книги из ГПНТБ / Чернышов, Ф. М. Повышение эффективности путевых работ на многорукавных участках судоходных рек учеб. пособие

Рий. 21. Затруднительный многорукавный участок при слиянии двух больших рек (Лены и Алдана)

при которых сочетаются отдельные элементарные процессы, харак­ терные для выделения чистых типов» [9].

для судоходства участков. В каждой подгруппе могут встретиться участки как с пойменной, так и с русловой осередковой и островной многорукавностыо, особенно когда они имеют протяженность, ис­ числяемую десятками километров. Однако каждая подгруппа име­ ет определенно выраженное тяготение к тому или иному типу много­ рукавности. Из смешанных же форм наиболее типичным является сочетание чисто островной и мелко-островной и осередковой много­ рукавности. При этом первая форма многорукавности чаще всего наблюдается в верхней половине затруднительного участка, а вто­ рая — в нижней его половине. Однако, мелко-островную и осеред­ ковую многорукавность можно встретить и в верхней части затруд­ нительного участка, если эта часть оказывается в подпоре, напри­ мер, от крутого поворота ведущего коренного берега или от местно­ го сужения долины реки. В таких случаях судовой ход приходится закреплять на участке как в крайних положениях, так и на некото­ рых его частях — в средних рукавах.

При проектировании путевых мероприятий важно установить причины, вызвавшие образование на затруднительных участках тех или иных морфологических форм, а также направление развиваю­ щихся на них русловых процессов. Это дает возможность наметить мероприятия по устранению процессов, отрицательно влияющих на состояние судового хода, и способствовать развитию процессов, ока­ зывающих на него положительное влияние. Например, если выявле­ на перегрузка потока наносами, то необходимо решить задачу управ­ ления наносами, используя для их движения и отложения неперс­ пективные в отношении судоходства рукава. Усиливающиеся из го­ да в год процессы аккумуляции наносов в судоходных рукавах ука­ зывают на необходимость осуществления мероприятий по перерас­ пределению расхода воды в их пользу, либо по переносу судового хода в развивающиеся несудоходные рукава.

Рассмотренная здесь типизация многорукавных затруднитель­ ных участков позволяет более определенно сформулировать основ­ ные принципы и рекомендации по их коренному улучшению и точ­ нее подойти к выбору наиболее рациональных схем размещения на них выправительных сооружений, судоходных прорезей и отвалов грунта.

Г л а в а I I . ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОРЕННОГО УЛУЧШЕНИЯ

МНОГОРУКАВНЫХ ЗАТРУДНИТЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ

ИИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ

§4. Основные принципы коренного улучшения

миогорукавных участков

Как отмечалось, на многорукавных участках существенно воз­ растают требования, предъявляемые к путевым работам по улучше­ нию судоходных условий. В частности, выправительные сооружения и землечерпательные прорези (особенно капитальные) должны за­ креплять выбранный для судоходства рукав и обеспечивать в этих же целях стабилизацию остающейся свободной от них части раз­ ветвлений, то есть способствовать в дальнейшем трансформации многорукавного затруднительного участка в менее рукавный, а в ряде случаев в двухили однорукавный, надежно поддержизая при этом необходимые габариты судового хода и его устойчивость в многолетнем периоде. Необходимость сохранения двухили трехрукавного русла может диктоваться также, интересами водоснабже­ ния крупных городов, размещаемых обычно на обоих • берегах ре­ ки [103.

Кроме TorOj на многорукавных участках нередко приходится сов­ мещать решения задач закрепления существующего положения су­ дового хода на определенных частях и обеспечения надежной устой­ чивости вновь запроектированного его положения на других частях участков, с чем обычно не приходится сталкиваться при проектиро­ вании путевых работ в однорукавных и двухрукавных руслах.

Учитывая отмеченное, очевидно следует сформулировать основ­ ные принципы коренного улучшения многорукавных затруднитель­ ных участков, достаточно полно учитывающие особенности их клас­ сификации при обосновании и осуществлении проектных схем вы­ правления.

