4. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО РАЗДЕЛУ «МЕЛИОРАЦИЯ ЛЕСОСПЛАВНЫХ ПУТЕЙ»

4.1. Исследование воздействия регуляционных сооружений на структуру речного потока

Цель работы. Изучить сложный процесс создания искусственной поперечной циркуляции в речном потоке струенаправляющими сооружениями для выправления равнинного русла лесосплавной реки и регулирования перекатов.

Общие сведения. Струенаправляющие сооружения состоят из деревянных щитов, расположенных в плане под некоторым углом к течению и погруженных в поток на 0,2…0,5 его глубины. Они создают в потоке двойную поперечную циркуляцию по ширине русла со сходящимися поверхностными и расходящимися донными течениями в осевой плоскости потоке (рис. 4.1, 4.2). Под воздействием поперечных циркуляционных течений происходит осевой размыв русла, а влекомые по дну наносы переносятся из средней части русла в береговые зоны за пределы лесосплавного хода.

Рис. 4.1. Снаряд Бухтеева для углубления перекатов:

а) план; б) схема работы щитов; 1 – двухрядные восьмибревенные плитки; 2 – стальной канат; 3 – струенаправляющие деревянные щиты 1x1x0,03 м; 4 – двухрядные шестибревенные боны; 5, 6 – русло реки до и после углубления

Новое очертание русла в плане, создающееся в результате выправительных работ, называется выправительной трассой. Ширина выправительной трассы bт, ее радиус rт и заданный габарит лесосплавного хода hс и bс который вписывается в выправительную трассу (рис. 3.3), должны обеспечивать условия лесосплава и устойчивость выправительной трассы. Ширина трассы устанавливается при проектном уровне водыПУВ – минимальном уровне за период лесосплава с обеспеченностью

69

при плотовом лесосплаве 85…95%, а при молевом 80…90%, в зависимости от категории реки [15].

Рис. 4.2. Снаряд Простова для углубления русла:

а) план; б) схема работы щитов; 1 – канат крепления снаряда; 2 – двухрядная восьмибревенная плитка; 3 – двухбарабанная лебедка; 4 – однорядный четырехбревенный бон; 5 – струенаправляющие деревянные щиты 1x1x0,03 м; 6 – канат для управления щитами; 7,8 – русло реки до и после дноуглубления

Рис. 4.3 Выправительная трасса: 1 –

лесосплавной ход; 2 – берегоукрепление; 3 – реевый бон; 4 – полузапруды; 5 – границы выправительной трассы

В предварительных расчетах ширину выправительной трассы для группы перекатов определяют по формуле

bт=0,75bn, (4.1)

где bn - средняя ширина русла на перекатах данного участка реки при проектном уровне воды, м.

70

Инструкция по проектированию лесосплавных предприятий [15] рекомендует зависимость, полученную на основе исследований К.А. Гришанина и А.Б. Караущева:

где bе, hе - ширина и средняя глубина реки на перекате при проектном уровне воды, м;

hс - создаваемая на перекате минимальная сплавная глубина, м. Коэффициент k = 1,2…1,4 и показатель степени n =1,3…1,5, меньшие

значения которых принимаются для рек с большим расходом наносов, а

ΔΖn - донный запас при плотовом лесосплаве; от 0, 2 до 0,3 м; dmax-максимальный диаметр сплавляемых круглых лесоматериалов, м; ΔΖм - донный запас при молевом лесосплаве, от 0,1 до 0,15 м.

Минимальная ширина лесосплавного хода для молевого лесосплава

Радиус кривизны оси выправительной трассы должен обеспечить, вопервых, возможность пропуска транспортных единиц заданного габарита и, во-вторых, устойчивость русла в пределах выправительной трассы. Натурные и экспериментальные исследования показали, что наиболь-

Отметка незатопляемого гребня выправительных сооружений называется уровнем выправительной трассы и определяются по зависимости

где b - запас (от 1,0 до 1,5 м).

Кроме того, у низких затопляемых сооружений, во избежание повреждения их ледоходом, отметка гребня должна удовлетворять условию

где УВЛ - уровень воды при низком ледоходе, м; а - максимальная толщина льда, м.

После расчета планового габарита выправительная трасса вписывается в естественное русло. При этом руководствуются следующими основными принципами проектирования.

71

Выправительная трасса должна опираться одной кромкой на ведущий вогнутый берег реки. Наиболее рационально прокладывать трассу у высокого, трудноразмываемого берега, даже если он и не имеет заметной кривизны.

На участках рек с двухсторонней поймой выправительной трассе придается извилистое, иногда - синусоидальное очертание в плане с сопряжением кривых короткими прямыми вставками.

При проложении выправительной трассы по разветвленному участку русла используется наиболее мощный рукав с малым расходом наносов или принимаются меры для отвлечения наносов в другие рукава.

Методика моделирования размыва. Моделирование местных раз-

мывов русла реки на перекате проводят с соблюдением закона гравитационного подобия

q - ускорение свободного падения, м/с2 .

