Судоходные условия на реках с зарегулированным стоком
Трансформация водного режима в направлении увеличения водности меженного периода обычно способствует увеличению судоходных глубин. Вместе с тем, сезонное регулирование стока вносит существенные изменения в режим перекатов. В связи со снижением среднемноголетнего уровня половодья ежегодный слой аккумуляции на них убывает. Так, А.В. Серебряков [1970] обнаружил, что объем намыва на перекатах нижнего Дона за первое десятилетие существования Цимлянской плотины сократился на 50%, а поддержание гарантированной глубины обеспечивалось существенно меньшими объемами транзитного землечерпания. Особенно сократились объемы работ после строительства Николаевского (1975 г) и Константиновского (1982 г) низконапорных гидроузлов, хотя гарантированная глубина была увеличена до 350 см.
Вместе с тем, развитие глубинной эрозии создает сложности режима перекатов в нижнем бьефе гидроузлов. Вблизи плотин отметки гребней перекатов обычно понижаются, если перекаты не сложены неразмываемым обломочным материалом. Так, в нижнем бьефе Новосибирского гидроузла поток ликвидировал перекаты на протяжении 8 км (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Поперечные профили русла Оби в 8 км ниже плотины Новосибирской ГЭС (Нижне-Огурцовский перекат)
До создания Новосибирского гидроузла гарантированная глубина на участке от Новосибирска до устья р. Томи составляла 110-150 см при объеме извлекаемого на перекатах грунта 8-12 тыс. м3 в год на 1 км водного пути. После создания гидроузла глубины в течение 10 лет были увеличены до 230 см, однако при этом увеличился объем землечерпания, превысивший 40 тыс. м3/км/год (см. рис. 3.14).
|
|
|
Это связано с выполнением в течение нескольких лет работ по капитальному переустройству судового хода. По окончании основных мероприятий объем землечерпания снизился до 25-30 тыс. м3 в год на 1 км. В настоящее время на участке длиной 100 км от плотины лишь несколько перекатов относятся к лимитирующим (при условии достаточно высокого судоходного попуска – 1200 м3/с). Объем землечерпания на этом участке за последние 20 лет в среднем составляет 2.5-3.0 тыс. м3/км/год.
Рис. 3.14. Объемы землечерпательных работ и гарантированная глубина судового хода на р. Оби ниже Новосибирского гидроузла, где:
1 – гарантированная глубина; 2 – удельный объем землечерпания
на участке 0-300 км от плотины; 3 – удельный объем землечерпания
на участке 0-100 км от плотины
Для абсолютного большинства нижних бьефов гидроузлов на судоходных реках характерно постепенное смещение лимитирующих перекатов вниз по течению. Оно обусловлено перемещением фронта эрозии и сопровождающего его переотложения наносов. Прохождение волны аккумуляции и связанного с ней увеличения объема землечерпательных работ по длине р. Оби ниже Новосибирского гидроузла прослежено А.Б. Векслером и др. [1980].
|
|
|
В переформированиях перекатов наиболее отчетливо отражается трансгрессивный характер трансформации русла. Ниже плотины поток насыщается наносами за счет размыва дна и берегов и сток руслообразующих наносов восстанавливается. Например, транспортирующая способность потока Оби в Новосибирске в отношении песчаных руслообразующих наносов для естественных условий определена в 43.5 кг/с или
1.37 млн. т в год, а в условиях регулирования она в среднем снижается до 30.2 кг/с (0.95 млн. т).
Анализ деформаций русла показал, что сток наносов в 8 км от плотины за первые 15 лет эксплуатации гидроузла составлял в среднем 600-650 тыс. т в год, т.е. около 2/3 транспортирующей способности потока. В этот период и до середины 80-х годов на приплотинном участке еще существовали участки русла, выстланные аллювием. По мере удаления доступного материала сток наносов восстанавливается все дальше от плотины. В 2003-2004 гг. песчано-гравийные наносы вблизи плотины были размыты и дно реки выстлано щебенистой отмосткой. В настоящее время пополнение стока наносов происходит большей частью за счет размыва берегов. Сохранившиеся здесь перекаты подстилаются обломочной корой выветривания коренных пород и разрушенными коренными песчаниками и гранитами.
