книги из ГПНТБ / Регулирование русел лесосплавных рек

ГЛАВА II

РЕГУЛИРОВАНИЕ ИЗВИЛИСТЫХ (МЕАНДРИРУЮЩИХ)

И СЛАБОИЗОГНУТЫХ РУСЕЛ

§ 7. Общие указания

Основными первоочередными мероприятиями регулирования извилистых (меандрирующих) русел являются:

укрепление размываемых берегов;

углубление сплавного хода на перекатах перевального типа, которые преобладают в этом типе русел;

спрямление излучин, достигших зрелости.

При регулировании русел этого типа предпочтительно приме­ нять системы поперечных полузапруд, хотя в некоторых случаях строительство продольных сооружений (дамб) обходится дешевле. При применении полузапруд отводимые с переката наносы могут откладываться в межполузапрудных полях; кроме того, наращи­ вая или разбирая тело полузапруд, можно легко изменять ширину трассы.

Постановка сооружений только на нижней косе, например по методу Н. С. Лелявского, создавая крутой перевал сплавного хода и изгиб потока, обеспечивает быстрое увеличение глубин. Поскольку при таком методе регулирования закрепляется лишь один элемент переката (нижний побочень), все остальные эле­ менты переката (верхний побочень, корыто переката), продолжая смещаться вниз по течению, надвигаются на сооружения, искрив­

ляя сплавной ход. Сооружения в этом случае иногда приходится разбирать.

Перечисленные недостатки метода Лелявского не исключают возможности применения его как способа регулирования перека­ тов перевального типа на реках с молевым сплавом (где увеличе­ ние изгиба сплавного хода до известных пределов не препят­ ствует сплаву) и в то же время заставляют воздерживаться на реках с плотовым сплавом. Этот метод можно также применять на тех участках рек, где побочни перекатов стабильны.

Кроме того, необходимо учитывать, что если перекат продол­

жается ниже места постройки продольного сооружения на нижнем побочне, то резкое расширение потока ниже сооружения вызывает

41

там аккумуляцию наносов и отступление нижней плесовой лощины. Попытки наращивания дамбы по длине к положитель­ ным результатам, как правило, не приводят, так как процесс отступления нижней плесовой лощины не прекращается (рис. 7).

Рис. 7. Постановка сооружения на нижнем побочне:

а — верхняя плесовая лощина; б — нижняя плесовая лощина

42

Закрепление только верхней косы может постепенно улучшить сплавной ход, придав ему более пологое положение.

Недостатком этого способа регулирования является довольно быстрое прекращение активного воздействия сооружений на поток из-за того, что они заносятся наносами и остаются в стороне от сплавного хода. Кроме того, из-за вызванного закреплением верх­ него побочня, уменьшенного поступления наносов на нижний побочень, последний при интенсивном смещении вниз по течению приводит к расширению корыта переката и его обмелению.

Срок действия регуляционных сооружений на верхней косе можно значительно удлинить, если закрепить весь побочень посадками ивняка.

Таким образом, в общем случае выправление перекатов на долгое время возможно только при закреплении как верхней, так и нижней кос (рис. 8,6).

Полное уничтожение излучин практически так же невозможно,

как и уничтожение перекатов.

Массовое спрямление излучин, как правило, способствует уве­

личению неустойчивости русла и должно сопровождаться укреп­ лением берегов.

Однако это не исключает спрямления излучин, достигших зре­ лости (длина которой по оси русла более чем в 1,5 раза превы­ шает поперечник шейки излучины). Плавные излучины следует сохранять, придавая им более правильную форму выравниванием линии берегов.

При устройстве массовых спрямлений следует учитывать воз­ можность обмеления участков, расположенных выше прокопов,

между прокопами или непосредственно на самом прокопе.

Поэтому в этих случаях, проектируя прокопы, необходимо устанавливать, что целесообразнее — существенное улучшение условий сплава при паводках' и в то же время ухудшение их в межень при низких горизонтах или оставление условий сплава без изменений.

Втом случае, когда на малых и частично средних сплавных реках (I—III категорий) проводится сплав молем только при вы­

соких горизонтах в период паводка, то устройство массовых спрямлений оправданно.

При устройстве прокопов на реках, несущих большое количе­ ство наносов, перекрывать вход в староречье не требуется — оно заносится в течение одного-двух лет. В этих случаях для ускоре­

ния обмеления староречья полезна во входной части староречья постановка одного или двух рядов древесных завес.

