Контрольные вопросы:

1. Какие затруднения для лесосплава возникают на порожистом участке лесосплавной реки?

2.Какие существуют способы регулирования порожистого участка?

3.Как влияет расчистка порожистого участка от крупных камней на структуру речного потока?

4.Как определить эффект расчистки порожистого участка от крупных камней?

5.Как определить минимальные лесосплавные расходы до и после расчистки порожистого участка?

6.Какие факторы влияют на эффективность расчистки порожистого участка от крупных камней?

7.При каких условиях достигается наибольший эффект расчистки порога?

8.В каких диапазонах варьировались исследуемые параметры порожистого участка?

9.Как определить параметры выправительной трассы на порожистом участке?

10.Как измерить среднюю поверхностную скорость на порожистом участке до и после расчистки?

11.Как провести лабораторный эксперимент по определению эффективности расчистки порожистого участка от крупных камней?

12.Как измерить параметры порожистого участка лесосплавной реки?

13.Как измерить параметры сплавляемых лесоматериалов?

14.Как определить среднюю поверхностную скорость водного потока на порожистом участке?

15.Как определить расход воды в гидравлическом лотке на порожистом участке?

16.Как измерить параметры выправительной трассы?

17.Как определить характер растекания водного потока на порожистом участке?

18.Поясните на графике физическую сущность зависимостей φ=f1(l),φ=f2(h),

φ=f3(bр/bе)

4.3. Изучение условий эксплуатации руслостеснительных дамб

Цель работы. Изучить сложный процесс регулирования перекатного участка сплавной реки руслостеснителъными дамбами с целью обеспечения сплавных глубин воды на перекате, а также упорядочения направлений скоростей течения в меженний период навигации.

Общие сведения. Прекаты являются наиболее распространенными и вместе с тем наиболее сложными препятствиями лесосплаву на равнинных реках с размываемым руслом. Для регулирования перекатного

83

участка, кроме явления поперечной циркуляции, используют полузапруды или продольные дамбы. Основным достоинством полузапруд является их способность аккумулировать наносы в межполузапрудных пространствах, что при большом твердом стоке приводит к быстрому образованию нового берега.

Полузапруда вызывает плановое сжатие потока и последующее его расширение. Внешняя граница зоны расширения потока называется кривой растекания S (рис. 4.8). Новое очертание русла в плане, создающееся в результате выправительных работ, а также расстояние между полуза-

где Sкр - критическое расстояние между полузапрудами, м;

μ - коэффициент, зависящий от степени стеснения русла и составляющий от 3 до 6.

Проекция длины полузапруды на нормаль к потоку (вылет полу-

n - показатель степени от 1,3 до 1,5; меньшее значение принимается для рек с большим расходом наносов, а большее - при малом расходе наносов;

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

hспл - создаваемая на перекате минимальная сплавная глубина, м. Рекомендуются следующие расстояния между полузапрудами:на

прямолинейных участках S=(2…3) lп; у выпуклых берегов S=(4…5) lп; у вогнутых берегов S=(1…2) lп.

Угол, образуемый затопленной полузапрудой и осью потока, существенно влияет на отвод наносов с выправительной трассы и на интенсивность образования нового берега. Наибольший эффект дают полузапруды, направленные навстречу потоку под углом α=120.

В.В. Дегтярев [17] рекомендует назначать угол установки полузапруд у вогнутых берегов 60…80°, у выпуклых - 90°, а при перекрытии затон-

Высота полузапруды должна обеспечить создание, в пределах выправительной трассы, размывающей скорости потока υр, необходимой для транзита наносов и для углубления лесосплавного хода. Размывающая скорость вычисляется по формуле В.Н. Гончарова и представляет

Рис. 4.8. Регулирование перекатного участка полузапрудами

Неразмывающая скорость

нр 3 d50 0,0014 0,3 he0,2 d50 / d90 0,2 (4.28)

где hе - бытовая глубина на перекате, м;

85

d50 и d90 - берутся с графика гранулометрического состава наносов

[16, с.23].

Для углубления переката и транзита накосов расход воды через свободную его часть должен составлять

Параметром, характеризующим работу полузапруд на перекате, служит отношение расходов воды в свободной от сооружений части русла при наличии полузапруд Qр и при отсутствии их Qе, которое зависит от

Экспериментальная установка. Лабораторная установка состоит из большого гидравлического лотка размерами 8x2x0,4 м, моделей перекатного участка, различного типа полузапруд, сплавляемых лесоматериалов, измерительных приборов: мерных линеек, штанг, сетки, секундомеров, поверхностных поплавков, сухих древесных опилок. Гидравлическая схема лабораторной установки приведена на рис. 2.1, а описание ее дано в лабораторной работе 2.1. Модели перекатного участка изготовлены из легкоразмываемого материала (влажных древесных опилок) в масштабе 1:10. Модели различного типа полузапруд (см. рис.4.8) устанавливаются в большом гидравлическом лотке и позволяют варьировать исследуемые параметры в следующих диапазонах:

0°≤α≤180°, 0≤S≤bе, 0≤l≤ bе, 0≤hn≤2hе, hn≤hp≤5 hn

На дне лотка, где устанавливаются полузапруды нанесена мерная сетка со сторонами квадрата 0,1х0,1 м. Через определенные расстояния натянуты лески с подвешенными нитками для получения физической картины изменения поля скоростей по вертикали и горизонтали в пределах кривой растекания (см. рис.4.8).

