Классификация затруднительных участков и схема их коренного улучшения для судоходства

Основой современной классификации затруднительных для судоходства участков на свободных реках являются морфологические и генетические признаки, которые характеризуют строение и происхождение этих участков на разных реках.

В прямолинейных и слабоизогнутых однорукавных руслах с песчаными побочнями преобладают перекатные участки; в меандрирующих руслах рек – сильно извилистые участки; в разветвленных руслах – пойменные и русловые разветвления с беспорядочным скоплением наносов; в руслах с неразмываемыми грунтами – участки с каменистым и скальным дном.

Наиболее часто встречающиеся затруднительные участки образуют следующие четыре основные группы.

Первая группа – перекатные затруднительные участки с недостаточными для судоходства глубинами, расположенные в прямолинейных и слабокриволинейных руслах, где меженное русло не всегда расположено у высокого ведущего берега.

В этой группе чаще всего встречаются:

1. Затруднительные участки с группой перекатов, разделенных короткими плесовыми лощинами (см. рис. 9.13);

Рис.9.13. Затруднительный участок с группой перекатов,

разделенных короткими плесовыми лощинами

2. Отдельные затруднительные перекаты с развитой затонской частью, россыпи и сложные перекаты (рис. 9.14).

Рис.9.14. Затруднительные перекаты с затонской частью (а),

россыпи (б) и сложные (в)

Основные мероприятия по коренному улучшению судоходных условий на таких затруднительных участках заключаются в следующем:

- создание удобного судового хода с устойчивым его положением в плане путем углубления перекатов, улучшения подходов к ним и ликвидации свальных течений;

- обеспечение устойчивых морфологических элементов переката закреплением, а при необходимости и повышением отметок песчаных побочней для замедления их перемещения и уменьшения повторности дноуглубительных работ;

- разработка нового судового хода вдоль ведущего берега путем отторжения побочней с ликвидацией вредного влияния затонской части и свальных течений.

Вторая группа – сильно извилистые затруднительные участки в меандрирующих руслах рек с недостаточными радиусами поворота судового хода, а также мелкими перекатами.

Наиболее часто в этой группе при свободном меандрировании русла встречаются:

1. Отдельные сильно искривленные извилины русла на поздней стадии своего развития (см. рис. 9.15);

Рис.9.15. Затруднительная извилина русла на поздней

стадии развития при свободном меандрировании

2. Несколько смежных извилин русла, расположенных одна за другой, которые находятся тоже на поздней стадии развития (рис. 9.16);

Рис.9.16. Затруднительные смежные извилины русла на поздней

стадии развития при свободном меандрировании

3. Участки вынужденного изгиба русла у трудноразмываемого коренного берега (рис.9.17).

Рис.9.17. Затруднительный участок вынужденного изгиба

русла у коренного берега

При незавершенном меандрировании русла часто встречаются:

1. Извилины русла на ранней стадии своего развития с наметившейся во время высоких паводков спрямляющей протокой, перевод судового хода в которую в ближайшие годы нецелесообразен (рис. 9.18);

Рис.9.18. Затруднительная извилина на ранней стадии развития

при незавершенном меандрировании

2. Извилины русла с действующей спрямляющей протокой, которая недостаточно развита и может быть судоходной только после сравнительно крупных объемов дноуглубительных работ (рис. 9.19).

Рис.9.19. Затруднительная извилина с действующей спрямляющей

протокой при незавершенном меандрировании

Основные мероприятия для коренного улучшения судоходных условий на таких участках следующие:

- спрямление одной или группы затруднительных для судоходства развитых извилин русла для создания нового судового хода;

- укрепление сильно размываемых берегов извилин, чтобы сохранить благоприятную для судоходства форму русла или увеличить радиус поворота русла в районе местных крутых изгибов ведущего берега;

- увеличение радиуса кривизны судового хода на участках вынужденного изгиба русла путем наращивания выпуклого берега или отторжением побочней для ликвидации местных поворотов судового хода и создания удобного перевала потока к неразмываемому ведущему берегу;

- обеспечение устойчивости удобных для судоходства извилин русла повышением низких побочней, расположенных у выпуклого берега, и перекрытием слабо развитых спрямляющих проток;

- разработка капитальной прорези и обеспечение благоприятного сопряжения потоков при подходе к сравнительно развитой спрямляющей протоке и при выходе из нее.

