Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Донской И.П. Водный транспорт леса учебник

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
13.03 Mб
Скачать

ходу над уровнем проектного дна. Поскольку размывы перекатов происходят в межень, за расчетный руслоформирующий расход принимается средний многолетний расход воды межени Qc p .M 0 >K . Часть поперечного сечения, подлежащая размыву, на чертеже за­ штрихована. В действительности размыв оказывается несколько большим на оси выправительноп трассы и меньшим у ее кромок.

Методы точного определения русловых деформаций при вы­ правлении перекатов достаточно сложны. Они требуют учета таких факторов, как состав донных наносов, распределение скоростей

потока

по его

ширине

и

глубине

и

образование

некоторого

подпо­

ра

в

сжатой

выправительными

сооружениями

части

русла. В

общем

случае

условие

размыва

 

 

 

 

переката до проектного дна мо­

 

 

 

 

жет

быть записано в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

fec>t»p,

 

 

(94)

 

 

 

 

 

 

 

о Т Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

1>-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПрУВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/Ср.межУВ

 

 

 

 

 

 

 

-с:1

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ыш

 

V Пр. дна

Рис. 45. Выправление

переката:

Рис.

46. Поперечный

профиль

ныира-

а — продольными

дамбами;

б—полуза­

 

вителыюй трассы

па

перекате

 

прудами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где с

— средняя по

живому сечению

скорость

в сжатой

части пе­

 

реката к концу

размыва

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qcp. меж

 

 

 

 

 

(95)

 

 

 

 

ЛТ р6Т р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

— размывающая

скорость,

при

 

которой

начинается

переме­

 

щение наносов данной крупности и. удельного веса; для

 

определения ее имеются эмпирические формулы В. Н.

 

Гончарова, И. И.-Леви, Г. И. Шамова

и других авторов

 

[15], [37];

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к — коэффициент

( & < 1 ) ,

учитывающий

неравномерность

 

распределения

скоростей

по

ширине

и глубине

русла,

 

а также некоторое их уменьшение вследствие

образова­

 

ния подпора.

 

 

 

 

 

 

 

 

Для стеснения русла на перекатах обычно используют легкие,

первоначально

водопроницаемые .конструкции, например

плетневые

(рис. 47). Поток, несущий взвешенные наносы, проходя через эти сооружения, теряет скорость, вследствие чего начинается выпаде­ ние наносов в теле сооружений или непосредственно за ними,

В результате этого постепенно может образоваться «новый берег». Известны и другие типы сооружений [1]. В последнее время при выправлении перекатов стали использовать и грунтовые сооруже­

ния (дамбы), поверхность которых укрепляется против

размыва.

Это особенно удобно в тех случаях, когда

они

могут возводиться

рефулированием, т. е. в комплексе с дноуглубительными

работами.

Дноуглубление. Выемка, сделанная в ложе реки для его углуб­

ления, называется дноуглубительной прорезью. Ширина

прорези

определяется габаритами лесосплавного

хода.

Рабочая

отметка

дна прорези назначается ниже отметки проектного дна, вычислен­

ной по формуле (93),

и определяется по зависимости

 

уРаб.

дна = уПр дна —(Лб а г + Л 3 ая).

( 9 6 )

Рис. 47. Однорядный плетень для выправления переката

где Лбаг «багермейстерский запас» на неровность разработки дна

прорези,

назначаемый

в зависимости

от типа

дноуглу­

бительного снаряда;

 

 

 

 

I'hun — запас

на

заносимость

прорези, позволяющий

увеличить

сроки

ее

службы до

повторного

дноуглубления.

В зависимости от количества влекомых потоком наносов и рас­

положения прорези ежегодно заносятся от 10 до 100%

объема

прорези, причем точнее это устанавливается

из

практики

на дан­

ной реке. Установив эту величину

из опыта

и задаваясь

сроками

повторного дноуглубления, назначают запас /гЭаиЗаложение откосов подводной прорези в зависимости от ха­

рактера грунта и способа производства работ назначается в пре­

делах от 1 :2

до 1:5.