|
|
|
Песчаные наносы на дне обнаруживаются только в 40 км от плотины и далее вниз по течению, где перекаты располагаются в среднем через каждые 3 км. Измеренный по параметрам песчаных гряд в 2003 г объем стока руслообразующих наносов в 40-50 км от плотины составляет около 500 тыс. т – т.е. чуть больше половины транспортирующей способности. Анализ деформаций русла показал, что средний за 1985-2003 годы сток наносов составлял здесь лишь около 400 тыс. т. Превышение транспортирующей способности над расходом наносов обусловливает размыв и понижение отметок гребней перекатов на участке длиной около 100 км от плотины, где согласно анализу деформаций русла суммарный сток руслообразующих наносов составляет около 700 тыс. т. в год. На большинстве перекатов увеличивается не только максимальная, но и средняя глубина.
В процессе переформирования русла нижнего бьефа, перестраивающегося в соответствии с новым гидрологическим режимом потока, во многих случаях отмечается уменьшение извилистости русла и выравнивание разницы между объемами русла на плесовых и перекатных участках. Наряду с размывом перекатов и занесением плесовых участков при взаимодействии зарегулированного потока и русла, этому выравниванию способствуют землечерпательные работы на перекатах, при проведении которых плесовые участки используются для отвалов грунта. В результате речное русло приобретает форму, приближающуюся к форме канала.
|
|
|
Нередко перекаты размываются в период пропуска половодья, в том числе в результате сужения зоны активного транспорта наносов из-за зарастания прирусловых отмелей. Это характерно для некоторых перекатов Оби ниже Новосибирской ГЭС [Сурков, 2002]. В межень при базовом попуске величина саморазмыва перекатов также убывает, т.к. уровни воды в этот период, как правило, превышают бытовые. Может даже происходить аккумуляция наносов, связанная с наличием новых зон подпора, поворотами русла и т.п. Таким образом, сезонные изменения отметок макроформ руслового рельефа уменьшаются, и режим их может приобрести черты, отличные от бытового режима.
Уменьшение амплитуды деформаций русла в нижних бьефах гидроузлов по сравнению со свободными реками обнаружил Л.А. Турыкин [2010]. Он проанализировал участки рек Днестра ниже Дубоссарского, Волги ниже Рыбинского и Камы ниже Воткинского гидроузлов. На участке длиной до 50-60 км от плотин относительная амплитуда сезонного колебания объема русла не превышает 1-2%, тогда как на свободных Оке и Чулыме она составляет 15-30%.
При резком колебании уровней нижнего бьефа, обусловленном суточным регулированием мощности ГЭС, процесс продвижения вниз по течению зоны интенсивного переформирования и зоны стабилизации русла может несколько замедляться за счет увеличения поступления в русло наносов в результате обрушения берегов. Приток наносов в русло, происходящий за счет боковой эрозии, увеличивает заносимость перекатов и уменьшает их устойчивость. Так, за последние 20 лет правый берег русла Оби в 3-5 км от плотины размыт на 100-200 м. По ориентировочным расчетам с этого участка в поток поступило более 300 тыс. м3 наносов. Размывы берегов Камы на 15-километровом участке ниже Воткинской плотины поставляют в поток ежегодно не менее 600 тыс. м3 разнообразных наносов, часть которых относится к руслоформирующим фракциям.
Восстановление стока наносов может происходить также за счет приноса материала притоками. Часто он существенно возрастает, особенно в тех случаях, когда сток притоков не зарегулирован. Главной причиной увеличения выноса материала из притоков служит понижение базиса эрозии, обусловленное снижением отметки дна главной реки и уменьшением в ней максимальных расходов воды, а иногда и объема стока в целом, как, например, на нижнем Дону. Если регулирование стока значительно, пик расхода главной реки не совпадает по фазе с пиком незарегулированного притока. В результате обычно развивается регрессивная эрозия русла на притоке, а вынос большого количества наносов из притока и их осаждение в русле основной реки способствуют росту отметок перекатов, расположенных в месте слияния. Это особенно характерно для рек с гравийно-галечными наносами.