Третья группа – разветвленные затруднительные участки с перекатами в руслах рек, имеющих пойменную и русловую многорукавность. В этой группе наиболее часто встречаются:

1. Пойменные двухрукавные разветвления русла (рис. 9.20);

Рис.9.20. Затруднительное пойменное двухрукавное разветвление русла

2. Пойменные многорукавные разветвления русла (рис. 9.21);

Рис.9.21. Затруднительное пойменное многорукавное разветвление русла

3. Русловые двухрукавные разветвления с аккумулятивным островом (рис. 9.22, а, б);

Рис.9.22. Затруднительное русловое двухрукавное разветвление

с аккумулятивным островом

4. Русловые многорукавные разветвления с группой островов и осередков аккумулятивного происхождения и со сравнительно длинными протоками, равными примерно ширине меженного русла (см. рис. 9.23);

Рис.9.23. Затруднительное русловое многорукавное разветвление

с группой аккумулятивных крупных островов и осередков

5. Русловые многорукавные разветвления с группой мелких островов и осередков, размеры которых измеряются долями ширины меженного русла (рис. 9.24).

Рис.9.24. Затруднительное русловое многорукавное разветвление

с группой аккумулятивных мелких осередков и островов

Основные мероприятия для коренного улучшения судоходных условий на таких затруднительных участках следующие:

- перераспределение расхода воды в пользу судоходных рукавов путем перекрытия несудоходных рукавов;

- отвлечение наносов в несудоходные рукава; ликвидация свальных течений, преимущественно в районе приверха и в ухвостье островов;

- значительное углубление судоходных рукавов дноуглубительными снарядами; перенесение судового хода в развивающиеся несудоходные рукава;

- сосредоточение основной части потока в пределах судоходной трассы путем объединения беспорядочных скоплений наносов в большие наносные образования.

Четвертая группа – затруднительные участки с недостаточными глубинами в реках с неразмываемыми грунтами.

В этой группе наиболее часто встречаются:

1. Каменистые россыпи (рис. 9.25) и пороги;

Рис.9.25. Затруднительный участок в виде каменистой россыпи

2. Участки со скальным дном (рис. 9.26).

Рис.9.26. Затруднительный участок со скальным дном

Основные мероприятия для коренного улучшения судоходных условий на таких затруднительных участках следующие: увеличение глубины в пределах судового хода путем удаления отдельных камней и валунов; увеличение глубины и ширины судового хода с разработкой дноуглубительных капитальных прорезей в скальном грунте.

Схемы улучшения затруднительных участков первой группы.

В условиях выборочного выправления затруднительных участков при проектировании коренного улучшения для судоходства, прежде всего, учитывается общее направление судового хода, выбранное при составлении перспективной схемы улучшения судоходных условий реки.

Различные гидрологические и геоморфологические особенности речных русел и многообразие отдельных затруднительных участков, расположенных в разных климатических районах, приводят к большому разнообразию применяемых схем расположения выправительных сооружений.

Однако на основе теории и практики выправительных работ в настоящее время выработаны некоторые общие принципы расположения выправительных сооружений, которые облегчают решение задачи их рационального расположения на конкретном затруднительном участке с учетом местных условий.

На затруднительном участке, состоящем из группы перекатов, разделенных короткими плесовыми лощинами, необходимо, прежде всего, установить положение ведущего берега и уточнить направление судового хода, а также выправительной трассы. Обычно ведущим является коренной берег или высокий и трудноразмываемый пойменный берег, вдоль которого проходит динамическая ось потока во время весеннего половодья, когда происходят наиболее интенсивные русловые переформирования.

Коренной берег может быть прямолинейным, несколько вогнутым или выпуклым, с отдельными выступами и углублениями. Он может отходить от меженного русла; вдоль него могут располагаться устья притоков и оврагов и т.д. Высота коренного берега и состав грунтов тоже меняются по его длине.

В связи со всем этим динамическая ось весеннего потока располагается неодинаково по длине коренного берега в годы с различной водностью. Выпуклость коренного берега и его выступы могут отклонять весенний поток к пойменному берегу. Если этот берег трудноразмываемый, то на некотором своем протяжении он становится ведущим для весеннего потока среднего по водности года, когда происходят интенсивные русловые переформирования.