Углубление переката бульдозером

возможно

при конечной

глубине

воды до 0,7 м и плотных грунтах

(галька,

крупнозернистый песок). Работу начинают с верхней части пере­ ката. Отвал грунта устраивают в прибрежной части побочня с по­ следующим закреплением отвала против размыва.

Наиболее совершенным механизмом для дноуглубительных ра­ бот на сплавных реках является малогабаритный землесосно-ре- фулерный снаряд типа ЗРС, сконструированный ЦНИИ лесосплава.

91

Схема снаряда модели ЗРС-1М показана на рис. 48. Снаряд — это плавучая установка, состоящая из трех металлических понтонов. На основном понтоне / размером 13X3,2 м размещено все обору­ дование; боковые понтоны 2 служат для уменьшения осадки и по­

вышения

остойчивости. Осадка

снаряда

с боковыми понтонами

0,50 м.

 

 

 

Мощный насос 3 производительностью до 900 м3через сосун 4

забирает

смесь воды с грунтом

(пульпу)

и транспортирует ее по

Рис. 48. Схема землесосно-рефулериого

снаряда

типа ЗРС:

/ — основной понтон; 2 — б о к о в ы е понтоны; 3 — насос;

4 сосун;

5 — грунтопровод; 6 —

поплавки

 

 

специальным трубам к месту отвала. Грунтопровод 5, представляю­ щий собой шарнирно-соединенные металлические трубы на поплав­ ках, имеет наплавную часть длиной 100 м; кроме того, он может укладываться на берег без поплавков еще на 50 м.

Пульпа, содержащая в своем объеме около 10—15% грунта, выпускается в глубокие плёсовые лощины или на береговую пло­ щадку, где из нее выпадают взвешенные частицы грунта. Для раз­ работки связных (например, глинистых) грунтов, сосун имеет на конце специальную рыхлительную фрезу.

Основной двигатель снаряда — дизель марки ЗД6. Часть мощ­ ности от него передается на электрогенератор (24 кет), который подает электроэнергию моторам рыхлителя и лебедок, а также для освещения.

 

ЗРС-1В не самоходный снаряд, но в пределах рабочей

площади

он

передвигается, подтягиваясь к якорям при помощи

лебедок,

размещенных на боковых понтонах. Снаряд работает

при глубинах

от 0,6 м до 5,0 м. Производительность

его доходит до

100 ж3

грунта

в

1 ч. Кроме дноуглубления, ЗРС-1М

может использоваться

и для

92

рефулировання — намыва грунта с целью

поднятия уровня бере­

говых площадок или строительства земляных сооружений

(плотин,

дамб). Начат выпуск и более мощного

землесосно-рефулерного

снаряда — ЗРС-2, производительность которого достигает

180 м3

грунта в 1 ч.

 

 

Землесосно-рефулерные снаряды хорошо работают в песчаных руслах, но испытывают затруднения при связных грунтах и совсем не применимы в условиях каменистых русел. Для этих условий ЦНИИ лесосплава разработал малогабаритный многочерпаковый

земснаряд ЗМЦ. Его рабочий

орган — черпаковая

цепь, имеющая

31

черпак с объемом по 45 л

каждый. Скорость

движения цепи

в

зависимости от категории грунта 16—29 м/мин,

производитель­

ность до 50 м грунта в 1 ч.