Осаждение большого количества материала, нередко в виде дельты, может существенно замедлить или остановить процессы глубинной эрозии в главной реке. Активизация выносов Северского Донца в первые годы эксплуатации Цимлянского гидроузла, связанная с асинхронностью половодья Дона и его притока, способствовала аккумуляции наносов и даже временному прекращению судоходства [Маккавеев, 1957]. Впадение крупных притоков может замедлить развитие эрозии, если они оказывают подпорное воздействие на поток главной реки в нижнем бьефе. Подпор Волги Окой в Нижнем Новгороде в период половодья явился причиной относительно невысоких темпов глубинной эрозии и аккумуляции наносов в 40-50 км от плотины Нижегородского гидроузла [Транспортное использование…, 1972].
В зимний период эксплуатации гидроузлов волны суточного регулирования могут явиться причиной подвижек льда и заторных явлений, когда ледяные поля, приведенные в движение волнами попусков, нагромождаясь друг на друга, могут перекрыть отдельные рукава многорукавных русел. Последующие за этим прорывы потока в другие протоки могут привести к существенному их размыву и, как следствие, к увеличению живого сечения и пропускной способности по сравнению с бытовым состоянием. При этом возможно перераспределение потока между рукавами и уход основной части расхода реки во второстепенные рукава.
Такие явления особенно важно учитывать в тех случаях, когда они могут нарушить работу водозаборных сооружений и ухудшить условия судоходства. В.К. Калюжный [2000] сообщает о заторах, возникающих на участке между Воткинской ГЭС и Нижнекамским водохранилищем, которое не заполнено до проектной отметки. Причиной заторов считаются колебания уровня нижнего бьефа, которые вызывают непрерывные подвижки льда (искусственный ледоход). Действительно, для нижнего бьефа Воткинского гидроузла характерны большие суточные и недельные колебания уровня, достигающие 2-3 м. В результате регулярно происходит зимний ледоход, и формируются заторы льда. В зоне заторов обычно возрастает объем землечерпательных работ.
3.2. Русловой режим судоходных рек
в зоне влияния карьерных разработок
Наиболее значительные объемы речного аллювия, существенно превышающие величину твердого стока в бытовых условиях, ежегодно извлекались в качестве нерудных строительных материалов во второй половине прошлого века из русел рек Лены, Оби, Иртыша, Томи, Белой, Уфы, Оки, Вятки и др., т.е. повсеместно на судоходных реках.
При добыче НСМ из русловых карьеров зачастую разрабатывались месторождения, которые находились вблизи потребителей: возле крупных городов, промышленных предприятий, строек. Поэтому до настоящего времени последствия от разработки массовых карьеров на судоходных реках проявляются, как правило, в наиболее освоенных и густо заселенных регионах. Они начинает сказываться на разных уровнях экосистемы, усугубляя экологическую напряженность в местах компактного проживания населения. В результате этого на многих реках в районе крупных городов значительно ухудшилось качество природной среды.
Влияние русловых карьеров сказывается на гидравлико-морфологическом строении рек на значительном расстоянии от участков добычи и прогрессирует с течением времени. Так, на целом ряде судоходных рек РФ произошло снижение меженных уровней воды, которое охватывает участки протяжением в десятки и сотни километров. Абсолютные значения понижения уровней воды на этих реках составляют в отдельных створах до двух и более метров.
При столь значительном вмешательстве в естественный ход развития руслового процесса в реках нарушаются сложившиеся условия формирования стока и транспорта наносов. Понижение уровней воды в маловодные (меженные) периоды времени приводит к снижению горизонтов грунтовых вод, что в свою очередь сказывается на состоянии сельскохозяйственных угодий и пойменной растительности.
Таким образом, изменения, которые произошли на значительных по протяженности участках судоходных рек, к настоящему времени приобрели необратимый характер, и будут оказывать влияние на состояние окружающей среды в прилегающих районах еще в течение длительного времени. При этом, помимо проблем экологического характера, в ряде случаев ухудшились условия эксплуатации гидротехнических сооружений и других объектов.