Пойменный берег по высоте ниже коренного и по длине тоже имеет разные плановые очертания, различную высоту и грунты. В связи с этим динамическая ось весеннего потока обычно проходит вдоль него на сравнительно небольшой длине, а затем снова отходит к коренному берегу или переводится к нему с помощью высоких выправительных сооружений.

Переходные участки, где динамическая ось весеннего потока переходит от одного ведущего берега к другому, наименее благоприятны для поддержания устойчивого хода и представляют наибольшие трудности при коренном улучшении судоходных условий.

На затруднительных участках, где выправительная трасса и судовой ход расположены вдоль коренного берега, осуществление мероприятий по коренному улучшению в большинстве случаев сводится к разработке у этого берега капитальных прорезей для отторжения побочней и к возведению у пойменного берега выправительных сооружений преимущественно меженного регулирования. Эти сооружения закрепляют границы трассы, перекрывают лишние емкости русла, ликвидируют свальные течения и обеспечивают устойчивое положение судового хода и выправительной трассы при меженных уровнях воды.

На переходных участках русла от одного ведущего берега к другому, в особенности от пойменного к коренному, где направление выправительной трассы и судового хода не совпадает с динамической осью потока в половодье, целесообразно закреплять трассу преимущественно высокими сооружениями, чтобы повлиять на направление движения потока при низких и высоких уровнях воды. Таким образом, удается обеспечить устойчивое положение судового хода, совпадающего с направлением динамической оси потока.

Применение сооружений меженного и весеннего регулирования позволяет эффективно использовать энергию речного потока при разных уровнях для обеспечения заданных габаритных размеров судового хода с минимальными затратами на коренное улучшение затруднительного участка и на эксплуатационное дноуглубление в последующий период.

На рис. 9.27 приведена схема коренного улучшения затруднительного перекатного участка р. Вычегды путем последовательного подведения судового хода к ведущему коренному правому берегу. По съемке 1958 г. этот участок русла протяжением около 40 км представлял большие затруднения для судоходства из-за наличия 13 лимитирующих перекатов, разделенных сравнительно короткими и неглубокими плесовыми лощинами.

Для обеспечения нормального движения судов и плотов здесь ежегодно извлекались большие объемы грунта, причем на отдельных перекатах дноуглубительные работы выполнялись по несколько раз за навигацию. В целях коренного улучшения судоходных условий в верхней части участка выше р. Шулеги было осуществлено полное отторжение правобережного побочня капитальной прорезью с перекрытием в последующие годы старого судового хода у пойменного берега несколькими поперечными сооружениями меженного действия.

На участке от р. Шулеги до р. Сойги подведение судового хода к ведущему коренному берегу осуществлялось постепенно. Сначала было выполнено частичное отторжение капитальной прорезью большого правобережного побочня в районе средней пониженной его части, и судовой ход переместился из первого во второе положение.

Через некоторое время стало возможным полное отторжение длинной капитальной прорезью всего правобережного побочня, так как в результате работ по коренному улучшению вышележащей части участка поток половодья стал направляться через этот побочень и высота его, особенно прикорневой части, заметно уменьшилась.

Рис.9.27. Схема коренного улучшения затруднительного перекатного участка р. Вычегды

После полного отторжения правобережного побочня и перевода судового хода в третье положение старый судовой ход у левого пойменного берега был перекрыт несколькими сооружениями меженного регулирования.

На части рассматриваемого участка перед устьем р. Лупьи ввиду наличия большого и довольно высокого осередка судовой ход занимал неустойчивое положение. Весной в половодье поток проходил, в основном, вдоль левого пойменного берега. В межень судовой ход эксплуатационным дноуглублением поддерживался в правой протоке у коренного берега. Для направления на спаде половодья основной части потока на судовой ход, проходящий под коренным берегом выше осередка, было возведено высокое сооружение – укрепленная грунтовая продольная дамба, расположенная под небольшим углом к направлению течения воды.

В результате выполненных работ произошло существенное углубление судового хода в правой протоке и заметное уменьшение емкости левой протоки, что положительно сказалось на состоянии всей этой части затруднительного участка.

На участке ниже р. Лупьи в 1958 г. имелось 6 перекатов с очень извилистым судовым ходом. Эта часть затруднительного участка длиной 16 км находится за поворотом ведущего коренного берега, где весенний поток отходит от коренного к пойменному берегу и занимает неустойчивое положение в зависимости от водности года.