 

 

§ 4. БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЕ И СПРЯМЛЕНИЕ ИЗЛУЧИН

Защита берегов от размыва. Производится: при закреплении выправительной трассы вдоль размываемого берега; при опас­ ности прорыва потока по нежелательному направлению; для пре­ дотвращения подмыва берегов около плотин, мостов, запаней и других сооружений. Защита берегов от размыва осуществляется при помощи берегоукрепительных одежд, которые непосредственно

защищают

грунт берега от размыва его потоком. Берегоукрепление

доводится до максимального

уровня

воды 10%-ной обеспеченности

(с запасом

по высоте в 0,5

м). До

покрытия защитной берего­

укрепительной одеждой берег должен быть спланирован под углом естественного откоса, который зависит от рода грунта (обычно 1:1,5—1:2,5). Конструкцию берегоукрепительной одежды выби­ рают в зависимости от трех факторов: скорости течения при рас­ четном максимальном расходе воды 10%-ной обеспеченности и м а к с ; средней глубины потока при расчетном максимальном уровне; ус­ ловий крепления (выше или ниже меженного уровня воды).

В табл. 9 приводится характеристика наиболее распространен­ ных типов крепления. На рис. 49 показаны два из них.

Кроме этих традиционных конструкций, в последнее время пред­ ложен ряд новых, например разного рода ковры (травяные, армоцементные и другие), изготовляемые на полигонах, а затем рас­ катываемые по откосу.

Спрямление излучин реки устройством прокопов. При трасси­ ровании прокопа обеспечивается плавное сопряжение его с сосед­ ними участками естественного русла; в связи с этим прокоп в плане почти всегда имеет слегка изогнутые очертания. Форма попереч­ ного сечения прокопа — трапецеидальная, с заложением откосов в зависимости от рода грунта (песок 1 : 2, глина 1 : 1,5 и т. д.). Отметка дна прокопа и его габариты должны удовлетворять тре­ бованиям лесосплава при проектном расходе воды.

Режим потока на участке спрямления зависит от того, будет направлен весь расход воды в прокоп или часть его пойдет по

93

Таблица 9

Некоторые типы крепления береговых откосов

 

 

 

 

 

Д о п у с к а е м ы е скорости,

и/сек

Х а р а к т е р и с т и к а

типа

крепления

при

средних г л у б и н а х , м

1

 

 

 

 

 

 

 

2

3

Высев травы

 

 

 

1,2

1,3

1,4

-

 

 

 

 

1,8

2,0

2,2

Одерновка

каменная

отмо-

Одиночная

 

 

 

стка на мху,

при

 

среднем

 

 

 

размере камня, 20 см . . .

3,0

3,5

4,0

Двойная отмостка из

рваного

4,5

5,0

5,5

И- камня

 

 

 

 

Каменная

наброска

при раз­

 

 

 

мере камней, см:

 

 

3,0

3,4

3,5

10—15

 

 

 

 

15—20

 

 

 

 

3,4

3,9

4,1

20—30

 

 

 

 

3,9

4,2

4,4

старому руслу (староречью). На рис. 50 по­ казано спрямление излучины и схематиче­ ский продольный профиль по новой трассе для случая открытого староречья.

Поскольку устройство прокопа не влияет на режим нижерасположенного участка реки, отметка уровня воды в точке Б (ZE)

Условия крепления

Выше меженного

уровня То же

»

»

Ниже меженного уровня

То же

»

УВВ Ю % оо~

Меженный уро­ вень воды

Рис.

49.

Берегоукрепительные

кон­

Рис..

50.

Изменение

 

 

струкции:

 

 

 

 

 

 

 

 

уровней

воды при уст­

/ — одиночная отмостка на

мху

по

гра­

ройстве

прокопа

вийной

подготовке; 2 каменная

наброска

 

 

 

остается

неизменной.

Так

как при

незакрытом

староречьи об­

щая площадь живого сечения потока на участке спрямления

возрастает, уровень воды в точке A (zA)

понизится до величины,

Z ' A , а на подходном участке естественного русла образуется

кри­

вая спада. Снижение ZA вызывает уменьшение уклона и скорости

в староречьи, что будет способствовать

его постепенному

зара­

станию.

 

 

94

При наглухо закрываемом староречье отметка уровня воды в точке А может и понизиться и повыситься в зависимости от соот­ ношения пропускной способности прокопа и старого русла.

