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

§ 33. НАРУШЕНИЯ РУСЛОВОГО ПРОЦЕССА ИНЖЕНЕРНЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ. РУСЛОВОЙ ПРОЦЕСС В КАНАЛАХ

Течение руслового процесса нарушается воздействием гидротехнических сооружений (ГЭС, водозаборов, обвалований пойм и др.), возводимых на реках для различных хозяйственных целей. Расчет этого воздействия входит в обязанности организаций, проектирующих гидротехнические сооружения; поэтому при расположении мостовых переходов вблизи существующих или проектируемых сооружений все сведения об изменении бытовых русловых условий получают в соответствующих организациях.

Характеристика явлений, которые придется учитывать проектировщикам мостовых переходов, приводится ниже.

Наибольшее влияние на русловой процесс оказывают плотины ГЭС. Для верхнего бьефа водохранилища характерны следующие явления.

В зоне выклинивания подпора вследствие уменьшения скоростей течения в русле откладываются наносы, и однорукавное русло распластывается и превращается в многорукавное. Такие же русла образуются на устьевых участках притоков, впадающих в зоне выклинивания подпора.

Если притоки, впадающие на протяжении зоны выклинивания подпора, несли в бытовом состоянии много наносов, задержанных подпором в устьевых участках, то в основной реке вместо распластывания может произойти углубление русла вследствие нарушения баланса наносов.

В зоне выклинивания подпора может наблюдаться более частое, чем в бытовых условиях, затопление пойм, что приведет к образованию или усилению работы пойменных проток.

В зоне чаши водохранилища, включая подпертые НПУ участки притоков, происходит отложение взвешенных наносов, а также ос­тановка сползающих гряд донных наносов. Следует учитывать, что отложенные в устьях притоков наносы во время прохождения па­водков в условиях сработки водохранилища могут размываться, а затем вновь накапливаться с наполнением водохранилища.

На реках, несущих много наносов, чаша водохранилища может быть в короткие сроки заполнена отложениями наносов. При этом в зоне выклинивания подпора произойдет резкое повышение дна и уровней воды, что повлияет на назначение высоты пойменной насы­пи и подмостового габарита, если мостовой переход будет расположен в этой зоне.

По данным Гидропроекта, отметки дна и водной поверхности р. Евфрат в зоне выклинивания подпора после 10 лет эксплуатации водохранилища повысились до ~5,0 м.

Ветровые волны разрушают берега водохранилища, причем сме­щение береговой линии достигает десятков метров в год. Перефор­мирование берегов происходит до тех пор, пока не образуется при­брежная отмель, уклон которой будет достаточно пологим для полного разрушения набегающих волн. Расчеты переформирований бе­регов под воздействием ветровых волн выполняют по методике

Н.      Е. Кондратьева [62].

Переформирование берегов р. Сырдарьи в пределах Кара­кумского водохранилища определило положение трассы на ряде участков железнодорожной линии Ленинабад — Мельниково.

Для нижнего бьефа водохранилища характерны следующие яв­ления.

Происходят деформации русла непосредственно за выходной кромкой рисбермы в виде глубоких воронкообразных размывов, возникающих вследствие повышенных скоростей.

Регулирование водного стока водохранилищем и задержка рус­лоформирующих наносов, которые перестают поступать в нижний бьеф, вызывают понижение дна русла на протяжении десятков и даже сотен километров.

Протяженность этих деформаций зависит от наличия и мощно­сти притоков, восполняющих дефицит донных наносов ниже плотин. В нижних бьефах крупных гидроузлов главное русло обычно углубляется и вследствие уменьшения затопления пойм отмирают пойменные протоки.

Возможное понижение дна необходимо учитывать при фундировании опор моста.

Если врезание русла ограничено базальным слоем неразмываемых грунтов, то на участке нижнего бьефа увеличиваются плановые деформации, русло интенсивно развивает свои излучины.

В нижних бьефах следует ожидать понижения базисов эрозии притоков. Это понижение произойдет не только вследствие указанного общего понижения дна реки, но также вследствие сопряжения паводочных уровней на притоках с более низкими, чем бытовые, уровнями главной реки. При этом во время паводка увеличиваются уклоны водной поверхности и скорости течения, что вызывает интенсивный размыв дна и берегов реки. Такое явление нами наблюдалась, например, в устье р. Сок, левобережном притоке Волги, после постройки Куйбышевской ГЭС.

Изъятие из реки больших объемов стока на орошение замедляет русловой процесс и может изменить тип его. Так, например, уменьшение водной части стока в. блуждающем русле может вызвать остановку движения гряд — осередков, закрепление их растительностью, исчезновение рукавов — и привести к меандрированию главного русла; возможно также постепенное повышение дна реки ниже водозабора, что необходимо учитывать при расчете УВВр.

Разработка гравийных карьеров в русле реки на перекатах может разрушить местные базисы эрозии и привести к изменению хода руслового процесса, в частности, к обмелению вышележащих участков русла и к понижению дна на нижележащих участках.

Влияние на ход руслового процесса оказывает обвалование части пойм, занимаемых под промышленные объекты. Такое обвалование в большей степени сказывается при незавершенном меандрировании и пойменной многорукавности, так как эти типы руслового процесса связаны с частым затоплением пойм. Выключение части поймы, активно работающей в паводки, приводит к концентрации расхода воды на необвалованной части, что ускорит образование спрямляющих проток и деформацию вогнутых берегов главного русла.