Для коренного улучшения судоходных условий на этом участке было выполнено отторжение капитальными прорезями двух правобережных побочней и построено несколько высоких сооружений. В районе перекатов №8, 9 возведено высокое поперечное сооружение из грунта с креплением гребня, которое перекрывает старый судовой ход у левого пойменного берега и сосредоточивает поток на выправительной трассе у правого коренного берега. Ниже, в районе перекатов № 10 и 11, построена высокая продольная дамба, соединяющая образовавшиеся при отторжении право­бережных побочней осередки для ликвидации свальных течений в сторону старого судового хода у левого пойменного берега. На нижней части этого участка, в районе перекатов № 11-13, возведены три высокие грунтовые продольные сооружения, перекрывающие выходы из полоя и проток.

Выполненные путевые мероприятия коренным образом улучшили судоходные условия на всем затруднительном участке большой длины. При этом увеличились габаритные размеры пути, сократилось протяжение участка почти на 5 км (более 10%), резко снизились объемы эксплуатационного дноуглубления (примерно в 2 раза).

На рис. 9.28 приведена схема коренного улучшения затруднительного перекатного участка р. Вятки с несколькими перекатами. На этом участке имеется хорошо выраженный ведущий левый слабоискривленный пойменный берег и шахматное расположение побочней и осередков. Основными затруднениями для судоходства были недостаточные глубина и ширина судового хода, малые радиусы его закругления и наличие свальных течений (см. рис. 9.28, а). Для поддержания здесь заданных габаритных размеров пути ежегодно выполнялись большие объемы землечерпательных работ.

Рис.9.28. Схема коренного улучшения

затруднительного перекатного участка р. Вятки

В целях коренного улучшения судоходных условий на этом участке выправительная трасса и судовой ход проложены вдоль ведущего левого слаборазмываемого вогнутого берега. Для закрепления выправительной трассы на участке было построено девять полузапруд меженного действия от выпуклого берега (см. рис. 9.28, б). Кроме этого, разработаны прорези по удалению больших наносных образований, которые были на пути нового судового хода.

В результате этих мероприятий судоходные условия на затруднительном участке значительно улучшились, заданные глубины выдерживаются, судовой ход стал плавным, объемы дноуглубительных работ уменьшились в несколько раз.

На перекатах с затонской частью динамическая ось весеннего потока обычно проходит вдоль верхнего побочня, через гребень переката и вдоль нижнего побочня, т.е. по кратчайшему расстоянию между верхней и нижней плесовыми лощинами. В этот период времени поток несколько размывает корыто переката вблизи нижнего побочня. При понижении уровней картина русловых деформаций меняется. Вследствие косого расположения гребня переката течение приобретает веерообразный характер с явно выраженным свальным течением из верхней плесовой лощины в затонскую часть (см. рис. 9.29).

Рис.9.29. Схема движения речного потока и судов на перекате

с развитой затонской частью

Из-за растекания потока по длинному гребню переката скорости течения уменьшаются, и во второй половине спада половодья на перекате происходит намыв дна. Это приводит снова к уменьшению глубин на перекате, что вызывает необходимость проведения дноуглубительных работ, иногда несколько раз в навигацию для обеспечения судоходства.

Отложение наносов на перекате оказывает со временем обратное влияние на поток. Максимум удельных расходов воды (динамическая ось потока) постепенно смещается с корыта переката к верхнему побочню, где имеется наибольший поперечный уклон свободной поверхности воды. В меженный период здесь иногда промывается потоком новый судовой ход, но чаще его переносят к верхнему побочню с помощью дноуглубительных работ (см. вариант I на рис. 9.29). Во время следующего половодья этот меженный ход заносится наносами, спускающимися с верхнего побочня, а весенний, более плавный судовой ход через корыто переката, размывается.

Поддержание судового хода через корыто переката (вблизи песков нижнего побочня – вариант II на рис. 9.29) в конце спада паводка и в межень неблагоприятно и для судоходства. В это время из верхней плесовой лощины в сторону затонской части имеется сильное свальное течение, которое затрудняет буксировку идущих сверху плотов и подход к перекату снизу толкаемых составов.