3.2.1. Добыча нерудных строительных материалов
на судоходных реках
Русловая добыча речного аллювия для строительных нужд в тех или иных объемах проводилась и проводится до настоящего времени в целом ряде промышленно развитых стран. На определенных этапах, по мере усиления негативных проявлений, эта деятельность в некоторых странах была упорядочена или полностью прекращена.
По данным Ф. Бауэра [1965] речной аллювий добывался на верхнем Дунае с конца позапрошлого столетия. Приведенные им данные показывают, что вследствие значительных объемов извлечения гравия и гальки из русла за период с 1880 по 1960 гг. уровни воды в верховьях реки понизились более чем на 2.5 метра. Средняя крупность донных отложений на участках добычи увеличилась; местами произошло обнажение кровли подстилающих скальных пород. Годовой объем твердого стока в результате проведения этой деятельности уменьшился в 2-3 раза. Для исправления сложившейся ситуации на Дунае потребовалось строительство целого каскада низконапорных плотин по длине реки. Однако в свою очередь их возведение создало другие проблемы, связанные с необходимостью поддержания баланса наносов в нижних бьефах подпорных сооружений.
К настоящему времени негативным образом проявились последствия проведения русловыправительных мероприятий на верхнем Рейне. Извлечение аллювия из русла реки, возведение системы водостеснительных сооружений и обвалование поймы привели к интенсивной эрозии дна на протяженном участке реки. Положение усугубилось возведением каскада плотин в верховьях реки. Для обеспечения баланса стока наносов ниже плотины Иффецхайм в настоящее время приходится ежегодно отсыпать в русло реки значительные объемы отсортированного под руслообразующие фракции грунта [Felkel, 1977], добыча которого ведется из пойменных карьеров. В свою очередь, проведение инженерных мероприятий на верхнем и среднем Рейне привело к изменениям характеристик движения воды и транспорта наносов в его низовьях. В этой связи в Нидерландах осуществляется обширный комплекс мероприятий по обеспечению устойчивости русла реки и экологического равновесия в прилегающем бассейне.
Исследования, выполненные Г.Г. Месерлянсом [1988], и анализ опубликованных данных [Kira, 1984; Ouvrard, 1984; Tsuchiya, 1984] показывают, что во второй половине прошлого века значительные объемы речного аллювия извлекались из русел рек в Австрии, Венгрии, Франции, Японии и других странах. В Японии беспорядочная добыча гравия приобрела характер национального бедствия, что потребовало переработки нормативной базы и принятия специальных законов, регламентирующих вопросы извлечения речного аллювия.
Значительные объемы добычи нерудных строительных материалов из русел рек Марица, Струма, Искр и др. [Ненов, 1984; Печинов и др., 1978] на территории Болгарии привели к ухудшению условий эксплуатации и разрушению многих гидротехнических сооружений, в первую очередь мостов. Снижение уровней поверхностных и грунтовых вод нанесло вред сельскому хозяйству. При этом в большинстве районов для выращивания традиционных сельскохозяйственных культур пришлось перейти на орошаемое земледелие.
Аллювиальные нерудные строительные материалы широко востребованы в строительстве, т.к. имеют высокие качественные характеристики. В процессе длительного перемещения в речных потоках эти материалы отмыты от мелких пылеватых фракций и хорошо отсортированы. Они легко разрабатываются тяжелой техникой и требуют значительно меньшей обработки для нужд строительной индустрии, чем материалы из других источников. Запасы аллювиальных материалов часто находятся вблизи рынков сбыта или на транспортных маршрутах, что снижает стоимость их поставки. Подъем промышленной добычи нерудных строительных материалов из обводненных месторождений в России был связан с массовым жилищным строительством в 1950-1960-е годы, а также строительством крупных гидроэлектростанций на Волге, Каме, Оби и других реках.