Иногда снижение отметки ZA И образование

 

кривой

спада

нельзя

допустить

из-за

малых глубин на подходном участке;

в этих

случаях

закрытие

староречья

оказывается

обязательным.

Рассмотрим

порядок

расчета прокопа для простейшего слу­

чая— закрытого

староречья.

 

 

 

 

 

 

Площадь поперечного

сечения прокопа

соп— определяется из ус­

ловия

его устойчивости

(неразмываемости)

при

руслоформирую-

щем

расходе воды

(3Рф, под которым

в данном случае понимается

расход воды в пределах бровок русла. Таким

образом,

 

 

 

 

 

 

< * п = ^ .

 

 

 

 

 

(97)

 

 

 

 

 

"доп

 

 

 

 

 

 

где

О д о п допускаемая

неразмывающая

скорость

для

данного

 

 

грунта.

 

 

 

 

 

 

 

 

Размеры элементов живого сечения прокопа

(ширину

по дну,

заложение откосов)

и отметку дна определяют подбором с учетом

полученной ранее величины шп и необходимости обеспечить лесо­

сплавные

габариты

при проектном

расходе воды

Qn p .

Падение

свободной

поверхности в пределах

 

прокопа Aznp можно

вычислить

из общей

формулы

для расхода

воды, в которой

уклон

выражен

через величину

Д г п р

и длину

прокопа L n p :

 

 

 

 

 

Q„P = » n p

C n p

| / Я п р ^ -

 

(98)

Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д*пр =

5 - P

. L -

 

(99)

 

 

 

 

* 2

Г 2

 

 

 

 

 

 

 

° п р ° п р ' ч п р

 

 

Все элементы

поперечного

сечения

в зависимостях (98) и (99)

берут при проектном расходе воды.

 

 

 

 

Отметка уровня воды в точке А при проектном расходе воды

найдется по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Л - п р = * Б

+

А 2

п р >

 

(ЮО)

где гБ — отметка уровня воды в точке Б, определяемая по кривой расхода Q = f(z), построенной для естественного русла реки в месте выхода в нее прокопа.

Для строительства прокопа можно использовать любые земле­ ройные машины, а также землесосно-рефулерный снаряд ЗРС-1В, который разрабатывает прокоп, постепенно отсасывая грунт с под­ водной части берега.

§ 5. ВЫПРАВЛЕНИЕ РУСЛА ПОРОЖИСТЫХ УЧАСТКОВ РЕК

При выправлении русла в порогах, так же как и при выправ­ лении перекатов, ставится задача обеспечения необходимых для лесосплава глубин в тот период навигации, когда в естественных условиях они становятся уже недостаточными, т. е. при проектном расходе воды Qn p . Решение этой задачи достигается несколькими способами.

Закрытие побочных рукавов. Если русло в пороге делится на ряд рукавов, необходимо выбрать один, наиболее удобный для лесосплава, остальные же перекрыть глу­ хими массивными сооружениями. В резуль­ тате этого в основном рукаве расходы воды,

а следовательно, и глубины возрастут.

 

 

 

Расчистка русла от

камней. В камени­

 

 

 

стом русле минимальная глубина лесо­

 

 

 

сплавного

хода

Лспл

отсчитывается

от

 

 

 

уровня верха камней. Уборка крупных, наи­

 

 

 

более выступающих камней снижает рас­

 

 

 

четный уровень дна и позволяет проводить

 

 

 

лесосплав

при

меньшем

расходе

воды

 

 

 

(рис. 51). Правда, иногда расчистка порога

 

 

 

может дать

и отрицательный

эффект: в ре­

 

 

 

зультате уменьшения шероховатости русла

Рис.

51. Расчистка рус­

скорости течения могут возрасти настолько,

что для создания

минимальной

лесосплав­

ла

порога от

камней

ной глубины потребуется не меньший, а боль­

 

 

 

 

 

 

ший расход воды.