Втех случаях, когда прокопы устраиваются на реках, несущих

малое количество наносов, русло староречья засыпают грунтом,

вынутым из прокопа, для чего вначале устраивается запруда

впределах верхней трети староречья, а затем за ее прикрытием отсыпается грунт. Подобные же заграждения устанавливаются

встароречьях при устройстве серии прокопов.

43

Чтобы плывущая древесина не попадала в староречья, они

ограждаются выше своего начала лесонаправляющим сооруже­ нием."

В руслах прямолинейных (слабо изогнутых) преобладают

перекаты с развитыми затонскими частями (так называемые «дур­ ные» перекаты), сложные перекаты (сдвоенные) и перекаты типа россыпей.

Первоочередными мероприятиями на перекатах с затонскими частями являются перекрытие затонин (емкостей верхней части нижней плесовой лощины) или их изоляция от основного русла

Рис. 9. Расстановка сооружений на перекате с затонской частью:

1 — верхняя плесовая лощина; 2 — нижняя плесовая лощина; 3 — корыто переката

спомощью продольных сооружений. В этом случае возможна комбинированная постановка главных сооружений на верхнем побочне с учетом необходимости возведения в определенных усло­ виях сооружений и на нижнем побочне.

Вобщем случае схема расстановки сооружений на перекатах

сзатонской частью показана на рис. 9.

Назначение отдельных сооружений, показанных на этой схеме, следующее:

сооружение № 1 является основным и предназначается для ликвидации вредного влияния затонской части нижней плесовой лощины;

сооружение № 2 имеет целью способствовать продолжению кривизны ведущего берега;

сооружение № 3 предназначается для концентрации потока на

перекате и наращивания по высоте нижнего побочня; сооружение № 4 необходимо для закрепления выправительной

трассы, наращивания по высоте верхнего побочня и воспрепят­ ствования движения наносов от верхнего побочня к нижнему;

сооружения № 5, 6 предназначаются для повышения отметок

верхнего и нижнего побочней.

В некоторых условиях с учетом работы побочней как есте­ ственных сооружений возможны следующие частные случаи.

44

При относительно высоком верхнем побочне, достаточной кри­ визне ведущего берега и небольшом перемещении наносов с верх­

него побочня на нижний отпадает необходимость в сооружениях

№ 4 и 5.

При низком и широком верхнем побочне и повышенных отмет­

ках нижнего побочня в средней его части и большом радиусе закругления берега нижней плесовой лощины достаточно вместо трех сооружений (№ 2, 3, 6) поставить одно сооружение № 3,

обычно ниже по течению, чем сооружение № 1.

При высоком хорошо развитом нижнем побочне постановка сооружений № 2, 3 и 6 может быть исключена.

При высоких нижнем и верхнем побочнях достаточно поста­ вить сооружение № 1 для ликвидации вредного влияния затон-

ской части нижней плесовой лощины.

Во всех рассмотренных случаях расположение полузапруд только на нижнем побочне не рекомендуется по причинам, ука­ занным выше.

Для борьбы с вредным влиянием затонских частей, кроме

сооружений поперечного типа (полузапруд), возможно примене­ ние продольных струенаправляющих сооружений, изолирующих затонскую часть от сплавного хода. Сооружения эти, как правило, возводятся грунтовыми (при необходимости с укрепляемыми отко­ сами) , используя для этого продукты дноуглубления русла в пре­ делах сплавной трассы.

Регулирование сложных перекатов и россыпей осуществляется, главным образом, следующими приемами:

объединение песчаных образований (отдельных кос, побочней, осередков) в более обширные массивы для создания ведущих берегов и придания сплавной трассе вида пологих излучин или вогнутости одного направления;

обход всего перекатного участка при наличии крутых перева­ лов на отдельных перекатах путем устройства капитальных про­ резей через корневые части побочней.

Во всех 'Случаях при выправлении перекатов полузапрудами

последние должны ограждаться обоновкой наплавными лесо­

направляющими сооружениями.

Полузапруды при меженных уровнях работают как водо­ стеснительные сооружения.

Их главной функцией является увеличение скорости течения в пределах выправительной трассы.

При высоких горизонтах полузапруды не могут оказывать серьезного влияния на расход по ширине русла и работают как донные наносоуправляющие сооружения. При соответствующей постановке полузапруд, например навстречу течения, полуза-

цруды в затопленном состоянии будут отвлекать придонные слои воды, насыщенные наносами, за пределы сплавной трассы.

