содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

§ 31. РАСЧЕТ СМЕЩЕНИЯ МЕАНДРОВ ПРИ ОГРАНИЧЕННОМ И СВОБОДНОМ МЕАНДРИРОВАНИИ. НЕЗАВЕРШЕННОЕ МЕАНДРИРОВАНИЕ И ПОЙМЕННАЯ МНОГОРУКАВНОСТЬ

Ограниченное меандрирование является промежуточным типом руслового процесса между побочневым типом и свободным меандрированием. При замедлении транспорта донных наносов побочни закрепляются растительностью и превращаются в изолированные пойменные массивы, примыкающие к бортам сравнительно узкой долины, которая ограничивает развитие излучин (меандров) русла, имеющих в плане вид синусоиды.

Пойменные массивы размываются с верховой и наращиваются с низовой стороны. Сползание вниз по течению слабовыраженных меандров русла происходит с сохранением их очертаний и размеров— русло передвигается параллельно самому себе (рис. VII-4). Перекаты расположены косо к направлению течения и проходят чиже точек перегиба русла. Наибольшие глубины находятся у подмываемого верхового берега пойменного массива. В межень перекаты размываются, а в половодье наращиваются: в плесовых лощинах происходит обратный процесс. В процессе сползания излучин пойменные массивы полностью перерабатываются и бывают сложены тем же аллювиальным материалом, что и русло.

Свободное меандрирование — наиболее сложный тип руслового процесса, имеющий на отдельных реках много индивидуальных особенностей и отклонений от рассматриваемой ниже общей схемы процесса.

В отличие от предыдущего типа излучины русла при свободном меандрировании, развиваясь, изменяют свои формы и размеры. Признаком свободного меандрирования является широкая пойма, превышающая ширину современного пояса меандрирования, со сложным рельефом поверхности, представленным веерами возвышенных грив (старых прирусловых валов), разделенных лощинами, а также подковообразными или серповидными старицами.

Излучины проходят цикл развития: вначале, когда излучины слабо выражены, они сползают вниз по течению аналогично излучинам ограниченного меандрирования, но при этом постепенно изменяют свою форму. Угол разворота излучины (см. ниже) увеличивается, скорость сползания по течению уменьшается и дальнейшая деформация ее в плане идет преимущественно за счет разворота вокруг точек перегиба русла и увеличения длины излучины.

Русло в плане принимает форму петли; вытягивание и ее разворот происходят вначале интенсивно, а затем процесс постепенно затухает.

Развитие данной излучины связано с развитием смежных с пей верховой и низовой излучин; две противоположно направленные
 

излучины разворачиваются около фиксированных точек — перегибов средней линии русла (точки а, b, с, d на рис.

VII-6). Разворачиваясь около этих точек, верховая и низовая излучины сближают подмываемые вогнутые берега, что приводит в один из паводков к прорыву узкого перешейка между излучинами. После прорыва верховая и низовая излучины резко уменьшают свою кривизну, средняя излучина превращается в подковообразную старицу, а на спрямленном участке русла начинается новый цикл меандрирования.

Не все излучины морфологически однородного участка реки проходят полный цикл развития — интенсивное развитие одних излучин может замедлить развитие других. Прорывы петель, стабилизируя верховые смежные излучины, могут ускорить процесс развития у смежных низовых излучин. Если излучина в своем развитии встретит препятствие (неразмываемый берег, сооружение), то процесс меандрирования нарушается и русло может сделать вынужденный поворот, к которому будет неприменима приводимая ниже методика прогнозирования.

Перегибы средней линии русла являются самыми устойчивыми точками плана свободно меандрирующего русла. Однако и они могут медленно смещаться вместе со смещением всего пояса меандрирования (см. ниже).

Процесс свободного развития меандров русла сопровождается образованием ряда береговых валов, повторяющих очертание выпуклого берега излучины.

Внемеженная часть гребня крупной гряды наносов, примыкающая к пляжу выпуклого берега, после спада половодья обычно покрывается растительностью, которая создает условия для задержки взвешенных наносов в следующее половодье.

Постепенно гребень гряды превращается в береговой вал. За это же время противоположный вогнутый берег размывается, гребень гряды в русле также смещается в ту же сторону и начинается образование нового берегового вала на выпуклом берегу.

Следы описанного процесса хорошо видны на аэрофотоснимках долины реки (см. рис. II-2). Схема современных береговых валов приведена на рис. VI1-6. В зависимости от интенсивности руслового процесса на образование одного берегового вала требуется от нескольких лет до нескольких десятков лет [105]. В среднем для равнинных условий европейской территории СССР этот срок может быть принят 15—20 лет.

Ширина берегового вала соответствует ширине сдвижки вогнутого берега за тот же период времени.

Плесовая лощина с наибольшими глубинами у вогнутого берега при большом развитии излучины иногда разделяется на два и более глубоких участков (рис. VII-6). Во время паводка плесы размываются, а перекаты наращиваются; в межень происходит обратный процесс. Отметки дна плесов и перекатов могут в течение года колебаться на крупных реках до нескольких метров.