 

 

 

 

 

По исследованиям А. Я. Слабодкина

[60], эффект,

получаемый

от

расчистки

порога,

зависит от

расстояния

между

убираемыми

камнями, их размеров и относительной ширины полосы расчистки. Расчистка русла на всю ширину порога полезна только тогда, когда расстояние между убираемыми камнями превышает 2,0 м. При меньших расстояниях между выступающими камнями нужно расчищать только полосу, равную 25—50% полной ширины русла в пороге. В этих случаях расход воды, необходимый для создания минимальной лесосплавной глубины, уменьшается на 30—50% в зависимости от размеров убираемых камней и ширины полосы расчистки [60], [45].

Для производства расчистки наиболее эффективен бульдозер,

сдвигающий камни с лесосплавного хода в

прибрежную

часть

русла.

 

 

 

Устройство прорези

на части ширины порога. Если на

части

ширины порога, имеющего глубины h<hCUJI,

сделать прорезь глу­

биной Ah, то в ее пределах можно обеспечить минимальную

лесо­

сплавную глубину кспл-

Однако этот способ

применяется

редко

из-за сложности производства дноуглубительных работ на поро­ жистых участках.

Руслостеснительные сооружения. В условиях каменистого или

скального ложа

реки наибольшее распространение получил спо­

соб

повышения

глубин при помощи

руслостеснительных сооруже­

ний.

В отличие

от перекатов, где

стеснением русла вызывается

размыв дна, увеличение глубины в стесненной части порога про­

исходит за счет подъема уровня воды, сопровождающегося

неко­

торым

повышением скоростей

потока.

 

 

 

 

 

Стеснение русла достигается установкой системы

продольных

дамб или

поперечных

полузапруд

(рис. 52). Иногда

продольные

дамбы или полузапруды ставят с одной

 

 

 

 

стороны, прижимая поток к неразмывае-

 

 

 

 

мому

берегу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полузапруды

следует располагать таким

 

 

 

 

образом, чтобы весь транзитный поток и

 

 

 

 

сплавляемые

лесоматериалы

 

проходили

 

 

 

 

между их оголовками, а в пространстве

 

 

 

 

между

полузапрудами

образовались

бы

 

 

 

 

мертвые

зоны — водовороты.

По

данным

 

 

 

 

С. Я. Мучника

(ЦНИИ

лесосплава),

это

 

 

 

 

требование

обеспечивается при расстановке

 

 

 

 

полузапруд

в

шахматном

порядке

под уг­

 

 

 

 

лом

а = 604-70°

к

направлению

течения и

 

 

 

 

при

расстоянии

между

ними

в

 

пределах

 

 

 

 

а= (1,54-2,0)8 [45].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поперечный

 

профиль

стесненного русла

 

 

 

 

при условно-прямоугольной его

форме

по­

Рис.

52.

Стеснение рус­

казан

на рис. 52, в.

 

 

 

 

 

 

 

Считая

движение

потока

в

стесненной

 

ла

в пороге:

а — продольными

д а м б а м и ;

части

русла

равномерным и обозначая

ин­

б — полузапрудамп;

в — схе­

дексами е и с элелГенты естественного и

 

ма

к расчету

 

 

 

 

сжатого

потока,

можно

написать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qnp = ®Л

У Я<Л = ®,СС } / RCJC

 

 

(101)

 

Выразим площадь живого сечения через его элементы, скоро­

стной множитель С по формуле

 

C = -^-R'J,

а

гидравлический

радиус R заменим

средней глубиной /г. Тогда

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

М е -J- hi VheU = bhc -LhZ VhJl

д с п е ,

(102)

 

Если допустить, что коэффициент шероховатости

а

^ / е

,

после

простейших

преобразований выражение

(102)

прини­

мает вид

 

 

 

 

 

 

Bh

1.5 + 0

 

1.5 +

//

 

 

 

(103)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

••bh

 

 

 

 

 

Отсюда для

получения глубины/1с = /гС пл необходимо иметь сжа­

тую ширину русла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b = B(J^-)lfi+a.

