книги из ГПНТБ / Регулирование русел лесосплавных рек

в общем случае не совпадают с проектными сплавными горизон­ тами и соответствующими им расходами. Они могут быть и выше и ниже последних.

При сплаве леса в период половодья или по высоким гори­ зонтам в период летних паводков проектный сплавной горизонт, устанавливаемый согласно действующим ТУ проектирования лесо­ сплавных предприятий за период сплава обеспеченностью в мно­ голетнем году 90%, может оказаться выше уровня выправитель­ ной трассы (рис. 2, а). И наоборот, при сплаве в меженный

Рис. 2. Определение проектного сплавного горизонта:

а — при сплаве на высоких уровнях; б — при сплаве в меженный период; Н, — проектный сплавной горизонт; Нг — уровень выправительной трассы; Н3 — средний меженный горизонт воды

период проектный сплавной горизонт, устанавливаемый из тех же соображений, что и в предыдущем случае, может оказаться ниже уровня выправительной трассы (рис. 2,6) .

Говоря о связи расчетных уравнений и расходов,. устанавли­ ваемых при регулировании русла, и проектным сплавным гори­ зонтом, укажем, что от последнего отсчитывается расчетная сплавная глубина, а также приращение глубины, которую следует ожидать после строительства регуляционных сооружений (рис. 2,й и б).

На сплавных реках, протекающих в горных и предгорных условиях с летне-весенними паводками, с малой амплитудой коле­ баний горизонтов воды (I—2 м) и неустойчивым ложем русла

наряду с меженным регулированием может иметь место регулиро­ вание русла при расходах воды, отвечающих предельному запол­ нению русла в пределах пойменных бровок.

В этих случаях в качестве уровня выправительной трассы

принимается горизонт, соответствующий заполнению водным по­ током меженного русла до уровня поймы.

Таблица 1

20

Продолжение

ледохода, как указано для полузапруд

Во всех перечисленных видах регулирования могут иметь место

случаи, когда уровни выправительной трассы близки по отметкам к расчетным уровням трассирования обоновки пути.

Когда возможно, необходимо выправительными сооружениями совмещать регулирование русла с лесонаправлением.

Отметки гребней сооружений в таких случаях устанавли­

ваются, исходя из требований лесонаправления, по действую­ щим ТУ проектирования лесосплавных предприятий.

В табл. 1 приводятся рекомендации к выбору отметок гребней для наиболее часто встречающихся типов сооружений.

После определения по опорному водпосту расчетного гори­ зонта воды (среднемеженного уровня выправительной трассы)

последний переносят в створы проектируемых сооружений. Простейшим способом переноса уровней является способ «па­

раллельной срезки», при котором разница между расчетными уровнями и проектным сплавным горизонтом, полученная на опорном водпосте, распространяется на весь плес.

Однако следует помнить, что такой способ переноса уровня в большинстве случаев дает большую погрешность и к примене­ нию его необходимо прибегать с большой осторожностью.

С большей точностью расчетный уровень может быть перене­

сен на перекатные участки по однодневной связке горизонтов воды по всей длине реки, учитывая, к каким уровням приурочена

однодневная связка горизонтов воды.

В частности, в случае переноса высоких горизонтов воды

(намного превышающих уровень однодневной связки) следует считаться с возможностью получения значительных погрешностей из-за изменения уклонов реки в связи с подъемом горизонта, свойственного многим рекам.

В сплавной практике часто применяется (особенно для поро­

жистых рек) прием переноса уровней по расходам воды с учетом изменения площади водосбора.

21

Наиболее точным способом переноса уровней следует считать перенос по кривым связи уровней на опорном водомерном посту

ивременных водпостах на перекатах.

Взаключение укажем, что от правильности переноса уровней

зависит точность установления глубины разработки отдельных перекатов и назначения отметок гребней выправительных соору­ жений.

§ 4. Выправительная трасса и определение ее элементо

Основными характеристиками выправительной трассы (по­ лосы речного русла, ограниченной проектируемыми кромками берегов и выправительными сооружениями) являются ее ширина и радиус кривизны.