К таким принципам представляется необходимым отнести сле­ дующие:

1. Анализ многолетних русловых переформирований участков в целом и по отдельным рукавам. На многорукавных участках реко­ мендуется производить геоморфологические и русловые исследова­ ния, включая гидрометрические работы, с целью вскрыть причины общей тенденции русловых переформирований и источники поступ­ ления наносов на перекатах судоходного рукава. В результате гео­ морфологических исследований по изучению строения долины реки должны быть составлены схематическая геоморфологическая кар­ та реки и геологические характеристики основного русла и конку­ рирующих по судоходству рукавов участка, как это выполняется русловой экспедицией МГУ, • руководимой Н. И. Маккавеевым (рис. 22 и 23). Полученные материалы должны выявить особенности динамики русла и стать основой-для прогнозирования естественных закономерностей русловых переформирований на участке. Наличие

Рис. 23. Геологическая характеристика затруднительного участка р. Оби в районе •Елобогатских перекатов

объективной информации по руслоформирующей деятельности реч­ ного потока на таких весьма сложных участках необходимо иметь для контроля результатов теоретических расчетов, которые прихо­ дится выполнять проектировщикам в подобных случаях.

Одновременно должен выполняться тщательный анализ эффек­ тивности путевых работ, ранее произведенных на участке.

Результаты этих материалов и их анализа являются теми перво­ начальными и, к тому же, необходимыми исходными данными, ко­ торые позволяют наметить варианты возможных схем коренного улучшения затруднительного участка.

2. Выполнение лабораторных исследований на гидравлических или напорно-воздушн'ых моделях, с целью определения гидродина­ мических характеристик разветвленного руслового потока как при бытовом состоянии участка, так и при проектных условиях. Эти ис­ следования особенно необходимы в случаях сравнения конкурирую­ щих вариантов улучшения рассматриваемого участка. Учитывая со­ временное, состояние теории русловых процессов и динамики сложноразветвленных потоков, основывать выбор окончательной схемы компоновки выправительных сооружений, дноуглубительных проре­ зей и отвалов грунта только на теоретических расчетах следует при­ знать пока рискованным.

3. При проектировании путевых работ на многорукавных за­ труднительных участках серьезное внимание следует обращать на увеличение пропускной способности судоходных рукавов и макси­ мальное использование «полезной» роли неперспективных рукавов для завлечения в них наносов как естественным путем, так и с по­ мощью постановки недорогих наносоуправляющих сооружений. По­ следней рекомендации следует придерживаться при наличии на участке многочисленных рукавов со значительной шириной и глуби­ ной русла, так как их перекрытие большим числом запруд делает эти работы очень дорогостоящими, а с гидравлической точки зре­ ния— нецелесообразными. В случае же наличия на разветвленном затруднительном участке недостаточно развитых несудоходных ру­ кавов-проток, то их полное перекрытие может оказаться рациональ­ ным. В частности, приведенные в § 2 осуществленные схемы корен­ ного улучшения многорукавных участков реки Печоры и являются этому подтверждением. Более того, эти схемы трансформации многорукавного русла в однорукавное в период наступления меженных уровней вполне можно отнести к типовым для свободных рек, име­ ющих тяжелые условия ледохода и крупнозернистые грунты на пе­ рекатах судоходного рукава.

В то же время при перекрытии части несудоходных рукавов за­ прудами не всегда удается устранить заносимость судоходного ру­ кава. Поэтому наряду с запрудами, в качестве основных выправи­ тельных сооружений могут служить и другие их типы, активно ре­ гулирующие распределение воды и наносов между рукавами. В часстности, лабораторными исследованиями А. П. Морозова [11] уста­ новлено, что при определенных условиях положительный эффект в

перераспределении влекомых наносов дают сооружения в виде ко­ ротких шпор-полузапруд с направлением продольных осей от приверха острова в-сторону несудоходного рукава (рис. 24) и от берега

Рис. 24. Расположение полузапруды — шпоры у приверха острова

со стороны наносопринимающего несудоходного рукава, размеща­ емые несколько выше створа местного деления потока (рис. 25, соо­ ружение 1). Такие сооружения в практике выправительных работ используются пока еще сравнительно редко. Однако имеется не­ сколько примеров их эффективного применения на реках Камского бассейна.