Спрямление меандрирующих русел на большом протяжении (связанное часто с обвалованием пойм) вначале приводит к смене типа руслового процесса, так как по спрямленному руслу начинают двигаться ленточные гряды наносов или побочни. Если берега спрямленного русла не укреплены, то с течением времени русло снова начнет меандрировать, так как в данных условиях жидкой и твердой фаз стока этот тип соответствует динамическому равновесию русла.

Как указывает И. В. Попов [105], речные поймы, существующие века как устойчивые морфологические образования, могут быстро разрушаться даже от незначительных воздействий на их рельеф и растительный покров. Известны случаи, когда нарушение дернового слоя при строительстве объектов на поймах приводило к образованию мощных проток и размывам пойменных массивов. Особенно внимательно надо относиться во время строительства к сохранности береговых валов на перешейках между вогнутыми берегами смежных излучин русла.

Как отмечалось в § 29, сооружения мостовых переходов могут вызвать локальные деформации русла или приостановить развитие макроформы.

Можно выделить три типичных случая локальных нарушений руслового процесса, которые мы наблюдаем на эксплуатируемых мостовых переходах при их реконструкции или проектировании вторых путей.

Первые два случая относятся к меандрирующим руслам, а третий может относиться также ко всем остальным типам русел, кроме блуждающего осередкового.

Существующие мостовые переходы на реках с блуждающим руслом не дают сколько-нибудь определенной картины их влияния на крайне изменчивые мезоформы.

На рис. VII-11, а представлена схема существующего и проектируемого под второй путь железнодорожных мостовых переходов через свободно меандрирующую реку. Одна излучина русла в своем развитии прижалась к левобережной струенаправляющей дамбе, сохранность которой была обеспечена укреплением левого берега. Вторая излучина с низовой стороны подошла настолько близко к полотну дороги, что при проектировании второго пути предусмотрено укрепление левого берега и рассмотрен вариант спрямления русла. Таким образом, на участке мостового перехода произошли необратимые изменения естественного хода руслового процесса — остановлено развитие двух излучин, что повлияет на скорость развития смежных излучин.

На рис. VII-11, б показана схема мостового перехода с неправильно размещенным отверстием моста, развитым в сторону травой, меньшей поймы, пропускающей 29% расчетного расхода. При постройке моста пологая излучина русла была расположена у лево-бережной струенаправляющей дамбы; которая должна была обеспечить слив в отверстие моста вод левой поймы, пропускающей 55% расчетного расхода. В паводок, близкий к расчетному, мощный поток левой поймы отодвинул русло к середине отверстия моста. Происшедшее выправление русла потоком левой поймы нельзя считать положительным результатом работы струенаправляющей дамбы, поскольку смещение русла сопровождалось сильным размывом, глубина которого не была предусмотрена при фундировании опор моста. Происшедшая деформация русла является обратимой, так как при низких паводках ход естественного процесса не будет нарушаться и русло может вернуться в первоначальное положение.

Когда мост имеет отверстие, недостаточное для пропуска расчетного расхода, русло на участке перехода сильно размывается и по ширине занимает все отверстие; при этом обычно образуются две ямы размыва — перед мостом и несколько ниже его, как это изображено на рис. VII-11, в. Эта деформация русла необратима, но она не изменяет течение руслового процесса выше и ниже перехода.

В практике проектирования нередки случаи мостовых переходов через искусственные неукрепленные русла — каналы. В будущем, с осуществлением новых оросительных систем и перебросок речного стока на значительные расстояния, такие случаи будут встречаться еще чаще. Поэтому необходимо иметь представление о возможных деформациях таких русел.

Если течение воды в неукрепленном канале происходит со скоростью большей, чем неразмьпвающая, то появляется русловой процесс. Тип его зависит от гидравлических характеристик канала, соотношения жидкой и твердой фаз стока и геологического строения местности, в которой проложен канал.

По исследованиям JI. И. Викуловой, каналы в песчаных грунтах при скорости течения, большей неразмывающей, расширяются и мелеют, а каналы в связных грунтах расширяются и углубляются. Оба эти явления необходимо учитывать при назначении отверстия моста и фундирования его опор. Поучительный пример последствий неучета деформации канала приводят Ю. А. Ибад-Заде и Р. И. Самедов [33] по искусственным руслам для сброса вод рек Гирдыман-чай и Ахсучай в Азербайджане. Дно этих каналов, проложенных в глинистых грунтах, за шесть лет (1962—1968 гг.) понизилось настолько, что были разрушены два автодорожных моста.

Переброска речного стока на значительные расстояния может осуществляться путем устройства пионерного канала, рассчитанного на саморазмыв.

Такие каналы с течением времени превращаются в искусственные реки с тем или иным типом руслового процесса. Вид небольшой реки с блуждающим руслом имеют, например, некоторые древние арыки в Узбекистане.

Расчеты деформаций неукрепленных русел каналов выполняют по методике Л. И. Викуловой (см. упомянутый выше двенадцатый сборник трудов Гидропроекта) или по В. С. Алтунину [2].