Ширина выправительной трассы зависит от величины среднего меженного расхода, бытовых размеров русла, его шероховатости, гранулометрического состава отложений, гранулометрического

состава и количества поступающих с вышерасположенного

участка руслоформирующих наносов, высоты проектного дна, типа, расположения, числа и размеров выправительных соору­

жений.

Размеры ее выбираются по аналогии с естественными устой­

чивыми участками реки, сходными по бытовым условиям с вы­ правляемыми участками.

Устойчивые естественно-благоприятные участки реки характе­ ризуются следующими признаками:

поток в меженный период сосредоточен в одном русле и не

разделяется на рукава; берега очерчены плавными кривыми, которые сохраняются на

перевале при переходах от одной извилины к другой; глубина на плесах не слишком резко отличается от глубины

на перевале;

русло на перевале имеет в поперечном сечении симметричную форму, приближающуюся к параболе;

подвалье переката расположено нормально к оси потока и плесовые лощины не заходят одна за другую (не сдвинутый пе­

рекат) ;

поверхностные уклоны однообразны.

Учитывая эти признаки, выправительную трассу следует раз­

мещать с таким расчетом, чтобы поток воды создавал формы русла, сходные с формами на естественно-благоприятных

участках.

Основные признаки сходства бытовых условий между выправ­ ляемыми и естественно-благоприятными участками реки выра­ жаются в приблизительно одинаковом расходе воды, одинаковом режиме уровней, одинаковом порядке чередования плесов и пере­

валов и одинаковом качестве грунтов, слагающих русло.

22

Проложение выправительной трассы в плане

При начертании выправительной трассы на сплавных реках следует руководствоваться 'следующими положениями:

трасса в плане должна иметь достаточные радиусы закруг­ ления;

трасса должна опираться на ведущие вогнутые берега устой­ чивых плесов, которые принимаются за опорные плоские трассы. Опорными плоскостями могут служить: напорные скаты высоких побочней, приверхи островов, высокие осередки, плечи яров и др.; прямые вставки участка между кривыми должны быть корот­ кими или полностью отсутствовать; лучше всего, чтобы одна кри­

вая непосредственно переходила в другую — обратной кривизны.

При определении места перехода трассы от одного берега к другому следует отрывать кромку трассы от ведущего берега

несколько раньше конца верхней плесовой лощины с медленно увеличивающимся радиусом кривизны, которая заканчивается раньше середины перевала, переходя в прямую вставку (если та­ кая необходима), а другая кромка совмещается с линией другого берега несколько ниже конца нижней плесовой лощины.

Следует сохранять бытовое число кривых, за исключением тех случаев, когда излучина достигла предельной стадии своего раз­ вития (длина которой по оси русла более чем в 1,5 раза превы­ шает поперечник шейки излучины) и подлежит спрямлению или когда намечается отторжение побочня для спрямления сплавного хода.

Направление выправительной трассы должно быть по возмож­ ности согласовано с направлением весеннего потока.

Следует избегать пересечения трассы под большим углом с преобладающим направлением течения высоких вод.

При наличии двух рукавов факторами, благоприятствующими

проложению трассы по тому или иному рукаву, являются: боль­ шие глубины, больший расход воды, меньший твердый расход, совпадение направления рукава с направлением весеннего потока, преобладание в ряде последних лет тенденции к развитию.

Трасса должна располагаться в пределах меженного русла в области наименьших -отложений наносов.

Кривые, по которым очерчиваются границы выправительной трассы, должны быть плавными. Радиусы кривизны должны изме­ няться непрерывно — от бесконечности до наименьшего значения (3,5—5 ширин русла на прямолинейных участках).

Определение ширины выправительной трассы для рек с слабо­ изогнутыми и меандрирующими типами русел. Ширина выпра­

вительной трассы является одной из основных определяющих величин при проектировании выправительных работ, от правиль­ ного разрешения которой во многом зависит эффективность

выправительных работ.

При регулировании русла полузапрудами длина полузапруд,

расстояние между ними и их количество, а также расположение и

23

длина берегоукрепительных сооружений определяются шириной выправительной трассы.

При регулировании реки продольными сооружениями этой шириной определяется расстояние между сооружениями.