Рис. 25. Расположение выше и в районе приверха острова полузапруды — шпоры (1) и сооружений Шемера (2, 3)

Наибольшее же распространение получили намывные шпорыполузапруды, примыкающие корневой частью к приверху острова. В частности, такие сооружения сейчас находят широкое применение на реках Обского бассейна [12], а также на р. Дон.

Для данного типа наносоуправляющих сооружений в исследова­ ниях А. П. Морозова наилучшие результаты получены при располо­ жении их осей навстречу потоку под углом 60—70О/ и придании им длины, соответствующей 25—30 процентов ширины несудоходного рукава в створе приверха острова. Более короткие сооружения по существу не перераспределяют наносы, а более длинные вызызают подпор и поперечный уклон в сторону судоходного рукава, способ­ ствуя направлению в него придонных наносов.

46

Еще более показательные результаты были: получены в опытах с наносоуправляющими шпорами-полузапрудами второго типа. Эго объясняется тем, что за незатопленной полузапрудой образуется большая водоворотная зона, вызывающая поперечную циркуляцию в транзитном потоке. В результате этого донные сгруи ниже створа наибольшего сжатия отклоняются в сторону водоворотной зоны, то есть в сторону несудоходного рукава (в опытах полузапруда рас­ полагалась под углом 70° навстречу потоку). При этом оптимальное положение створа головы полузапруды, обеспечивающее поступле­ ние максимального количества влекомых наносов в несудоходный рукав, отвечало условию, при котором водоворотная зона за соору­ жением оканчивалась в створе приверха острова (см. рис. 25) или заходила в несудоходный рукав, стесняя его живое сечение по пло­ щади не более, чем само сооружение стесняет поток основного рус­

рукавов) количество влекомых наносов, поступающих в судоходный рукав после постановки у правого берега, выше острова незатоплен­ ной полузапруды, заметно уменьшалось. Так, например, при степени

уже отмечалось выше, должно определяться из построения кривой растекания. Для предварительных расчетов могут быть использо­

ва на расстоянии, равном 1,4В (здесь. В — ширина русла на подходе к рассматриваемому местному разветвлению), а при т о = 0 , 4 эторасстояние следует увеличить до полуторной ширины русла перед разветвлением.

Поскольку наиболее эффективная работа наносоуправляющей полузапруды происходит при незатопленном ее состоянии, то дан­

на прямолинейном, искусственно созданном в районе местного уширения русла, двухрукавном участке небольшой.р. Ящеры (притоке р. Луги), имеющей преобладающую крупность частиц донных отло­ жений 0,25—0,50 мм [13]. На основании этих исследований авторы получил!.' несколько иные результаты (наблюдения велись при нор­ мально'расположенном к течению потока сооружении длиной 6 м и

пруды выше острова у берега несудоходного рукава наблюдается, если створ отстоит от приверха острова на расстоянии 0,856 (не ближе 0,56 и не далее 1,15). Более близкое расположение полузгпруды приводит к интенсивному размыву приверха острова, а более далекое — к перераспределению расхода воды в пользу несудоход­ ного рукава и его последующему развитию.

Весьма важно обратить внимание еще и на то, что наибольший эффект от шпор-полузапруд второго типа можно получить, когда они применяются не внутри многорукавного участка в районе так называемого «местного» внутриузлового его разветвления, а на верхнем подходном к общему створу деления речного потока уча­ стке.