В общем случае гидравлическое обоснование регуляционных мероприятий на перекатах рассматриваемых типов русел заклю­ чается в расчетном определении для конкретных условий переката

45

наиболее правильного планового расположения и габаритов сооружений, при которых обеспечивается увеличение глубин и улучшение сплавной трассы.

Расчетное обоснование должно включить в себя определение длины полузапруд, расстояния между ними, угла наклона к по­ току, высоты голов и продольного профиля, ширины гребня и заложения откосов, длины прикорневого крепления берега и вы­ пуска расстилочного тюфяка, крупности камня для укрепления сооружения и берега.

Ниже даются рекомендации к определению длины полузапруд, расстояний между ними и угла наклона полузапруд к потоку. Метод определения других элементов приводится в § 26.

Вылет полузапруд (длина проекции полузапруды на нормаль к оси потока) определяется положением в плане кромок выправи­ тельной трассы, до которых выводятся головы полузапруд.

В соответствии с действующими техническими условиями оси

легких типов полузапруд (плетневые, без загрузки, метловые

и др.) при больших скоростях течения необходимо располагать по течению с наклоном 50—70° к берегу или нормально к течению воды.

При небольших скоростях течения полузапрудам следует при­ давать встречное по отношению к направлению потока поло­ жение.

Угол отклонения встречного сооружения от нормали к потоку

не должен превышать 25—30°. Такие сооружения оказывают более активное воздействие на поток. Длина зоны подпора, воз­

бужденная встречным сооружением, распространяется на 20—40%

дальше, чем сооружением аналогичной длины, но отклоненным на такой же угол от нормали к потоку вниз по течению. В этих слу­ чаях более интенсивно заполняются наносами пространства ниже

сооружения. Кроме того, когда встречные сооружения затоплены, вдоль тела полузапруд возникают вальцы, способствующие пере­ мещению наносов от фарватера к берегу.

Следует, однако, иметь в виду, что вероятность повреждения (ледоходом и молевой древесиной) встречных сооружений боль­

шая, чем сооружений, головы которых направлены вниз по тече­ нию. Подмыв голов встречных полузапруд также больший, чем полузапруд вниз по течению.

Расстояние между полузапрудами следует принимать в преде­ лах от 1,5 до 3 длин вылета сооружений, но ни в коем случае не

более 6-кратной длины вылета.

Расстояние между полузапрудами может приниматься и в до­ лях от ширины выправительной трассы. В этом случае согласно действующим ТУ [34] расстояние между полузапрудами, располо­

женными у выпуклого берега, следует принимать примерно рав­ ным 2/3 ширины трассы на верхней и нижней трети выпуклого берега йот % до одной ширины трассы для средней трети выпук­ лого берега.

46

На прямолинейных участках реки это расстояние принимается не более 3Д ширины трассы для предупреждения образования мелких извилин фарватера.

Перечисленные выше условия принимаются для сравнительно прямых участков реки или таких, где угол между направлениями потока в межень и половодье не больше 10—15°.

Во всех остальных случаях нужно учитывать также направле­ ние весеннего потока. Расстояние между полузапрудами подби­ рается таким образом, чтобы при весеннем и меженном направле­ ниях потока корневая часть сооружений была защищена от

размыва вышерасположенной полузапрудой.

Практически минимально допускаемая длина сооружений для

полузапруд 5Н—7Н (где Н — разница между средней отметкой

гребня сооружений и отметкой дна после размыва у головы полу­ запруды) .

При гидравлическом обосновании регуляционных мероприя­ тий также определяется ожидаемое приращение глубины на пере­ кате после регулирования русла реки.

Для определения ожидаемой средней глубины после проведе­

ния регуляционных работ при предварительных схематических

Модуль расхода русла К принимается для русла в естествен­ ном состоянии при проектном сплавном горизонте воды и нахо­ дится из выражения

В знаменатель приведенной выше формулы для средней глу­ бины в качестве ширины В подставляется ширина выправитель­ ной трассы.

Поскольку ширина выправительной трассы во всех случаях оказывается больше ширины сплавного хода, то полученная сред­ няя глубина будет всегда обеспечиваться в пределах сплавного

хода.

