Судоходные условия на реках в зоне влияния карьеров НСМ
Выполненные исследования [Беркович и др., 2005; Гладков и др. 2005] показывают, что добыча НСМ из русел рек в промышленных масштабах оказывает значительное воздействие на их гидрологический и русловой режимы. На участках добычи сильно изменяются гидравлико-морфометрические характеристики потока и русла и условия транспорта наносов. Наряду с общими неблагоприятными экологическими последствиями, вызванными извлечением аллювия из русел рек, эта деятельность затрагивает интересы других водопользователей, приводит к нарушению нормальной эксплуатации сооружений и ухудшению судоходных условий в зоне влияния карьеров. Ниже приводится несколько примеров, иллюстрирующих специфику проявления карьерных разработок на судоходные условия некоторых равнинных рек.
Судоходные условия на реке Вятке в районе г. Кирова.
С середины 70-х годов для участка реки Вятки от г. Кирова до г. Медведок протяжением 398 км были установлены и оставались неизменными следующие гарантированные габариты водного пути: глубина 100 см, ширина – 35 м, радиус закругления – 300 м. Опорным гидрологическим постом для этого участка является г/п Киров. В период с 1969 по 1990 годы отметка проектного уровня по этому посту составляла – 65 см относительно нуля графика. В 1991 году она была понижена на 15 см.
Средний ежегодный объем транзитного дноуглубления за период 1979-85 гг. на плесе Киров-Медведок составил 4.19 млн. м3. В последующие годы произошло заметное уменьшение объемов дноуглубительных работ. За период 1986-91 гг. ежегодный объем составил 3.2 млн. м3. На участке в районе г. Кирова средняя интенсивность дноуглубления была примерно на 20% выше, чем в целом по плесу.
|
|
|
Влияние русловых карьерных разработок на исследуемом участке на судоходные условия в целом можно оценивать с разных точек зрения. Анализ объемов дноуглубительных работ за последние годы показывает, что на плесе наблюдается устойчивая тенденция к их уменьшению. Для этого имеется несколько причин, однако можно определенно утверждать, что увеличение объемов добычи НСМ из русла реки не привело к равнозначному росту объемов транзитного землечерпания. Исключение составляют капитальные дноуглубительные работы в Заводской воложке (рис. 3.33).
Такое положение обусловлено тем, что, несмотря на прогрессирующее снижение уровней воды, отметки проектного уровня, а соответственно и глубина разработки дноуглубительных прорезей до 1991 г. не изменялись. Поэтому понижение отметок гребней перекатов вследствие карьерных разработок, по сути дела, привело к уменьшению объемов дноуглубления на участке, расположенном ниже узла разветвления. На верхнем участке эта картина представляется более сложной.
|
|
|
Как показали имеющиеся данные, на этом участке в целом изменился характер движения воды и транспорта наносов. Если раньше здесь преобладало отложение наносов, то к настоящему времени усилились эрозионные процессы. Это связано с увеличением уклонов свободной поверхности и скоростей течения воды. В свою очередь, деформации размыва русла отстают во времени от изменения гидравлических характеристик потока и, кроме этого, демпфируются за счет поступления наносов сверху. Судя по тому, что гребни перекатов весной намываются практически до тех же отметок, что и раньше, можно говорить об увеличении интенсивности сезонных переформирований. Здесь, в связи с возрастанием уклонов свободной поверхности и скоростей течения на перекатах в межень, возможно снижение устойчивости дноуглубительных прорезей и вместе с этим увеличение повторности разработки судоходных прорезей.
С другой стороны, можно констатировать, что разработка русловых карьеров привела к значительному ухудшению судоходных условий. Это влияние проявляется опосредованно, через снижение обеспеченности проектных уровней воды. Таким образом, несмотря на то, что объемы дноуглубительных работ в последние годы не возросли, в целом судоходные условия на участке стали значительно хуже. Так, по отчетным данным за 1988-1991 гг. продолжительность времени, в течение которого имели место срывы гарантированных глубин, составляет от 41 до 60% от продолжительности физической навигации. Причем в последние годы физические условия навигации были самыми неблагоприятными.
|
|
|
Для оценки эффекта влияния карьерных разработок на судоходные условия в районе г. Кирова по материалам натурных измерений были определены значения обеспеченности проектного уровня. Ввиду того, что однородность гидрологического ряда в створе поста нарушена, традиционным способом воспользоваться для этого нельзя.