В основе методй регулирования русел с помощью выправительных сооружений лежит положение, по которому средние уклоны свободной поверхности на улучшаемых участках остаются без изменения по сравнению с бытовыми, хотя внутри таких участков и может происходить заметное перераспределение уклонов.

Это изменение уклонов по мере разработки новых форм русла смягчается и становится более равномерным: уклоны на перекатах уменьшаются и на плесах возрастают.

Исходя из условия равенства пропускаемых расходов воды при бытовом состоянии русла и после постройки выправительных сооружений для условий равномерного движения потока, опреде­ ление ширины выправительной трассы в общем случае можно производить по зависимости:

где:

Вб, ^б,1б, Сб — средние ширина, глубина, уклон и скорост­ ной коэффициент при бытовом состоянии русла на перекатном участке;

Втр, ^Пр, Лр, СПР —то же, для проектируемой трассы русла. Легко видеть, что формула (9) содержит четыре неизвестных:

^тр, Aip, -4ip> Спр.

В таком виде зависимость для расчета ширины выправитель­ ной трассы использовать нельзя.

Для упрощения этой зависимости напишем следующее равен­ ство:

(10)

Vnp / \ пр* / '-'пр

тогда выражение (9) примет вид

Кафедрой водные пути ЛИИВТ на основании обработки дан­ ных по ряду судоходных равнинных рек европейской части СССР

и Сибири рекомендуется при предварительных расчетах коэффи­ циент ф принимать равным 0,75, тогда

где Впрк — средняя бытовая ширина русла на перекатах данного участка реки при проектном сплавном уровне воды.

24

тоду аналогии с естественно-благоприятными перевалами данного участка реки.

При определении ширины трассы (Втр ) способом аналогии на каждом выправляемом участке реки устанавливается для опреде­ ления ширины трассы свое значение коэффициента ф.

Практически весь расчет сводится к определению средней ширины русла на естественно-благоприятных перевалах, которая и принимается в качестве ширины выправительной трассы для данного участка.

Следует указать, что такой способ определения ширины выпра­ вительной трассы применим в том случае, если глубина на образ­ цовых участках (перевалах) заметно не отличается от заданной сплавной глубины.

Во многих случаях заданная сплавная глубина может заметно отличаться от средней глубины естественно-благоприятных пере­ валов. В этих 'Случаях следует строить кривые связи между сред­ ней глубиной и шириной русла для перевалов.

Если такую кривую зависимости Впрв^ f (Гпрв) удается по­ строить, то ширину трассы можно снять с этой кривой по значе­ нию средней глубины выправленного русла Тпр. При этом вели­ чину средней глубины выправленного русла следует находить из отношения

где:

tcn—заданная сплавная глубина на трассе в м;

т] — коэффициент, обоснование величины которого будет

дано ниже.

В последнее время К. Н. Гришаниным [40] предложена прибли­ женная формула для определения ширины выправительной трассы, учитывающая взаимодействие потока и русла.

Для этого в уравнении (9) значение коэффициента шерохова­

чается от единицы, получена следующая формула для определе­ ния ширины трассы:

Поскольку при регулировании русел мы стремимся воспроизвести формы русла благоприятных перевалов, то можно . принять, что

25-

т

шению т) =.—у5 в сечении перевалов с шириной, равной ширине

трассы Втр.

обработки отобранных поперечных профилей естественно-благо­ приятных перевалов.

Для этого в каждом из этих сечений определяется при проект­ ном сплавном уровне ширина В, площадь живого сечения со, сред­

няя глубина Гпрв = ~ и глубина t на кромках сплавного хода

с заданной шириной йсп, одинаковой для всех сечений.

т

После вычисления для всех профилей значений т) = —

последние наносятся на график функции для определения значе­

ния ширины В и по полученным точкам проводится осередняю-

щая прямая.

На том же графике для каждого из сечений перекатов, для которых необходимо определить ширину трассы, строится по уравнению (14) кривая зависимости Втр от т]. В уравнении (14)

величины В б и Т6 для данного сечения переката при проектном сплавном уровне известны, величина tcn задана и для построения этой кривой необходимо задаться тремя-пятью значениями тр Пересечение двух кривых определит величину Втр.

Если точки на графике разбросаны и провести первую пря­ мую затруднительно, то значение коэффициента т| назначается из следующих соображений.