При расположении полузапруд у обоих берегов величина раз­ мыва русла для схематизированных форм русла — прямоуголь­ ного и параболического может быть найдена, в частности, по приближенному методу, изложенному в трудах ЦНИИЭВТ, «Рус­ ловые процессы и путевые работы на свободных реках», вып. VIII,

1956.

Эти приемы расчета следует рассматривать как подход в пер­ вом, самом грубом приближении.

Наметившиеся в речной практике на судоходных реках пути

47

практике, где возможность получения исходных данных, необхо­ димых для таких расчетов, пока отсутствует.

При более детальных расчетах, когда необходимо получить хотя бы качественную картину русловых переформирований, которые могут произойти после осуществления регуляционных мероприятий, необходимо построение плана течений и определе­ ние для каждой расчетной клетки потока величины размыва и отложений по балансу наносов для каждой клетки.

Общая схема расчета для этого общего случая может быть принята следующей.

Производится построение плана течений (по приближенному

методу):

1. В пределах переката и на подходах к нему намечается ряд расчетных сечений, при выборе которых необходимо руководство­ ваться следующим:

общие границы потока схематизируются, для чего все вероят­ ные зоны местных водоворотных течений (включая и зоны проек­ тируемых сооружений), суводи, заливы исключаются;

расчетные поперечники выбираются на более или менее прямо­ линейных участках русла. Расстояние между поперечниками на

криволинейных участках принимается 0,15—0,5 ширины потока,

на прямолинейных участках с сравнительно постоянной формой русла 0,5—1 ширины потока;

расчетные поперечники следует назначать нормально к общим контурам потока.

2. По каждому сечению вычерчиваются поперечные профили,

которые затем разбиваются на ряд отсеков произвольной ши­

рины Ь'.

Для каждого отсека вычисляется модуль расхода по формуле

М = — Ь'ЬУ5 + у ,

п

где:

п — коэффициент шероховатости; h — средняя глубина в отсеке в м;

у — показатель степени в формуле Н. Н. Павловского:

С = - hl .

п

3. Для каждого поперечного сечения строится интегральная

кривая модулей расхода 2 М, причем ее ось абсцисс направляется по горизонту воды. Наибольшую (конечную) ординату кривой

делят на ряд равных отрезков по числу расчетных струй, принятых для построения плана течений. Полученные точки раздела проек­ тируют на интегральную кривую, а затем сносят на ось абсцисс, получая таким образом точки, разграничивающие расчетные струи, каждая из которых несет одинаковый расход воды. Таким образом, расход воды в любой выделенной струе равен

48

где:

Q — полный расход потока;

п— число расчетных струй, на которое разбито все сечение.

4.Полученные на оси абсцисс каждого графика точки раздела струй переносят на соответствующие поперечники плана. Соеди­ няя эти точки плавными линиями, получают приближенно линии тока.

Если оказывается, что линии тока пересекают поперечники

не под прямым углом, направление поперечников несколько изме­ няется и весь расчет повторяется (второе приближение).

По полученному плану течений определяют скорости течения воды (V) для каждой расчетной струи и по каждому расчетному

поперечнику по формуле

^=-&. (2“)

где:

h — средняя глубина в м;

b — ширина расчетной струи в м.

Определив значения V и h и значение средней крупности на­ носов, устанавливают средние мутности потока по каждой струе и на каждом поперечнике, используя для этого вспомогательные графики, помещенные в трудах ЦНИИЭВТ (вып. VIII, 1956).

Для каждой расчетной клетки потока по балансу наносов для последних определяются величины размывов и намывов по

сечениях струи, определяемые по формулам, приве­ денным в трудах ЦНИИЭВТ (вып. VIII, 1956) ;

Д t — принятый интервал времени;

&и/—средние ширина и длина расчетной клетки потока.

Если средняя мутность потока для верхнего сечения расчетной

струи меньше нижнего, это свидетельствует о размыве, в против­ ном случае — о намыве.

Нанося полученные значения баланса на план переката и оконтуривая одинаковые (по знаку баланса) клетки, получают план зон размыва и отложений, который дает качественную кар­ тину ожидаемых русловых переформирований.

В том случае, когда не может быть произведен расчет из-за отсутствия данных о мутности потока, можно косвенно судить о картине ожидаемых переформирований сравнением средних ско­ ростей течения в пределах расчетных струй (по плану течений) и расчетной размывающей скорости для грунтов, из которого сло­