Описанные наносоуирав/іяющие полузапруды-шпоры одновре­ менно решают и другие задачи по улучшению судоходных условий на многорукавньгх затруднительных участках, устраняя или лока­ лизуя свальные течения в районе приверхов островов, а также спо­ собствуя сосредоточению основной части потока по направлению за­ крепляемого положения судового хода (судоходного рукава). Кро­ ме того, эти сооружения можно применять и в комплексе с запру­ дами несудоходных рукавов, непосредственно примыкающих к уз­ лам разветвления. Однако в последнем случае запруды следует вы­ полнять в виде меженных или повышенных сооружений, а полуза­ пруды-шпоры, соответственно, в виде повышенных или весенних вы­ правительных сооружений-(см. ниже п. 4).

Заслуживают быть отмеченными также наносопривлекающие сооружения Шемера, включающие в себя две полузапруды-шпоры, одна из которых присоединена корнем к оголовку острова, другая— к внешнему берегу несудоходного рукава (см. рис. 25, сооружения 2 и 3). Головы этих полузапруд-шпор заходят одна за другую. Меж­ ду сооружениями образуется быстрое течение, направленное под тупым углом к основному потоку. Такой угол сопряжения потоков способствует активному отвлечению наносов в несудоходный рукав и их Отложению сразу же за отверстием в виде осередка, а еще ни­

же — в виде различного рода отмелей. Подобную компоновку соо­ ружений следует рекомендовать в тех случаях, когда с одной сторо­ ны необходимо сосредоточить максимально возможный расход воды

для целей водоснабжения прибрежных населенных пунктов и созда­ ния в районе их размещения нормальных санитарных условий.

Необходимость при проектировании достаточно точного опреде­ ления распределения жидкого и твердого расходов между судоход­ ными и несудоходными рукавами и отсутствие дл я этого надежных

прорезей на сложноразветвленных участках, о чем отмечалось выше в п. 2.'

Задача максимального использования, «полезной» роли второ­ степенных рукавов при составлении проекта путевых работ на уча­ стке может возникнуть и по условиям особенностей его местонахож­ дения. В частности, у населенных пунктов вдольбереговые рукава должны по возможности сохраняться проточными и если они не яв­ ляются судоходными, использоваться как наносопринимающн.о. Для отвлечения наносов могут также использоваться вдольберего­ вые неперспективные рукава-протоки, если выше их истоков в рус­ ло выносится грунт из мелких притоков, ручьев и оврагов.

ющих являются в значительной степени частными. Опыт выправле­

ловые емкости способствуют образованию к о с , осередков и заноси-

оказывается экономически оправданным, несмотря на расходы, свя­ з а н н ы е с выполнением обычно больших первоначальных объемов землечерпательных работ по проложению судового хода вдоль ко­ ренных берегов средних и больших рек. Закрепление рукава возле высокого коренного берега в качестве судоходного оправдывается, как отмечает Н. И. Маккавеев [14], тем, что при этом удержанию речного русла способствует ряд определенных факторов. Во-первых, при подъеме уровней, когда увеличение расхода воды вызывает рез­ кое возрастание твердого стока, устанавливается односторонний уклон водной поверхности в сторону пойменного берега. При этом донные струи потока отклоняются от коренного берега, способствуя углублению возле него русла и аккумуляции наносов у противопо­ ложного пойменного яра. При снижении уровней воды сток наносов уменьшается в большей степени, чем жидкий расход, в результате чего и при спаде уровней аккумуляции наносов у высокого берега не происходит. Поэтому более устойчивыми при прочих равных ус­ ловиях оказываются рукава у ведущих и коренных берегов, тогда как пойменные и соседние с ними русловые рукава систематически пополняются наносами и мелеют. Во-вторых, скорость течения в по­ ловодье у ведущих и коренных берегов в среднем больше, чем у пойменных: пойменные воды, имеющие меньшую поступательную скорость, замедляют часть потока, в которую они проникают. Это