Так, объем добычи НСМ при строительстве Куйбышевской, Нижнекамской, Чебоксарской ГЭС в отдельные годы достигал 100 млн. м3
[Газизуллин, Газизуллина, 2007]. Русловые карьеры были распространены на средних и крупных реках вблизи городов и промышленных центров: Оке вблизи Калуги и Рязани, Белой у Уфы, Оби в районе Новосибирска, Иртыше у Омска, Енисее у Красноярска и многих других.
Русловая добыча строительных материалов предприятиями речного транспорта была начата в 50-х годах преимущественно с использованием плавучих кранов. В дальнейшем объемы добычи значительно возросли. Так, в начале 70-х годов только Министерством речного флота РФ ежегодно добывалось около 90.0 млн. м3. К концу 80-х годов годовой объем добычи составлял уже около 190.0 млн. м3. В постперестроечный период объемы извлекаемого аллювия сократились примерно в пять раз [Гладков и др., 2005].
Добычу нерудных строительных материалов на водных объектах Российской Федерации в разные годы проводили предприятия различной ведомственной принадлежности. При этом деятельность различных организаций, осуществляющих добычу одновременно на нескольких, расположенных в непосредственной близости месторождениях, проводилась несогласованно и без должного контроля. Такая ситуация сложилась на водных объектах Российской Федерации к концу 80-х годов. В эти годы наиболее сильно проявились экологические последствия разработки карьеров в руслах судоходных рек.
В русле Томи в районе Томска к этому времени ежегодно добывалось до 6 млн. м3, в русле верхней Оки – 4 млн. м3 аллювиального материала. Объем добычи песчано-гравийных материалов из русла р. Белой в нижнем течении по данным Уфимского речного порта в 1991 г достигал почти
7 млн. тонн (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Объемы добычи ПГМ (тыс. т)
из русла р. Белой в нижнем течении
Разработка карьеров в русле Оби началась еще на стадии строительства плотины Новосибирской ГЭС, т.е. более 45 лет назад. Ежегодный объем добычи составлял не более 1500 тыс. м3 песчано-гравийного материала. В течение 1960-1970-х гг. только на 40-километровом отрезке русла ниже плотины было изъято более 42 млн. м3 песка и гравия. В 1980-2000-х гг. добыча производилась в 60-80 км от плотины, где было извлечено более 30 млн. м3 грунта. Обычно карьеры располагались в несудоходных рукавах, занимая всю их ширину.
Обычная практика организации добычи НСМ из русловых карьеров на реках России была такой, что одновременно разрабатывалось большое количество карьеров, имеющих незначительные размеры в плане и относительно малую глубину. В таких условиях не проводились защитные мероприятия по охране окружающей природной среды на участках добычи.
Так, например, на реке Вятке в течение длительного времени практиковалась разработка карьеров НСМ на гребнях перекатов. Карьеры имели средние размеры – длину и ширину порядка 100-300´60-95 метров и глубину разработки 1.9-2.5 метра. Извлечение аллювия на таких карьерах производилось, как правило, в соответствии с технологическими схемами без составления проектной документации и оценки воздействия комплекса мероприятий на окружающую среду. Вместе с тем, суммарное влияние разрабатываемых карьеров на русловой режим реки оказалось значительным и прогрессирует с течением времени.
Русловые карьеры, как правило, представляют собой выемки на дне реки с глубиной до 10-12 метров, обычно неправильных очертаний с очень неровным дном. Часто они занимают всю ширину русла или рукава реки, а протяженность подобных выемок вдоль реки может достигать нескольких километров. На практике встречаются также прибрежные (прирусловые) карьеры, которые разрабатываются на прирусловых отмелях. При этом удаляется поверхностный горизонт наносов выше меженного уреза (характерно для небольших рек с гравийно-галечными наносами) или разрабатывается тыловая и нижняя по течению часть побочня (рис. 3.16).
Рис. 3.16. Карьер на отмели р. Тулвы
(приток Воткинского водохранилища)
Русловая добыча нерудных строительных материалов характеризуется механическим нарушением речного русла реки землеройной техникой. Из русловых карьеров извлекается как современный русловой аллювий – влекомые наносы, так и аллювиальные отложения прежних эпох, которые в настоящее время рекой не транспортируются и не возобновляются. На многих равнинных реках эти отложения имеют значительную мощность, особенно там, где современное русло совпадает с древними долинами. При их разработке происходит безвозвратная потеря отложений определенного класса, размера и мощности.
