4.6. Примеры капитальных прорезей
Наиболее распространенный вид капитальных прорезей – прорези, отторгающие нижний побочень переката. Отторжение является целесообразным, когда нижний побочень сильно развит и смещается вниз по течению медленнее верхнего. При сближении побочней судовой ход на перекате искривляется и становится неудобным для судоходства. Прорезь, расположенная почти поперек русла, быстро заносится. А русловой поток, обычно, сам уже начинает промывать спрямляющую борозду через нижний побочень. Капитальная прорезь намечается по этому направлению.
Различают два случая отторжения нижнего побочня: полное отторжение, когда капитальная прорезь проходит через корневую часть побочня, и частичное отторжение, когда прорезь прокладывается в центральной части побочня.
Рис. 4.9. Отторжение нижнего побочня на Верхнем Просецком перекате р. Волги:
а – съемка до работ: б – съемка после работ
Первый случай показан на рис. 4.9, здесь приведены два плана Верхнего Просецкого переката р. Волги - перед производством дноуглубительных работ и по окончании разработки капитальной прорези. Из прорези длиной 1800 м, проложенной через корневую часть обширного побочня, было извлечено около 950 тыс. м3 грунта. По контрольной съемке видно, что прорезь была поддержана потоком. И уже через два месяца начал происходить процесс занесения старого судового хода.
Второй случай отторжения показан на рис. 4.10. Здесь представлены два плана одного из перекатов р. Амур – до и после разработки капитальной прорези, которая произвела частичное отторжение нижнего побочня. Новое направление судового хода было уже подготовлено потоком, поэтому объем капитальной прорези составил лишь 90 тыс. м3 грунта при ее длине в 850 м. На контрольной съемке видно, что новый судовой ход быстро развивается, а на старом - идет процесс отложения наносов.
Развитие русловых деформаций после отторжения побочня далеко не всегда бывает таким благоприятным, как на представленных перекатах. Если емкость старого судового хода велика, она продолжает отвлекать большой расход воды, и капитальная прорезь оказывается неустойчивой. Чтобы закрепить новое положение судового хода, приходится принимать меры по уменьшению пропускной способности старого судового хода. Это может быть укладка отвала грунта на старый судовой ход или возведение специальных выправительных сооружений.
Рис. 4.10. Частичное отторжение нижнего побочня на перекате р. Амур:
а – съемка в июле 1942 г. (до работ); б – съемка в октябре 1942 г. (после работ)
Зачастую затруднения возникают, когда капитальная прорезь разработана преждевременно, т.е. поток сам еще не начал прокладывать себя путь через побочень. О достижении благоприятной стадии можно судить по появлению промоин на поверхности побочня. Если же выполнение прорези требуется по условиям судоходства, необходимо придавать ей большую ширину (до 2-3 гарантированных ширин судового хода).
Наиболее крупные капитальные прорези выполняют при переносе судового хода из одного в другой рукав разветвленного участка русла. Перенос почти всегда делается из более длинного и искривленного в более короткий и прямой рукав. Этим не только достигают улучшения условий судоходства, но и обеспечивают большую устойчивость судового хода. В коротком рукаве уклон свободной поверхности и транспортирующая способность потока больше, чем в длинном. Основанием для переноса судового хода обычно служит установленная при анализе руслового процесса тенденция к обмелению судоходного и размыву несудоходного рукава. Иногда прямой и короткий рукав не развивается из-за того, что в нем залегают гравелистые или глинистые грунты, хорошо сопротивляющиеся размыву. Выполнив в таком рукаве капитальную прорезь с помощью многочерпаковых снарядов, можно получить удобный и очень устойчивый судовой ход.
Рис. 4.11. Перенос судового хода из левого
в правый рукав Алитубского разветвления р. Дона:
а – съемка в июне 1953 г. (до работ); б – съемка в июне 1960 г.
(после стабилизации нового судового хода)
На рис. 4.11,а показана капитальная дноуглубительная прорезь на Алитубском разветвлении р. Дон. Правый рукав разветвления, более короткий и широкий, чем левый, долгое время оставался несудоходным из-за малых глубин. Дно этого рукава слагали крупнозернистые пески, и скорость течения в нем была меньше неразмывающей.
Перенос судового хода в правый рукав был обусловлен большой кривизной левого рукава и существованием на входе в него Алитубского переката, на котором ежегодно выполнялись дноуглубительные работы. При разработке правого рукава было извлечено около 900 тыс. м3 грунта. В течение шести лет на новом судовом ходу велись ремонтные дноуглубительные работы, а левый рукав постепенно мелел. К 1960 г. ход в правом рукаве стабилизировался и перестал требовать дноуглубления (см. рис. 4.11, б).
Поддержание судоходных условий на реках, протекающих в северных районах, обладает определенной спецификой, связанной с сезонной промерзаемостью мелководных рукавов и русловых форм. Комплексные исследования северных рек в районах газонефтедобычи в течение длительного времени (с 1975 г.) проводились Западно-Сибирской экспедицией ЛИВТа. В качестве примера на рис. 4.12 показан план участка реки Пур, впадающей в Тазовскую губу. Материалы, полученные экспедицией в 1981 г., охватывают бытовое состояние этого участка. Они включают в себя план участка исследований, результаты обработки материалов гидрометрических измерений и продольные профили свободной поверхности воды на участке.
На этой основе был составлен проект коренного улучшения судоходных условий на участке, предусматривающий разработку капитальной дноуглубительной прорези в левом рукаве. Прорезь была затрассирована с двумя изломами по направлению стрежня меженного потока.
Рис. 4.12. Схема исследуемого участка р. Пур:
–
капитальная
дноуглубительная прорезь;
–
местоположение
отвалов грунта;
–
расположение
гидрометрических створов
В подготовительный период навигации 1982 года в соответствии с проектом на участке были выполнены дноуглубительные работы объемом около 500 тыс. м3. Разработка прорези осуществлялась двумя землесосами производительностью 1000 м3/ч. После разработки капитальной прорези произошло перераспределение расхода воды в пользу левого рукава, что позволило перенести судовой ход в этот рукав и обеспечивать в нем судоходство в дальнейшем без значительных объемов ремонтных работ.
Натурные исследования, выполненные на этом участке в бытовом состоянии и после производства дноуглубительных работ, позволили оценить эффект влияния капитальной дноуглубительной прорези на гидравлику разветвленного участка реки. Это позволило получить новые научные данные для повышения надежности гидравлических расчетов [3].
Во всех рассмотренных примерах коренное улучшение судового хода на перекатах достигалось с помощью капитальной прорези и отвала грунта, т.е. только средствами дноуглубления. Нередко, капитальные прорези выполняют в комплексе с возведением выправительных сооружений. При этом удается улучшать протяженные участки русла, включающие в себя несколько затруднительных перекатов.