Порядок выполнения работы.

1.В гидравлическом лотке создать перекатный участок лесосплавной реки заданных размеров в масштабе λ=10 (см. рис.4.8), образуя в русле два осередка.

2.Установить в гидравлическом лотке водный поток, соответствующий меженнему руслу лесосплавной реки на перекате. Расход воды должен быть таким, чтобы на перекате получить неразмывающую скорость, при которой частицы опилок передвигаются по перекату.

3.Провести пробный проплав лесоматериалов на лимитирующем участке.

86

4.Замерить параметры сплавляемых лесоматериалов, водного потока на перекате и пересчитать данные замеров на натуру при масштабе моделирования λ=10 (табл.4.9).

5.Определить по формулам (4.1)…(4.7) параметры выправительной трассы на перекате (табл.4.9): bТ, bс, hс, rТ, ПУВ.

Таблица 4.9

Параметры сплавляемых лесоматериалов, переката, выправительной трассы

6. Замерить на перекате до и после стеснения русла полузапрудами поверхностные скорости течения поплавками, определить среднюю поверхностную скорость потока м и пересчитать ее на натуру н (табл.

4.10).

7.Сравнить средние поверхностные скорости потока на перекате (табл.4.10) с размывающей скоростью, вычисленной по формуле (4.26).

8.Зарисовать план поверхностных скоростей течения воды на перекате до и после установки полузапруд (см. рис.4.8).

9.Провести регулирование перекатного участка лесосплавной реки путем установки полузапруд заданных размеров и периодически вести измерения регистрируемых параметров (табл.4.11).

10.По водомерному стеклу 3 (см. рис.2) измерить для каждого опыта

напор воды на мерном водосливе Томпсона Нс и определить по тарировочному графику (рис. 4.2) расход воды на перекате Qс’ (табл. 4.11).

11.Определить величину местного размыва переката после установки полузапруд заданных размеров.

Величина местного размыва переката после установки полузапруд определяется измерением глубины местного размыва за время, в течение которого осуществлялся размыв (см. табл. 4.12). Путем визуальной интерполяции полученных результатов наносятся горизонтали воронки местного размыва на координатную сетку гидравлического лотка и уста-

навливаются местоположение и максимальный размыв max . Для модели с легкоразмываемым грунтом (влажными древесными опилками) и

87

заданным масштабом =10 рассчитывается неразмывающая скорость натуры.

Затем по таблице [16, с.74] определяется грунт натуры, который был смоделирован в условиях лаборатории. Глубина воронки местного размыва пересчитывается для натурных условий по формуле (4.10).

12. Организовать лесосплав на перекатном участке после установки полузапруд. Сравнить условия лесосплава до и после регулирования переката полузапрудами.

88

13. Создать на перекатном участке сплавной реки, стесненном полу запрудами, весенний паводок при hр 5hп (см. рис.4.8) и изучить внешнюю картину обтекания потоком затопленных полузапруд с помощью сухих древесных опилок. Зарисовать план движения водных струй на регулируемом участке при hр=hп, hр=2,5hп, hр=5hп (см. рис. 4.8).

Таблица 4.11

Регулирование переката полузапрудами

Таблица 4.12

Местный размыв переката водным потоком, стесненного полузапрудами

Обработка экспериментальных данных

1.Пересчет лабораторных данных (см.табл. 4.9) на натуру проводится по формулам (4.10).

2.Параметры выправительной трассы на перекате определяются по формулам (4.1), (4.7).

3.Средняя поверхностная скорость потока на перекате вычисляется по формулам (4.12), (4.13).

89

4.Сравнение средних поверхностных скоростей течения на перекате М с размывающей скоростью р производится по формуле (4.17).

5.Расход воды на перекате в свободной от полузапруд части русла

Qр определяется по формуле (4.29), а при отсутствии полузапруд на перекате - по формуле (4.19).

6.Расход воды на перекате устанавливается по тарировочному гра-

фику водослива Томпсона Qс’=f(Нс) или по расчетной зависимости для треугольного водослива (4.15).

7.По данным замеров (см. табл. 4.11) строится график зависимостей

К

αº, S, м bр/bс

Рис. 4.9. Графики зависимости К=f(αº, S, bр/bс)

Сделать выводы по лабораторной работе.

Контрольные вопросы:

1.Почему перекаты являются наиболее распространенными и сложными препятствиями лесосплаву?

2.Какие сооружения используют для регулирования перекатов?

3.Каковы основные достоинства и недостатки регулирования перекатов полузапрудами?

4.Какие изменения вносит полузапруда в структуру речного потока на перекате?

5.Как определить параметры выправительной трассы на перекате?

6.Как подобрать оптимальные параметры полузапруд для регулирования русла лесосплавной реки на перекате?

90