Средний сток взвешенных наносов рек России составляет около 400 млн. т в год. Если полагать, что донные наносы, которые являются объектом разработки, составляют в среднем 10-15% стока взвешенных, то оказывается, что объем добычи в несколько раз превышал сток донных наносов. Таким образом, в процессе добычи катастрофически истощались запасы аллювия, накопленные рекой в разных морфологических образованиях.
В настоящее время объемы добычи нерудных строительных материалов на обводненных месторождениях значительно сократились. Однако отрицательное влияние последствий добычи речного аллювия в целом ряде случаев оказалось необратимым. Оно будет еще в течение длительного времени сказываться на гидрологическом и русловом режимах отдельных судоходных рек на большом удалении от карьерных разработок, выполненных в прежние годы.
3.2.2. Гидрологический и русловой режимы рек
на участках с интенсивной русловой добычей НСМ
Экспериментальные и натурные исследования русловых карьеров.
Детальные исследования русловых карьеров проводились в 70-80 годы Государственным гидрологическим институтом. На основе материалов натурных исследований и проведения лабораторных экспериментов разрабатывались рекомендации по выбору оптимальной компоновки карьеров НСМ на конкретных объектах и мероприятия по предотвращению негативного влияния выемок аллювия на окружающую среду.
В начале 80-х годов исследования карьеров в ГГИ получили комплексный характер, когда в рамках работы по линии ГКНТ (Государственного комитета по науке и технике) были объединены усилия специалистов Госкомгидромета и института гидрологии и гидрометеорологии Главного управления гидрологии и гидрометеорологии Болгарской Академии наук. Результаты совместной работы были использованы при составлении нормативного документа – «Рекомендаций по расчету и прогнозу деформаций речных русел на участках размещения карьеров и в нижних бьефах гидроузлов» [1988].
Лабораторные исследования в ГГИ проводились в гидравлическом лотке с размываемым дном длиной 100 м и шириной 1.0 м. Дно было выполнено из песка со средним диаметром частиц dср = 0.33 мм. Рельеф дна в лотке формировался потоком с расходом воды 30 л/с. При установившемся режиме средняя глубина потока (hб) равнялась 10.8 см, средняя скорость течения на осевой вертикали Vв=30 см/c, продольный уклон свободной поверхности I=0.0011. В работе исследовались два варианта карьеров длиной Lк соответственно 11.0 hб и 100 hб. В обоих вариантах карьеры занимали всю ширину лотка и имели одинаковую глубину разработки, равную
1.6 hб.
В экспериментах впервые на основе детальных измерений кинематической структуры потока и параметров транспорта наносов на участке размещения карьера была изучена и получила описание физическая картина взаимодействия потока и карьера в русле с подвижным дном. Происходящие процессы в обоих вариантах исследовались, начиная с момента отработки карьера до его полного занесения. На основе материалов данных исследований была разработана принципиальная схема взаимодействия потока и русла в зоне влияния карьера, занимающего всю ширину лотка.
По классификации ГГИ [Рекомендации…, 1988] русловые карьеры подразделяются на малые и большие. В малых карьерах (см. рис. 3.17,а) всю площадь продольного сечения в границах выемки занимает водоворотная область. В больших карьерах (см. рис. 3.17,б) водоворотные области образуются непосредственно за верховым откосом и вблизи низового откоса выемки.
Рис. 3.17. Схема взаимодействия потока и русла
в зоне влияния малого (а) и большого (б) карьеров
По дну карьера между водоворотами наблюдается транзитное течение. Зона влияния на поток больших и малых карьеров подразделяется на три участка, расположенных соответственно выше карьера, в его пределах и на нижерасположенном участке. Протяженность верхнего и нижнего участков различна. Влияние малого карьера распространяется вниз по течению примерно на расстояние порядка 80 глубин карьера, вверх по течению (участок 1) – на 500 глубин карьера. В случае большого карьера эти величины возрастают в 5-10 раз. Заполнение карьера наносами происходит в результате перемещения верхового уступа вниз по течению со скоростью, прямо пропорциональной величине расхода наносов и обратно пропорциональной глубине карьера ~ qs/ hк. В большом карьере на участке транзитного течения наблюдалось также отложение взвешенных наносов.