Сооружение подходной, насыпи на обширной изрезанной береговыми валами и старицами пойме нарушает водный режим ее, созданный в течение веков русловым процессом, Поэтому в проекте мостового перехода предусматривают мелиорацию поймы, чтобы не допустить заболачивание и подтопление хозяйственных угодий. На участках, где откос пойменной насыпи параллелен ложбине или протоке, предусматривают укрепление его или отвод сосредоточенного потока от земляного полотна.

Прямолинейные участки русла, образованные спрямлениями излучин, редки и нормальные пересечения их обычно не соответствуют общему направлению трассы, поэтому типичным случаем мостового перехода через свободно меандрирующую реку будет переход с пересечением русла в одной из излучин. Если сопряженные с ней верховая и низовая излучины образовали узкий перешеек, то рассматриваются два решения: 1) устройство моста на излучине русла с закреплением вогнутых берегов сближающихся верховой и низовой излучин; 2) устройство моста на искусственном русле, прорытом через перешеек между этими излучинами.

В первом случае делают прогноз плановых деформаций и максимальной глубины у вогнутого берега центральной излучины. Во втором случае необходимо прогнозировать деформации пологой излучины, образованной спрямлением русла из верховой и низовой излучин. Если перешеек между верховой и низовой излучинами широк и размыв их берегов непосредственно не угрожает сооружениям мостового перехода, то прогнозируют деформации всех трех излучин.

Сооружения мостового перехода должны возможно меньше нарушать естественный русловой процесс.

Для этого отверстие моста размещают на створе перехода с учетом мощности пойм и прогнозируемых деформаций русла, а струенаправляющими дамбами обеспечивают направление пойменных потоков в пойменные участки моста.
 

При частом затоплении поймы процесс свободного меандрирования в начальной стадии иногда нарушается образованием спрямляющей протоки.

Спрямляющая протока развивается постепенно, затем во время сильного паводка русло перемещается в спрямляющую протоку. После перемещения русла в спрямляющую протоку развитие излучины прекращается, и она постепенно отмирает. До перемещения русла в спрямляющей протоке наблюдается русловой процесс ленточногрядового или побочневого типа, а после перемещения русла спрямляющая протока начинает меандрировать до образования нового спрямления и повторения цикла развития. Этот процесс называется незавершенным меандрированием.

В случае устройства моста на излучине деформацию русла рассчитывают по методике для свободного меандрирования. Если мост устраивают на спрямляющей протоке, то деформации рассчитывают по тому типу руслового процесса, который наблюдается на спрямлении с учетом возможного перехода к меандрированию.

В обоих случаях произойдет нарушение естественного руслового процесса, так как должна увеличиться пропускная способность русла в излучине или на спрямлении.
 

При частом глубоком и длительном затоплении поймы в результате повторных спрямлений незавершенных меандров образуется тип руслового процесса, называемый пойменной многорукавностью.

Отдельные рукава большой протяженности рассматриваются как самостоятельные русла, которые имеют тот или иной из описанных типов руслового процесса; поэтому специальных измерителей, характеризующих пойменную многорукавность, не предусматривается. Следует иметь в виДУ, что перемещение по главным рукавам круп-mix гряд наносов может привести к закрытию одних и к возобновлению течения в других ранее заглохших протоках. Поэтому необходимо прогнозировать возобновление деятельности заглохших на момент изысканий проток, учитывая расположение и скорости перемещения гряд насосав в тех рукавах, где расположены истоки и устья заглохших проток. Допрос размещения отверстий мостов при пойменной многорукавдости очень сложен. Русловой процесс в этих рукавах и протоках в связи с частым затоплением пойм резко меняется после строительства мостового перехода. Даже при устройстве на переходе более одного водопропускного отверстия перераспределение расхода воды после закрытия части проток вызовет усиление, а иногда Ф смену типа руслового процесса в протоках, перекрытых мостами. В этом случае следует возможно меньше стеснять паводковый поток, не допуская больших подпоров и размывов у моста на главном русле, а также активизации проток или их отводов, идущих параллельно трассе перехода, путем устройства соответствующей системы регуляционных сооружений.

Следует рассмотреть вариант отводов русел и устройства мостов средних или больших отверстий на наиболее активных рукавах и протоках.

Описанные выше особенности руслового процесса при ограниченном, свободном незавершенном меандрировании соответствуют руслам, сложенным несвязными - аллювиальными грунтами; в этих условиях зоны эрозии и аккумуляции совпадают (размыв вогнутого берега и отложения грунта на противоположном выпуклом берегу). Если русло сложено связными грунтами, для которых зоны эрозии и аккумуляции не совпадают (размытые глинистые частицы взвешиваются потом и уносятся далеко от места размыва), то фарватер русла не соответствует его плану: наибольшие глубины находятся у выпуклых, а наименьшие — у вогнутых берегов [65].

От обычного типа меандрирующих русел также отличаются русла рек, унаследовавших свои излучины от несовременных условий

жидкого и твердого стока (например, от сброса флювиогляциальных вод в конце последнего оледенения). По этим обычно пологим излучинам в настоящее время перемещаются крупные гряды наносов, например побочни; при расположении побочня у вогнутого берега излучины глубины у этого берега будут меньше глубин у выпуклого берега. При понижении базиса эрозии и увеличении продольного уклона в меандрирующем русле также может возникнуть движение побочней. Это явление, по-видимому, наблюдается в настоящее время в нижнем течении р. Урала в связи с понижением уровня Каспийского моря.