 

 

 

 

 

(104)

97

При заданной ширине сжатого русла глубина в нем будет равна

Лс = Ае

] / I -

(Ю5)

Показатель степени у для порожистых участков

составляет

1

1

 

Для выправления порожистых русел применяют массивные кон­ струкции, которые могут работать в условиях высоких скоростей течения и одновременно исполнять роль лесонаправляющих соору­ жений. Наибольшее распространение получили в этих условиях

Рис. 53. Примеры конструкций дамб в пороге:

а — р я ж е в а я д а м б а ; б — к а м е н н а я д а м б а

каменные и ряжевые дамбы (рис. 53). Ряжевые дамбы, как более дорогие используются только в качестве продольных сооружений, каменные — как для продольных, так и для поперечных. Известны и другие конструкции [1].

Глава VII - РЕГУЛИРОВАНИЕ СТОКА РЕК

И ЛЕСОСПЛАВНЫЕ ПЛОТИНЫ

§1. ВИДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА И СХЕМЫ РАСПОЛОЖЕНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ

Регулированием стока называется перераспределение есте­ ственного стока реки во времени, осуществляется оно с помощью плотин, образующих водохранилища.

Регулирование стока

для целей лесосплава классифицируется

по двум признакам — по

длительности цикла регулирования стока

и по характеру режима потока на улучшаемом участке реки. Под циклом регулирования понимается период, за который перерас­ пределяется сток — от начала наполнения водохранилища до окон­ чания его сработки.

По длительности цикла регулирования стока выделяют следую­ щие виды;

9?

1.Многолетнее регулирование стока, при Котором сток перерас­ пределяется за ряд лет, что позволяет улучшать условия лесо­ сплава в маловодные годы за счет предшествовавших им много­ водных лет. Это очень эффективный способ, но для его осуществ­ ления требуются очень большие водохранилища. Поэтому на лесосплавных реках этот вид регулирования стока пока не приме­ няется.

2.При сезонном регулировании сток перераспределяется за сравнительно длительный промежуток времени, обязательно за­ хватывающий период половодья или паводка. Цикл сезонного ре­ гулирования стока может начинаться еще в конце предыдущего

календарного года, но в целом он не должен превышать 12 меся-

 

 

в

Нс

 

 

 

 

 

ж

изар\J

1 /

 

 

 

г

О

6

11 IS

21 ч

 

 

 

 

 

Рис. 54.

Гидрограф при

Рис.

55. Гидрограф

при

сезонном

регулировании

суточном

регулирова­

 

стока

 

нии

стока

 

цев. Гидрограф в створе плотины, обеспечивающий сезонное регу­ лирование стока, показан на рис. 54.

Расход воды, который подается из водохранилища для обеспе­ чения лесосплава на нижележащем участке, называется зарегу­ лированным расходом Q3 a p . В те периоды, когда естественный расход воды в створе плотины Qan больше зарегулированного расхода воды, т. е. (2пл><3зар, происходит наполнение водохрани­ лища, но как только становится (2пл<<2зар, начинается его сра-

ботка. Объем воды, накопленной в

водохранилище- WH, численно

равен

соответствующей площади на

гидрографе

(см. § 8 главы I I ) .

Объем

воды Wc, который будет

сработан

из водохранилища

в дополнение к естественному стоку, окажется меньшим на ве­ личину потерь из водохранилища Wn:

W» = Wc+Wn.

(106)

Объем воды, который должен быть накоплен в водохранилище для осуществления регулирования стока, называется полезным объемом водохранилища W. Для сезонного регулирования стока требуется полезный объем значительно меньший, чем для много­ летнего, но все же достаточно большой, что часто ограничивает возможности применения и этого вида регулирования стока.

3. Суточное регулирование стока предусматривает перераспре­ деление стока только в течение суток. В этом случае в течение

99

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