Для совершенствования расчетного обоснования карьеров важное значение имеют результаты исследования скоростного поля и рельефа свободной поверхности на участке размещения выемки. Измерения, выполненные на гидравлической модели, позволили получить параметры водоворотных областей и распределение осредненных и пульсационных скоростей в зоне карьера. Эти данные, в частности, показывают, что в начальный момент в зоне карьера происходит местное повышение отметок свободной поверхности. По мнению авторов выполненных исследований, повышение уровней воды в районе верхового уступа обусловлено переходом части кинетической энергии в потенциальную энергию. Интенсивность турбулентности в зоне отрыва возрастает, что приводит к увеличению величины гидравлического сопротивления русла в районе верхового откоса.
Эти данные хорошо согласуются с результатами исследований других авторов, проводимых при изучении отрывных течений. На основе проведенных экспериментов были получены расчетные формулы гидравлического сопротивления по длине, которые можно использовать в практических целях при выполнении гидравлического расчета русловых карьеров, перехватывающих сток наносов по всей ширине русла.
Наряду с кругом перечисленных вопросов в ходе этих экспериментов детально исследовался также широкий спектр параметров транспорта наносов. В частности, проводились измерения размеров и скорости перемещения гряд в процессе занесения карьера, анализировался состав донных отложений и их сортировка, исследовалось движение взвешенных наносов, их характеристики и влияние на интенсивность турбулентности, а также ряд других вопросов. На этой основе в ГГИ были разработаны принципы размещения карьеров на реках с разными типами руслового процесса и получена методика их расчета.
Значительный объем натурных и лабораторных исследований был выполнен в ходе изучения характеристик движения воды и условий транспорта наносов в зоне влияния русловых карьеров на судоходных реках. Натурные исследования влияния добычи НСМ на гидрологический и русловой режимы рек в Российской Федерации и ряде республик бывшего СССР проводились на реках Оке, Днестре, Кубани, Иртыше, а также в нижних бьефах гидроузлов на реках Средней Азии. Был выполнен целый ряд специальных натурных исследований русловых карьеров на реках Собь, Обь, Пур, Кама, Вычегда и Вятка и др., характеризующихся различными типами руслового процесса и различной водностью. Изучались карьерные разработки речного аллювия из русел рек в зоне строительства Байкало-Амурской магистрали и других рек Восточной Сибири.
Материалы исследований руслового режима рек на участках с интенсивной добычей нерудных строительных материалов свидетельствует о массовом распространении этого вида деятельности на водных путях России во второй половине прошлого века и его значительном влиянии на характеристики потока и речного русла. Полученные данные характеризуют состояние руслового режима судоходных рек и его изменение вследствие добычи НСМ.
Основные результаты этих и других исследований приведены в работах Государственного гидрологического института [Зубков и др., 1988; Кожевников и др., 1983], Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова [Беркович и др., 1992; Беркович, 2005; Алексеевский и др, 1995], Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций (ЛИВТа) [Соколов, 1983; Серебряков и др., 1987; Гладков и др., 2005], а также в более поздних работах ряда зарубежных авторов [Rinaldi et al, 2005; Kondolf, 1997] и др.
Анализ полученных данных по карьерам нерудных строительных материалов в руслах рек позволил разработать основы их проектирования и расчета [Рекомендации…, 1983; Руководство…, 1987; Рекомендации…, 1988; Гладков и др., 2005]. Результаты выполненных научных исследований и полученное расчетное обоснование русловых карьеров нашли отражение при разработке способов учета руслового процесса при использовании водных объектов для разведки и добычи нерудных строительных материалов и в рекомендациях по проектированию русловых карьеров, которые изложены в Стандарте организации СТО ФГБУ «ГГИ» “Учет руслового процесса… ”, [2011].
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 505; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!