С течением времени (за многолетний период) состояние перекатов с затонской частью обычно ухудшается. Верхний побочень сползает вниз по течению быстрее, чем нижний. Это приводит к возрастающему искривлению меженного судового хода. На последней стадии развития становится целесообразным отторжение нижнего побочня капитальной прорезью.

На перекатах с затонской частью коренное улучшение судоходных условий заключается в смещении динамической оси потока на спаде половодья от побочней к середине реки, а также в обеспечении плавного и сосредоточенного движения потока из верхней плесовой лощины через гребень переката в нижнюю плесовую лощину. Схема расположения выправительных сооружений меженного регулирования для коренного улучшения переката с развитой затонской частью и низкими побочнями приведена на рис. 9.30.

Рис.9.30. Полная схема расположения сооружений на перекате с развитой затонской частью и низкими побочнями (B_т - ширина выправительной трассы)

В этой схеме основные полузапруды1-2, перекрывающие затонскую часть, предназначены для сосредоточения потока на выправительной трассе и ликвидации свальных течений в затонскую часть. При этом длина полузапруд и их расположение зависят от ширины выправительной трассы, длины затонской части и надежности закрепления верхнего побочня. Для перекрытия не сильно развитой затонской части и узкого гребня переката можно ограничиться одной полузапрудой вместо двух, а в случае сильно развитой затонской части и широкого гребня переката иногда приходится возводить систему из трех полузапруд.

Полузапруды 3-4 вспомогательные, их назначение – способствовать закреплению и наращиванию по высоте нижнего побочня. Полузапруды 5-6 тоже вспомогательные, их назначение – обеспечить закрепление и наращивание по высоте верхнего побочня и препятствовать движению наносов от верхнего побочня к нижнему. Вспомогательные полузапруды, также как и основные полузапруды,предназначены для сосредоточения потока на выправительной трассе и плавного его направления из верхней плесовой лощины в нижнюю через гребень переката.

В зависимости от местных особенностей перекатов с затонской частью при их коренном улучшении делаются отступления от полной схемы расположения сооружений. Так, при высоком верхнем побочне и его медленном перемещении вниз по течению требуются полузапруды только в затонской части и на низком нижнем побочне. При высоком и развитом нижнем побочне можно ограничиться полузапрудами только на низком верхнем побочне и в затонской части. Когда оба побочня высокие, достаточно ликвидировать вредное влияние затонской части возведением в ней полузапруд.

На рис. 9.31 приведена схема коренного улучшения судоходных условий на перекате с затонской частью р. Белой. На этом перекате для перекрытия затонской части в 1939 г. были построены две полузапруды, которые расположены от правого слабовогнутого берега с расстоянием между ними примерно 2.5 их длины.

Рис.9.31. Схема коренного улучшения переката с затонской частью р. Белой

Перекат был выведен из числа лимитирующих, но к 1955 г. с увеличением гарантированных глубин, его состояние ухудшилось. При этом подводные части верхнего и нижнего побочней почти сомкнулись, образовался узкий и мелкий судовой ход, а между полузапрудами – большая емкость с глубинами до 2-х м (см. рис. 9.31, а). Для поддержания гарантированных габаритных размеров пути ежегодно проводились дноуглубительные работы.

С целью дальнейшего улучшения состояния переката в 1959 г. на нем возведена еще одна полузапруда между двумя старыми (см. рис. 9.31, б). Расстояния между полузапрудами сократились до 1.2-1.3 их длины, что примерно равно ширине выправительной трассы.

В результате проведенных мероприятий состояние переката в последующий период улучшилось – глубины увеличились, было устранено свальное течение в сторону затонской части, судовой ход стал плавным, произошло существенное снижение объемов дноуглубления.

Схема коренного улучшения судоходных условий на перекате р. Дона путем перекрытия затонской части только одной полузапрудой приведена на рис. 9.32. Этот перекат характеризовался высоким верхним побочнем, заросшим травой и кустарником, имел развитую затонскую часть и сравнительно узкий гребень переката. Нижний побочень также был достаточно высоким (см. рис.9.32, а). После возведения в 1951 г. полузапруды дно переката размылось, судовой ход стал плавным, широким и глубоким (см. рис. 9.32, б). Дноуглубительные работы в последующие годы не производились (см. рис. 9.32, в), несмотря на увеличение гарантированных глубин.