При известном линейном масштабе λ пересчет лабораторных данных

На модели подбирают такой материал, для которого неразмывающая

где υнм, υнн - неразмыващие скорости для модельных и натурных грунтов, м/с.

При моделировании галечного и гравелистого грунта можно использовать на модели естественные грунты, например песок различной крупности. В случае сложения русла мелкопесчаными наносами, например перекатов, или глинистыми частицами при использовании зависимости (4.10) невозможно применять естественные материалы, так как масштаб модели будет нереально крупным. В таких случаях используют искусственно приготовленные материалы, имеющие плотность значительно меньше естественных грунтов, а иногда приближающиеся к единице. Наиболее дешевый материал - мелкий керамзит, влажные древесные опилки, полистироловая крошка, имеющие относительную плотность 1,1…1,03. Для каждого конкретного материала неразмывающую скорость определяют на методической модели. Ориентировочно неразмываюшие скорости для различных материалов приведены в табл. 4.1.

72

Лабораторное оборудование. Лабораторная установка включает: 1) большой гидравлический лоток, размерами 8x2x0,4 м; 2) модель перекатного участка лесосплавной реки; 3) модель струенаправляющего регуляционного сооружения размерами 1,2x0,7x0,3 м; 4) модели сплавляемых лесоматериалов; 5) измерительные приборы: мерную штангу и линейки, транспортир, секундомеры, поверхностные поплавки, сухие древесные опилки.

Гидравлическая схема экспериментальной установки приведена на рис. 2.1.

Модель струенаправляющего регуляционного сооружения выполнена в виде деревянного щитового дноуглубителя 2 (рис. 4.4). Рабочими элементами его являются поверхностные 5 и донные 4 плоские дощатые щиты, которые вставляются в пазы несущего плотика 6, выполненного из двух брусьев. Обе линии щитов соединены поперечными связями 7, которые придают жесткость всей конструкции. Разработанная конструкция регуляционного сооружения позволяет регулировать исследуемые параметры и в широком диапазоне

L=(0,7…11)hе; l=(0,9…3) hе; hщ=(0,14…0,5)hе; α=0º…90º

Порядок проведения работы.

1. В гидравлическом лотке создать перекатный участок из влажных древесных опилок (см. рис. 4.4) и установить водный поток, соответствующий меженнему руслу лесосплавной реки.

73

2. Замерить плановые высоты гребня переката δ над дном лотка (табл. 4.2), используя координатную сетку гидравлического лотка, и зарисовать плановое расположение переката в лотке (см. рис.4.4).

Таблица 4.2

Высоты гребня переката над дном лотка

3.Провести пробный проплав лесоматериалов на лимитирующем участке переката, измерить параметры сплавляемых круглых лесоматериалов (табл. 4.3).

4.Определить расчетные параметры выправительной трассы на перекате по формулам (4.1)…(4.7).

Рис. 4.4. Схема установки струенаправляющего регуляционного сооружения

74

5. Установить в потоке модель струенаправляющего регуляционного сооружения заданных размеров (см. табл. 4.3) в масштабе λ=10 (см.

рис.4.4).

Таблица 4.3

Параметры водного потока, сплавляемых лесоматериалов, струенаправляющего сооружения, выправительной трассы

6.Замерить параметры сплавляемых лесоматериалов, водного потока выправительной трассы, струенаправляющего сооружения и пересчитать данные замеров на натуру (табл. 4.3).

7.Замерить в районе выправительной трассы до и после установки струенаправляющих сооружений поверхностные скорости течения потока поплавками, определить среднюю поверхностную скорость потока и пересчитать ее на натуру (табл. 4.4).

8. Провести регулирование перекатного участка сплавной реки путем создания искусственной поперечной циркуляции в потоке с помощью струенаправляющего регуляционного сооружения (табл.4.5).

75

9. Сравнить скорости поперечной циркуляции υц с неразмывающей скоростью для грунта, слагающего перекат реки υн (см.табл.4.1).

10. Определить величину размыва гребня переката водным потоком, сформированным струенаправляющими сооружениями. Измерить глубины местного размыва переката за время работы струенаправляющих сооружений (см. табл.4.2).

11. Организовать лесосплав на выправленном участке лесосплавной реки. Сопоставить условия лесосплава до и после регулирования переката.

Обработка экспериментальных данных

1.Пересчет лабораторных данных на натуру (см. табл.4.2…4.4) выполняется по зависимостям (4.10).

2.Средняя поверхностная скорость потока (см. табл. 4.3…4.4) опре-

3. Средняя скорость водного потока по живому сечению

υм= Qе/hе bе (4.14), где Qе=1,4Не5/2, (4.15)

Qе- расход воды в гидравлическом лотке, определяется по тарировочному графику мерного водослива Томпсона, м3/с;

Не - напор воды на мерном водосливе, м.

4. Скорость поперечной циркуляции в потоке (см. табл. 4.5)

76