ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 198
Скачиваний: 1
Предельное содержание наносов (кг/м3) или их пре дельный расход (кг/сек), ко торые поток способен транс портировать при данных гидравлических характерис тиках, называется транспор тирующей способностью по тока. В. Н. Гончаров делит речные наносы на русловые и нерусловые. Если к данно му сечению потока поступа ет расход наносов q, мень ший транспортирующей спо собности 7т, то поток будет размывать русло; обратное отношение этих величин бу дет приводить к аккумуля ции наносов.
В естественных потоках почти всегда ц ф ц ч, что неизбежно вызывает периодические отло
жения и размывы русла. Крупность размытых или отло женных потоком фракций грунта будет соответствовать крупности русловых наносов; частицы меньших размеров будут нерусловыми, поскольку их транспорт не вызывает деформации русла. Однако и такое деление условно вследствие взаимообмена между русловыми и нерусловыми наносами и участия «нерусловых» фракций в фор мировании пойм.
В речных руслах при скоростях течения, превышающих нераз мывающие, транспорт русловых наносов, как правило, осуществля ется в форме движущихся по дну гряд.
Частицы наносов, перемещаясь по гряде и пройдя гребень ее, попадают в водоворотную зону подвалья (рис. ѴІІ-1), где останав ливаются; эти частицы вновь начнут двигаться, когда гряда пере местится на свою длину.
Русловым процессом называются постоянно происходящие из менения морфологического строения русла и пойм в результате взаимодействия водного потока, транспортирующего наносы, и рус ла, сложенного этими наносами. Размывы и отложения являются обратимыми процессами, наряду с которыми возможны и медлен ные необратимые процессы эрозионного или аккумулятивного ха рактера, как, например, выработка продольного профиля горного потока или поднятие устьевых участков рек.
Вследствие руслового процесса плановые очертания и глубины речного русла, зафиксированные съемкой во время изысканий мос тового перехода, в процессе эксплуатации его оказываются иными. Эти будущие формы речного русла заставят опоры моста, струе направляющие дамбы и пойменные насыпи работать при пропуске расчетного паводка в условиях, иногда резко отличных от условий,
существовавших во время проектирования перехода. Поэтому в проекте необходимо дать прогноз наиболее невыгодных русловых условий, при которых будут работать сооружения мостового пере хода.
Теорией руслового процесса, начиная с В. М. Лохтина (1898 г.) и О. Фарга (1908 г.), занимались многие исследователи, разраба тывая морфологическую и гидравлическую стороны вопроса.
Однако имеющиеся гидравлические методы расчета вследствие сложной кинематической структуры речного потока с нестабильным руслом используются для расчета локальных деформаций русла у гидротехнических сооружений. Прогнозы русловых деформаций во времени на участке реки могут быть выполнены только с учетом генезиса тех русловых форм, с которыми столкнулся изыскатель при трассировании перехода; при этом гидравлические методы мо гут быть использованы как вспомогательный аппарат.
В Государственном гидрологическом институте (ГГИ) за по следние годы разработана гидролого-морфологическая теория рус лового процесса [63, 105], согласно которой морфологические обра зования, возникающие при русловом процессе, подразделяются на три вида: микроформы, мезоформы и макроформы. Первые пред ставляют собой мелкие гряды наносов, определяющие шерохова тость дна, изменения их связаны с изменением гидравлики потока и они выражают расход донных наносов. Мезоформы представляют собой крупные гряды наносов (ленточные гряды, побочни, осеред ки), сопоставимые с величиной русла. Эти гряды, двигаясь по рус лу, определяют его конфигурацию, однако при изменении гидрав лики потока лишь частично меняют свою форму и являются более устойчивыми морфологическими образованиями. Макроформы — это взаимодействующий устойчивый комплекс образований, вклю чающий, например, излучины (меандры) русла и пойму реки.
Строение, размеры и особенности деформаций макроформ опре деляются режимом стока воды и наносов, рельефом и геологичес ким строением бассейна и речной долины, а также наличием мест ных базисов эрозии. Встречающиеся в природе различные комбина ции указанных природных факторов создают различные типы руслового процесса. Если на протяжении реки природные факторы меняются, то меняется и тип руслового процесса. Участок реки, на котором сохраняется данный тип руслового процесса, называют морфологически однородным участком.
ГГИ установлено семь типов руслового процесса: ленточногря довый, побочневый, ограниченного меандрирования, свободного меандрирования, незавершенного меандрирования, пойменной многорукавности и русловой многорукавности (осередковый). Каждый из этих типов имеет свои особенности деформаций русла и поймы.
В Гидропроекте также разработаны теория и типизация русло вого процесса, во многом сходные с принятыми в ГГИ. Если в тео рии ГГИ русловой процесс рассматривается как взаимодействие потока и русла и последнему термину придается морфологическое значение, то в теории Гидропроекта этот процесс определяется
взаимодействием двух сред — воды и грунта, причем характер взаимодействия будет различным для несвязных и связных грун тов [65].