| Рис. 3.33. Схема реки Вятки в районе г. Кирова |
В этой связи были обработаны данные измеренных расходов воды за период до 1979 года, когда снижения уровней воды на участке еще не было, и по этим данным была построена кривая обеспеченности расходов воды. С использованием этой кривой и кривых измеренных расходов воды за последующие годы были установлены значения расходов воды, отвечающие проектному уровню, и определены, соответственно, фактические значения многолетней обеспеченности.
|
|
|
Ввиду того, что в створе гидрологического поста русловой процесс еще не стабилизировался, эти вычисления носят ориентировочный характер. Однако они позволяют судить, что обеспеченность проектных уровней в районе г. Кирова в начале 90-х годов составляла около 35%.
Материалы выполненных исследований свидетельствуют о том, что в связи с прогрессирующим снижением уровней воды в районе г. Кирова гарантированные габариты пути на участке с начала 80-х годов в меженный период времени не выдерживались. Однако современное положение дел на плесе могло быть еще хуже, если бы с понижением уровней соответственно понижались отметки проектных уровней воды. Это привело бы к значительному росту объемов дноуглубительных работ и дополнительному понижению отметок свободной поверхности меженных уровней воды на судоходном плесе.
Река Вычегда.
Общая протяженность рассматриваемого участка реки Вычегды от устья р. Сысолы (г. Сыктывкар) до слияния с р. С. Двиной (г. Котлас) составляет 418 км. Участок делится на два судоходных плеса: устье реки Сысолы–Чернокурка (418-220 км) и Чернокурка–устье реки Вычегды (220-0 км). На 297 км от устья в реку Вычегду впадает ее самый крупный приток – река Вымь.
Гарантированная глубина на Вычегде была установлена в 1935 г. и составила, соответственно, 60 см от г. Сыктывкара до устья реки Вымь, и 75 см на нижерасположенном участке. Проектный уровень по г/п Сыктывкар был принят равным -20 см относительно нуля графика поста. В 1938 г. его величина была понижена до -40 см и в 1961 г. до -50 см. В дальнейшем отметка проектного уровня не изменялась. Отчетные данные показывают, что наибольшее приращение глубины на плесе было достигнуто в период до 1956 года, и в дальнейшем она изменялась несущественно.
Анализ динамики изменения объемов дноуглубительных работ на реке Вычегде показывает, что за период с 1952 по 1985 гг. они возросли в 5.7 раза, в то время как гарантированная глубина за этот период увеличилась всего на 30%. Такое значительное приращение объемов дноуглубительных работ на плесе обусловлено влиянием карьерных разработок в русле реки, и, связанным с ним, снижением уровней воды. Согласно оценке, выполненной К.В. Гришаниным, за период с 1965 по 1992 гг. уровни воды по г/п Сыктывкар понизились на величину около 90 см.
Установленные связи между габаритами пути и объемами дноуглубления свидетельствуют о том, что прирост объемов дноуглубительных работ вызван дополнительным переуглублением перекатов, величина которого возрастала пропорционально величине понижения уровней воды на плесе. Эти соображения подтверждаются отчетными данными Северного бассейнового управления пути о продолжительности срыва гарантированных глубин. Нетрудно убедиться в том, что вследствие прогрессирующего понижения уровней воды на верхнем плесе реки Вычегды судоходные глубины выдерживались за счет значительного прироста объемов дноуглубления. В свою очередь это негативно сказалось на уровенном режиме реки.
Река Нижняя Белая.
На судоходном участке нижней Белой, где в 1983-1994 гг. разрабатывались крупные карьеры НСМ, объем землечерпания для поддержания глубины 220 см был сравнительно небольшим (рис. 3.34), тогда как ниже по течению он заметно увеличивался. Заметим, что река Белая в нижнем течении отличается достаточно однородным составом наносов.
Рис. 3.34. Распределение объемов добычи и землечерпания
по длине участка Нижней Белой ниже г. Уфы за 1983-1994 гг.
Однако, как правило, на участках русловой добычи для обеспечения судоходства требуется выполнение значительного объема дноуглубительных работ. Это объясняется большим косвенным влиянием карьеров: глубинной эрозией, понижением меженных уровней воды, а также увеличением крупности состава донных отложений.