Рис.9.32. Схема коренного улучшения переката с затонской частью р. Дона

Перекаты типа россыпи обычно характеризуются трудноразмываемым дном и слабыми грунтами берегов. Динамическая ось потока занимает неустойчивое положение в весенний и меженный периоды времени, особенно на прямолинейных участках. При этом нередко динамическая ось потока весной проходит вдоль одного берега или в середине русла, а в межень она располагается вдоль другого берега. Кроме того, положение динамической оси весеннего потока меняется с годами в зависимости от их водности и общего хода руслового процесса на перекате.

Неустойчивое положение динамической оси потока и отсутствие высоких побочней на таком перекате приводит к растеканию весеннего потока, уменьшению скоростей течения и отложению наносов в виде россыпей (беспорядочных песчаных образований). В период спада половодья в отдельных местах переката происходит некоторый размыв отложений наносов, но общее состояние переката с наступлением низких уровней становится затруднительным для судоходства.

Основной задачей коренного улучшения таких перекатов является сосредоточение потока на спаде половодья вдоль судового хода у ведущего берега для обеспечения транзитного движения наносов из верхней плесовой лощины в нижнюю. С этой целью обычно возводят полузапруды. Для ускорения углубления переката сначала разрабатывают дноуглубительную прорезь, нередко криволинейного очертания вдоль ведущего берега, а грунт из отвала, по возможности, используют для создания побочня у противоположного берега.

На рис. 9.33 приведена схема коренного улучшения судоходных условий переката-россыпи р. Белой, который расположен в расширенной части русла, где левый ведущий берег имеет небольшую кривизну.

Наносные образования на перекате в одни годы представляли собой подводный осередок, занимающий среднюю часть русла, а в другие годы – низкий побочень, простирающийся от правого и почти до левого берега (см. рис. 9.33, а, б).

Рис.9.33. Схема коренного улучшения переката-россыпи р. Белой

с односторонним расположением сооружений

С целью коренного улучшения на перекате сначала была разработана дноуглубительная прорезь вдоль вогнутого берега для удаления наносных образований и отсыпаны от выпуклого берега три полузапруды из грунта. В результате проведенных мероприятий судоходные условия значительно улучшились – глубина увеличилась на большой ширине выправительной трассы, отметки побочней повысились на 0.5-1.5 м (см. рис. 9.33, в); дноуглубительные работы на перекате не проводились в течение нескольких последующих лет.

На другом перекате-россыпи р. Белой, который расположен на почти прямолинейном участке расширенного русла (рис. 9.34, а), была осуществлена схема коренного улучшения путем повышения полузапрудами, расположенными друг против друга, низких побочней с закреплением судового хода в середине русла. Двустороннее расположение полузапруд оправдано тем, что оба берега на перекате одинаково размываемые, а дно сложено песчано-гравийным грунтом.

Закрепление и повышение побочней на этом перекате выполнено отсыпкой четырех грунтовых полузапруд от левого берега и двух полузапруд от правого берега (рис. 9.34, б). Все полузапруды в плане наклонены под небольшим углом против течения. Одновременно с выправительными работами была разработана дноуглубительная прорезь.

Рис.9.34. Схема коренного улучшения переката-россыпи р. Белой

с двухсторонним расположением сооружений

В результате постройки полузапруд и проведения дноуглубительных работ состояние этого переката значительно улучшилось, побочни повысились на 0.5-1.0 м, глубины и ширина судового хода увеличились, а в последующие годы значительно сократился объем эксплуатационного дноуглубления, несмотря на увеличение гарантированных глубин.

Особенностью сложных перекатов является наличие обычно двух гребней, разделенных между собой короткой и неглубокой плесовой лощиной. На таких перекатах наблюдается существенное различие в положении динамических осей весеннего и меженного потоков с многократным изменением их кривизны, особенно при низких уровнях воды.

В период спада половодья насыщенный наносами поток, встречая на своем пути косо расположенные гребни перекатов, растекается и его транспортирующая способность уменьшается. При этом размыв одного верхнего гребня переката может приводить к намыву другого, нижнего гребня переката, а последний в свою очередь оказывает влияние на режим движения потока и наносов на верхнем гребне переката. В результате такого взаимодействия верхнего и нижнего перекатов к моменту наступления низких уровней воды сложный перекат становится затруднительным для судоходства ввиду малых глубин и крутых поворотов судового хода.