При изыскании и проектировании мостовых переходов удобней пользоваться разработками ГГИ, которые позволяют на основании только картографических или аэрофотосъемочных материалов (см. § 6) установить тип руслового процесса на участке мостового перехода и дать качественный прогноз будущих русловых дефор маций. Для количественного прогноза потребуется выполнение то пографических работ по съемке русла, а также получение материа лов русловых съемок прежних лет, которые могут быть сопоставле ны с материалами съемки мостового перехода.
Прогнозы русловых деформаций, основанные на гидролого-мор фологической теории руслового процесса, применяют при проекти ровании переходов через реки ЛЭП и трубопроводов [ПО]. Для мостовых переходов такие прогнозы до последнего времени не про изводились. Впервые этот вопрос освещен в работе [16], где на ос нове указанной деории были даны приближенные решения, отра жающие специфику проектирования мостовых переходов, заклю чающуюся в прогнозировании наиболее невыгодных живых сечений для расчета размыва у опор моста и плановых деформаций русла для проектирования подходов и дамб.
Если отверстие моста перекрывает русло и части пойм и оно размещено на створе перехода с учетом распределения расчетного расхода, то при прогнозировании естественных русловых деформа ций стеснение паводочного потока подходами не учитывают по сле дующим соображениям.
Руслоформирующим является паводочный расход воды, прохо дящий в пределах русла реки, имеющий, как правило, вероятность превышения 40—60%. Затопление пойм, достаточное для возник новения общего размыва подмостового русла, происходит обычно в паводки вероятности превышения р ^10% . Следовательно, в пе риод между редкими паводками (исчисляемый десятилетиями) рус ловой процесс на участке мостового перехода не будет отличаться от бытового и к моменту пропуска расчетного паводка под мостом могут сформироваться невыгодные по размыву живые сечения и плановые очертания русла, характерные для данного типа русло вого процесса. Поэтому в таких случаях применяют гидролого-мор фологическую методику прогноза естественных русловых дефор маций.
Сток воды и наносов в данных ландшафтных условиях вырабо тал речные русла, в которых существуют определенные соотноше ния между параметрами, определяющими форму русла, и гидрав лическими характеристиками потока. Для потоков, находящихся в состоянии динамического равновесия, такие соотношения, выявлен ные эмпирическим путем, называются гидроморфологическими за висимостями.
Различными исследователями предложено большое число гид роморфологических зависимостей [11, 54, 113], связывающих гео
метрические характеристики русла и мезоформ наносов с крупно стью частиц аллювия, расходом, уклоном и скоростью течения во ды. К такому типу эмпирических связей относится и выведенная нами зависимость (ІѴ-8) для скорости динамического равновесия.
Гидроморфологическими зависимостями пользуются при коли чественной оценке русловых деформаций (см. § 30—32).
В последнее время в трудах ГГИ, посвященных исследованиям руслового процесса, находят применение статистические и вероят ностные методы, которые правомерно использовать при изучении сложных природных явлений, определяемых многими факторами (см. §32).
Русловой процесс нарушается после возведения гидротехничес ких сооружений, причем это нарушение может охватить большой участок по длине реки. Локальные нарушения руслового процесса возможны на участке мостового перехода, если последний значи тельно стесняет поток, ограничивает развитие излучин или если сооружения мостового перехода не обеспечивают плавного слива пойменных вод в отверстие моста (см. § 33).
Типизация руслового процесса неизбежно схематизирует это сложное явление. Могут встретиться реки с русловым процессом, отличным от установленных ГГИ типов, например текущие в ущель ях горные реки с безгрядовым движением наносов, а также реки со смешанным типом руслового процесса.
Поэтому приводимые ниже рекомендации для типичных случаев надо применять с учетом особенностей данной реки и прогнозиро вать деформации мезо- и макроформ, обращая внимание на изуче ние топографических съемок русла за разные годы.
§ 30. РАСЧЕТ СМЕЩЕНИЯ ЛЕНТОЧНЫХ ГРЯД И ПОБОЧНЕЙ
Ленточногрядовый тип руслового процесса опознается по сле дующим признакам: русло прямолинейное или слабоизвилистое, повороты его совпадают е поворотами долины, берега без следов подмыва и задернованы; дно русла песчаное, в межень просвечива ет цепь крупных гряд наносов, занимающих всю ширину русла, по ложение гряд хорошо видно на аэрофотоснимках русла; поймы, как правило, отсутствуют или небольшие, ровные, без проток и староречий.
Ленточногрядовый тип характеризуют следующие параметры (см. рис. Ѵ ІІ-1):
%г— шаг гряды, равный расстоянию между гребнями смежных
гряд; — — относительный шаг, равный отношению шага гряды к
Ьр
ширине русла Ьр, величина его находится в пределах 6—8; Дг — высота гряды, равная наибольшему превышению гребня гряды над подошвой подвалья; Дг»1,5ч-2,0 м, но может достигать и больших значений; Сг — средняя скорость перемещения ленточных гряд, зна чение этой скорости составляет сотни метров в год.
