
К затруднительным двухрукавным участкам сдедует также отнести сопряженные раздвоения речного русла (т.н. восьмерки) с двумя последовательно расположенными островами. Сопряженные раздвоения русла могут возникнуть в результате образования последовательно расположенных островов как за счет закрепления осередков и повышения их отметок в руслах с побочневым процессом, так и в результате прорыва перешейка длинного острова в двухрукавном извилистом русле.
В сопряженных раздвоениях русла с побочневым процессом, в зависимости от надвижения на верхнее раздвоение правобережного или левобережного побочней, происходит попеременное развитие соответственно левого или правого рукавов нижнего раздвоения русла. Поэтому к.у. таких двухрукавных участков заключается прежде всего в закреплении движения побочней на подходе к верхнему раздвоению русла или в ликвидации условий их возникновения. Если же анализ переформирований показывает, что в ближайшие 10-15 лет нет опасности перекрытия в верхнем раздвоении сх рукава мощным побочнем, то к.у. участка можно достигнуть разработкой капитальных прорезей в сопряженных рукавах с использованием грунта для стрелок в ухвостьях островов или возведением продольной дамбы с креплением, объединяющей два острова в один.
Примером является к.у. одного из участков Б. Северной Двины, на кортором в течение ряда лет расположение с.х. по рукавам периодически менялось (рис. 58).
На этом участке была возведена продольная высокая грунтовая дамба с креплением гребня, соединяющая два острова в один, и ликвидирована возможность периодического развития нижнего правого рукава. После строительства этой дамбы с.х. стабилизировался в левом рукаве.
На раздвоении русла с меандрирующим процессом при образовании прорана в острове их сх рукава в нсх отвлекается осветленная вода, а в сх рукаве создаются условия для отложения наносов. Коренное улучшение таких раздвоений может выполняться различно, в зависимости от судоходных качеств правого или левого рукавов нижнего раздвоения, в сторону которого произошел или может произойти прорыв перешейка, более удобен для судоходства, то в нем можно разработать кап.прорезь и расширить проран, и тогда отмирание другого нижнего рукава ускоряется. Если же рукав, в сторону которого может произойти прорыв, неудобен для судоходства, то необходимы работы по укреплению острова и недопущению в нем прорыва. Но если все же такой прорыв произошел, а с.х. туда переводить нельзя, то необходимо перекрытие прорана дамбой или рукава запрудой с отметками гребней на уровне поймы.
Другим примером к.у. двухрукавного русла меандрирующей реки, является затруднительный участок В. Дона (рис. 60).
На этом участке по мере развития извилины примерно 70-80 лет тому назад произошел прорыв потока в начале извилины в правый приток, устье которого расположено в конце извилины. Извилистое и узкое русло этого притока с очень малой площадью водосбора расположено в тяжелых глинистых грунтах. Несмотря на это наблюдалось значительное углубление нижнего участка притока, ставшего вторым рукавом Дона.
К 1950 г. левый судоходный рукав стал затруднительным для судоходства по ряду причин: 1) из-за дальнейшего искривления и размыва высокого песчаного берега в вершине извилины; 2) наличия в ней плотных подстилающих русло грунтов и 3) недостатка воды, вследствие возрастания в правом глубоком рукаве расхода, достигшего 70% от общего. В то же время перенос судового хода в правый рукав из-за малой его ширины и значительной кривизны русла был невозможен.
В течение ряда лет в левом рукаве выполнялись ежегодные дноуглубительные работы (до 150 тыс. м3) и выправительные работы по перекрытию правого рукава каменной запрудой. Однако все попытки постановки такой запруды в различных створах и различной конструкции не давали положительного результата: ежегодно в период половодья из-за больших удельных расходов перелива запруда разрушалась. В 1962 г. было принято решение о к.у. участка посредством разработки среднего короткого рукава с объемом удаленного грунта около 200 тыс. м3. Гидравлические расчеты показали, что после разработки нового рукава через него пройдет более 50% общего расхода воды и тем самым создадутся условия для отмирания левого и правого рукавов. Разработка среднего рукава действительно позволила обеспечить на этом участке к.у. с.у.