Задача коренного улучшения сложного переката обычно заключается в отторжении среднего побочня капитальной дноуглубительной прорезью и сосредоточении потока вдоль выправительной трассы путем возведения сооружений, перекрывающих старый судовой ход в районе неглубокой средней плесовой лощины.

Схема коренного улучшения судоходных условий на сложном перекате р. Вятки при отторжении у вогнутого берега низкого среднего побочня приведена на рис. 9.35.

Рис.9.35. Схема коренного улучшения сложного переката р. Вятки

при отторжении низкого среднего побочня

Перекат расположен на слабо криволинейном участке реки, где правый берег коренной, трудно размываемый, а левый – пойменный, поросший кустарником. Побочни низкие, при среднемеженном уровне они находились под водой.

Для коренного улучшения переката было возведено 6 полузапруд, повышающих побочни и перекрывающих старый судовой ход у левого выпуклого берега. В результате проведенных работ образовался плавный широкий и глубокий судовой ход без свальных течений. Отметки побочней повысились на 0.5-1.5 м. Дноуглубительные работы на затруднительном ранее перекате совсем прекратились.

На рис. 9.36 приведена схема расположения полузапруд на другом сложном перекате р. Вятки при отторжении высокого среднего побочня у вогнутого берега. На этом затруднительном перекате вдоль правого трудноразмываемого вогнутого берега была разработана дноуглубительная прорезь, а от левого выпуклого берега возведены две полузапруды на верхнем и нижнем побочнях.

Рис.9.36. Схема коренного улучшения сложного переката р. Вятки

при отторжении высокого среднего побочня

Полузапруда на верхнем побочне обеспечивала сосредоточение потока по новому судовому ходу и способствовала отвлечению наносов в емкость старого судового хода, который после разработки дноуглубительной прорези и возведения полузапруды полностью занесен наносами. Полузапруда на нижнем побочне уменьшила растекание потока. Однако предотвратить понижение на нем отметок песков одной полузапрудой не удалось.

В результате выполнения путевых работ судоходные условия на перекате существенно улучшились: судовой ход достаточно плавно проходит вдоль вогнутого берега; ширина и глубина его обеспечиваются в заданных пределах; объем эксплуатационных дноуглубительных работ значительно уменьшился.

Схемы улучшения затруднительных участков второй группы.

Коренное улучшение судоходных условий извилистых участков меандрирующих рек достигается, главным образом, разработкой спрямлений, особенно на последней стадии развития излучины. При этом образуется новый более короткий и прямой судовой ход, а емкость русла отторгнутой излучины обычно быстро заносится наносами, особенно в верхней ее части.

На рис. 9.37 приведена схема спрямления развитой пойменной излучины р. Дона. Основной причиной затруднительности этого участка являлось прогрессирующее увеличение кривизны судового хода в вершине излучины. Радиус поворота судового хода в этом месте был равен 200 м, а нормируемое его значение – 500 м.

Рис.9.37. Схема спрямления развитой пойменной излучины р. Дона:

а - до спрямления (1951 г.); б – после спрямления (1954 г.)

В основании этой излучины, где высота берега составляла около 4 м над проектным уровнем, разработан спрямляющий канал с радиусом поворота, равным 1200 м. В результате выполнения работ по спрямлению извилины судоходные условия на этом участке существенно улучшились. Емкость русла отторгнутой излучины быстро заполнилась наносами, а в пределах нового судового хода дноуглубительных работ не требовалось в течение последующих 20 лет.

На рис. 9.38 приведена схема коренного улучшения затруднительного извилистого участка р. Десны, где располагались 5 следующих друг за другом перекатов, разделенных короткими плесовыми лощинами. Извилистый участок расположен в относительно плотных грунтах. Однако при прохождении в русле высоких весенних половодий образовалась пойменная протока в основании излучины, которая отвлекала часть расхода воды.

Для коренного улучшения судоходных условий на этом участке было запроектировано спрямление излучины с частичным использованием русла протоки (см. рис. 9.38, а).

В результате выполненных работ (см. рис. 9.38, б) судоходные условия ранее затруднительного участка существенно улучшились, ликвидировано 5 перекатов, сокращена протяженность судового хода примерно на 5 км, емкость русла в пределах старого судового хода быстро заносится песками, особенно в верхней части, объемы эксплуатационного дноуглубления существенно уменьшились.

