Судоходные прорези разрабатываются на транзитном судовом ходу, на подходах к портам и к пристаням, на входах в затоны и т.д. Далее будем рассматривать только прорези на транзитном судовом ходу.
Судоходная прорезь должна отвечать следующим общим требованиям: иметь установленные габариты – ширину и глубину; быть удобной и безопасной для движения судов и плотов; иметь наименьший возможный объем выемки; иметь малый объем заносимости и минимальную повторность работ; способствовать (вместе с отвалом грунта) общему улучшению переката.
Для конкретного переката некоторые из этих условий могут оказаться противоречащими друг другу. Но решающими всегда являются требования судоходства и ради этого можно идти на увеличение объемов работ.
Для удобства и безопасности плавания прорези делаются прямыми. Лишь в отдельных случаях длинные прорези допустимо составлять из двух-трех прямых участков с малыми углами между ними. Судовой ход на подходах к прорези должен иметь максимально возможные радиусы кривизны; на прорези и на подходах к ней не должно быть свальных (поперечных) течений; скорость течения при входе в прорезь и выходе из нее должна изменяться плавно. Для создания достаточных радиусов кривизны судового хода может выполняться подрезка побочней и осередков, а иногда уширяются концевые участки прорези. Такое уширение делается путем излома одной из кромок прорези. Чтобы смягчить продольную изменяемость скоростей, прибегают к переуглубление концевых участков прорези.
Судоходные прорези делятся на эксплуатационные и капитальные.
Эксплуатационные прорези выполняются на существующем судовом ходу. Они в свою очередь бывают восстановительными и ремонтными.
Восстановительными называются прорези, выполняемые на спаде половодья. Они служат для удаления с судового хода наносов, отложившихся на перекате при высоких уровнях, и восстанавливают судоходные глубины.
Ремонтные прорези ликвидируют меженную заносимость судового хода. Нередко они выполняются на одном перекате несколько раз за навигацию. Положение таких прорезей может несколько отличаться от положения восстановительной прорези, но во всех случаях работы ведутся в одной и той же полосе судового хода. Объемы восстановительных прорезей всегда существенно больше объемов отдельных ремонтных прорезей, но при сильной меженной заносимости суммарный объем ремонтных работ может стать сравнимым с объемом восстановительной прорези. Ширина судоходных прорезей должна быть не меньше гарантированной ширины судового хода. Для облегчения расхождения судов, прорези можно выполнять с шириной больше гарантированной.
Капитальными называются прорези, которые разрабатываются для переноса судового хода на новое место. Это может быть вызвано требованиями судоходства или стремлением обеспечить большую устойчивость судового хода (снизить объемы эксплуатационного дноуглубления). На участках со скальными грунтами к капитальным относятся также прорези, выполняемые для увеличения гарантированных габаритных размеров судового хода.
На реках с нескальными грунтами ширина капитальных прорезей всегда назначается больше гарантированной ширины судового хода - примерно в 1.2-1.5 раза. Это делается для привлечения в прорезь большего расхода воды и создания условий для закрепления судового хода по новому направлению. Обычно объем выемки капитальных прорезей гораздо больше, чем эксплуатационных.
Создание нового судового хода представляет собой сложную инженерную задачу и требует вложения значительных средств. Поэтому капитальные прорези выполняют на основе проектов, содержащих детальные гидравлические расчеты и определяющих организацию работ. Для разработки проектов выполняются детальные русловые исследования.
Устойчивость прорези (эксплуатационной или капитальной), т. е. большая или меньшая ее заносимость, определяется условиями транспорта наносов. Сама дноуглубительная прорезь и отвал грунта могут изменить эти условия.
При использовании многочерпаковых снарядов и удалении грунта с помощью шаланд размещение отвала зависит от глубины, на которой может разгружаться шаланда, а расстояние между отвалом и прорезью можно менять достаточно широко. Иногда грунт, извлеченный на одном перекате, используется для улучшения другого переката. Шаландовые отвалы стремятся располагать во второстепенных рукавах. Устраивать отвал в затонской части переката не рекомендуется, так как она часто служит местом нагула рыб.
При работе землесосных снарядов положение отвала грунта определяется длиной рефулера. На течении рефулер изгибается, и расстояние от оси прорези до оси отвала составляет от 1/2 до 2/3 его длины. При длине рефулера 500 м это расстояние оказывается равным 200-300 м. На больших реках этого бывает недостаточно, чтобы примкнуть отвал к берегу, и тогда он становится искусственно созданным осередком.
Дноуглубительные прорези и отвалы могут оказывать сильное влияние на структуру потока. Поэтому их расположению должно уделяться серьезное внимание. Если площадь поперечного сечения прорези и отвала мала по сравнению с площадью живого сечения реки, то изменения произойдут только в узкой полосе самой прорези и в ее непосредственной близости. Если площадь поперечного сечения прорези сравнима с площадью живого сечения реки, то может измениться общий ход руслового процесса.
На реках с побочневым типом руслового процесса отвалы грунта обычно укладываются за кромку прорези на верхний побочень. Систематическая укладка грунта повышает отметки побочня и замедляет его движение вниз по течению. Вместе с тем, нижний побоченьпродолжает смещение вниз с обычной скоростью, и в результате создается возможность трассировать прорезь по все более пологому направлению, улучшая тем самым условия движения судов.
Исследования М.В. Григорьева (ЛИВТ), показали, что расположение отвала на небольшом расстоянии от низовой кромки прорези под углом 5-8° к ее оси, создает сходящееся ускоренное течение (см. рис. 4.1). Это способствует выносу наносов из прорези и увеличивает срок ее жизни. Следует заметить, однако, что опытной проверки результатов этих исследований до настоящего времени не проводилось.
Рис. 4.1. Линии тока на модели одного из перекатов р. Надым с судоходной прорезью:
1 – при отсутствии отвала; 2 – при наличии отвала, расположенного под углом 5° к оси прорези
При разработке капитальных прорезей, грунт используется для заполнения емкости старого судового хода, или для создания выправительных сооружений длительного действия.