Отношение средней глубины параболического и эллиптиче­ ского сечений к их максимальной глубине соответственно равно

0,67 и 0,78.

Полагая, что выправленное русло наиболее близко по форме,

к эллиптическому и глубина на кромках сплавного хода всегда

тельной трассы (14) примет вид:

26

Укажем, что приведенные выше приемы применимы в основ­

ном для слабоизогнутых и меандрирующих русел.

Учитывая, что ширину выправительной трассы можно опреде­

лять и по другим эмпирическим формулам, следует помнить, что применение их нужно ограничивать теми условиями, для которых они выведены.

Например, для рек Волжского бассейна удовлетворительные результаты дает формула Н. В. Разина

где:

Втр — ширина выправительной трассы в м;

Q — расход воды при проектном уровне в м3/сек;

Т и / — средняя глубина в м и уклон свободной поверхности на выправляемом участке при проектном уровне воды.

При грубо приближенных расчетах по определению ширины

выправительной трассы можно пользоваться формулой (12). В том случае, если в распоряжении имеется топографическая съемка всей исследуемой реки, ширина выправительной трассы

принимается как средняя ширина русла на естественно-благо­ приятных участках, сходных по бытовым условиям с выправляе­ мыми перекатами. Однако в этом случае надо иметь в виду, что

такой прием применим, если заданная глубина заметно не отли­ чается от средней глубины на перевалах.

В противном случае ширину выправительной трассы находят,

используя формулу (13), по кривой зависимости Впрв = f(TnpB). Если кривую зависимости В„рв = f(Tnp3 ) не удается по­

строить, следует пользоваться формулой (18) или другими эмпи­ рическими формулами.

Определение ширины выправительной трассы для рек с блуждающим руслом. Блуждающие русла характерны для гор­

ных и предгорных рек.

У этого типа русел не наблюдается, как правило, чередования плесов и перекатов.

Здесь все русло представляет сплошные наносные отложения,

постоянно размываемые и перемещаемые, придающие реке вид блуждающего русла с однообразным уклоном и неопределенной, постоянно меняющейся глубиной.

Блуждание рек по широкой пойме следует рассматривать как своеобразное колебание около поло'жения устойчивого равно­ весия.

Разделение рек с блуждающим руслом на рукава следует рассматривать, как естественное свойство рек увеличивать свою

устойчивость при уклонах местности больших величин уклона устойчивого русла.

Поскольку бытовая ширина Вб является шириной устойчивого русла реки для данного расхода воды Q6, то ширину устойчивого

27

русла для расхода Qx можно определить, исходя из критерия С. Т. Алтунина, из выражения

Полагая, что разница поверхностных уклонов потока в быто­ вом и выправленном состояниях не так уж значительна и учиты­ вая, что отношение уклонов входит в формулу (20) под корнем пятой степени, можем в первом приближении считать

/А \0-2

\ух /

Окончательно выражение для определения ширины выправи­

тельной трассы примет вид

/о \0,5

Выбор и назначение расчетных уровней и соответствующих им расходов воды для регулирования производятся с учетом рекомен­ даций, изложенных в § 3.

Установив расчетный расход воды и соответствующий ему горизонт воды для регулирования русла, определяют по данным

изысканий бытовой расход воды по рукаву Q6, используемому в качестве сплавного хода при расчетном горизонте.

Затем определяют расход воды по этому же рукаву Qx при

расчетном горизонте после перекрытия несплавных рукавов и про­

ток (если таковое предусматривается).

Для случая перекрытия всех побочных рукавов этот расход будет равен расходу на ближайшем участке неразветвленного русла (при расчетном горизонте воды), который и принимается

в качестве Qx.

Определение радиуса закругления трассы. Радиус закругле­

ния выправительной трассы должен удовлетворять двум основным требованиям:

не должен создавать неудобства для сплава;

должен отвечать наиболее устойчивым плановым формам меженного русла данной реки.

Первое требование всегда выполняется, так как радиусы закругления выправительной трассы обычно значительно превос­ ходят минимальные радиусы закругления сплавного хода, которые

определяются по действующим ТУ проектирования лесосплавных предприятий.

28