Примером коренного улучшения подходного участка к крутому (вынужденному) повороту русла путем создания на нем пологого перевала к высокому вогнутому берегу является один из участков р. Вятки (рис. 9.39). На этом участке располагались 3 переката (см. рис. 9.39, а), которые представляли затруднения для судоходства и требовали ежегодного эксплуатационного дноуглубления для поддержания заданных габаритов пути.

После отторжения левобережного побочня и постройки трех полузапруд (см. рис. 9.39, б) положение судового хода стабилизировалось, а объемы эксплуатационного дноуглубления уменьшились более чем в 2 раза.

Схемы улучшения затруднительных участков третьей группы.

Коренное улучшение судоходных условий разветвленных участков рек достигается сосредоточением расхода воды в судоходном рукаве и отвлечением наносов в несудоходный рукав.

В тех случаях, когда затруднительность участка разветвления вызвана недостаточностью расхода воды, поступающего в судоходный рукав, задача коренного улучшения решается возведением запруды в несудоходном рукаве, которая обеспечивает увеличение расхода воды и скорости течения в судоходном рукаве и уменьшение таковых в перекрываемом несудоходном рукаве. В результате происходит развитие судоходного рукава, углубление его с одновременным отмиранием несудоходного рукава.

На рис. 9.40 приведен пример коренного улучшения двухрукавного разветвления русла р. Вычегды, где осуществлен перенос судового хода из левого рукава в правый с разработкой там капитальной дноуглубительной прорези. Причиной затруднительности участка явилось образование мощного левобережного побочня и смещение его к приверху острова, что привело к искривлению судового хода на входе в левый рукав и развитию правого несудоходного рукава (см. рис. 9.40, а), который стал пропускать около половины расхода воды.

Рис.9.38. Схема спрямления извилины р. Десны при ограниченном меандрировании:

а – положение до спрямления; б – после спрямления

Рис.9.39. Схема улучшения затруднительного участка р. Вятки в месте

крутого поворота русла у коренного берега

Рис.9.40. Схема коренного улучшения двухрукавного разветвления русла р. Вычегды

Для коренного улучшения участка (см. рис. 9.40, б) в правом рукаве была разработана крупная капитальная прорезь объемом около 2.5 млн. м³ грунта. Кроме этого, на участке были построены следующие выправительные сооружения: две запруды, перекрывающие левый рукав, и одна запруда, перекрывающая поперечную протоку около приверха острова для перераспределения расхода воды в пользу нового судоходного рукава; струенаправляющая дамба у приверха осередка для создания поперечного уклона воды и отвлечения наносов в левый рукав; две полузапруды в расширенной средней части правого рукава для ликвидации вредного влияния боковой емкости.

В результате осуществления комплекса дноуглубительных и выправительных работ судоходные условия на участке значительно улучшились, увеличены радиус кривизны судового хода с 400-600 м до 1000 м, а объем эксплуатационного дноуглубления уменьшился примерно в 3 раза.

На рис. 9.41 приведен пример улучшения судоходных условий на двухрукавном разветвлении русла р. Дона, затруднительность которого состояла в периодическом возникновении и развитии левобережного побочня на подходе к острову сверху по течению и в наличии местного расширения русла в районе ухвостья острова.

Рис.9.41. Схема коренного улучшения двухрукавного разветвления русла р. Дона

До проведения работ по коренному улучшению (см. рис. 9.41, а) на участке ежегодно разрабатывались дноуглубительные прорези у приверха и ухвостья острова в левом судоходном рукаве.

Для улучшения судоходных условий на участке были построены (см. рис. 9.41, б) две полузапруды у правого берега перед островом для увеличения расхода воды в левый судоходный рукав и отвлечения наносов в правый несудоходный рукав. Кроме того, ниже острова также у правого берега были возведены 3 полузапруды для уменьшения ширины русла путем повышения отметок правобережного побочня.

После проведения работ по коренному улучшению судоходные условия на участке существенно улучшились, увеличилась глубина и ширина судового хода, отпала необходимость в проведении дноуглубительных работ.

 

 

Тема 3.

Методы расчета выправительной трассы и сооружений. Методы расчета ширины и радиуса кривизны выправительной трассы и принципы ее расположения на затруднительных участках. Методы расчета выправительных сооружений (полузапруды, запруды, струенаправляющие дамбы и береговые укрепления).