Река Томь в районе Томска.
Так, на 10-километровом участке р. Томи у Томска, где разрабатывались крупные карьеры, еще в 1960-е годы для поддержания глубин производилось до 60% общего объема дноуглубительных работ всей нижней Томи. При этом ниже участка добычи объем дноуглубления составлял лишь 14% от общего объема дноуглубительных работ. В последующее десятилетие максимум землечерпания смещается вниз по течению: в пределах участка добычи, который удлинился до 24 км, объем дноуглубления не превышал 20-22% , зато непосредственно ниже карьеров он превысил 50% всего объема выполненных работ.
Существенно увеличился объем дноуглубительных работ на приустьевом участке – с 13 до 25%. Очевидно первоначальный рост объемов дноуглубления в пределах участка добычи связан с перераспределением скоростей в живом сечении, увеличением его площади, усилением блуждания динамической оси потока. При этом гарантированная глубина была увеличена на 40 см при удельном годовом объеме землечерпания 4,3 тыс. м3/км. В дальнейшем на фоне стремительного наращивания объема добычи увеличение глубины еще на 50 см потребовало роста объема дноуглубления в 6 раз (рис. 3.35).
Рис. 3.35. Объемы добычи и землечерпания на р. Томи ниже Томска
Очевидно частичный размыв русла, развивающийся из-за разрушения отмостки, вызывает обмеление перекатов, расположенных ниже карьеров, что заставляет наращивать объем дноуглубления. Это также связано с быстрой посадкой уровней и тем, что песчаный аллювий Томи нередко подстилается галечниками, что затрудняет саморазмыв перекатов. Так, на перекатах, расположенных между 25 и 40 км от устья, за 1948-1982 гг. средняя глубина русла не изменилась, тогда как выше по течению, где производилась добыча, она увеличилась в 4-5 раз.
Верхняя Ока.
Многолетняя русловая добыча на верхней Оке привела к существенному ухудшению условий судоходства. Русло реки между Калугой и Коломной (1100-850 км от устья) отличается высокой устойчивостью благодаря большой крупности донных отложений. В этих условиях эрозия дна, обусловленная разработкой карьеров, на перекатах замедляется. Быстрое снижение уровней воды на фоне устойчивого ложа реки и замедления размыва приводит к падению глубин и необходимости выполнения дополнительных работ для их поддержания. Так, в 1988-1992 гг. для поддержания глубины 120 см на участке извлекалось 18-20 тыс. м3 в год на 1 км пути. Причем объемы землечерпания на конкретных перекатах оказываются тем больше, чем больше снижение уровней в пределах нижележащего карьера.
Так, снижение уровня 90%-ой обеспеченности в Кашире составило в 1982–1989 гг. 50 см и на 30-километровом перекатном участке выше Каширы удельный объем землечерпания достигал 50 тыс. м3 в год (рис.3.36).
Рис. 3.36. Распределение объемов добычи и дноуглубления
на верхней Оке в 1980-е гг.
При этом средняя толщина снимаемого слоя на Мутеновском-Бесовском перекатах достигла величины, порядка 1.0 м. Средняя глубина русла и гарантированная глубина судового хода практически не изменились, но ширина русла сократилась на 25%. Рост объемов землечерпания вдвое с начала 70-х до начала 90-х годов был характерен для Подмокловских-Дракинских перекатов, перекатного участка Хвощи выше г. Тарусы, Дугнинского перекатного участка выше г. Алексина.
Разработка землечерпательных прорезей на перекатах, необходимая для поддержания судоходных глубин, в условиях больших продольных уклонов приводит к дополнительному снижению уровней воды. Кроме того, при работах нарушается отмостка, и эрозия может продвигаться вверх по течению. По существу, выполнение землечерпательных работ как бы заменяет собой эрозию на участках русла с гравийно-галечными наносами.
В то же время на Оке в районе Рязани (Кузьминский шлюз-Половское) существенного изменения объемов землечерпания за весь период добычи (1974-1990 гг.) не произошло, несмотря на значительный объем добычи из русловых карьеров (около 14 млн. м3). Средние удельные объемы добычи и землечерпания на перекатах сопоставимы (13-15 тыс. м3 в год на 1 км). Таким образом, разработка русловых карьеров не ухудшила, но и не улучшила условий судоходства в относительно подвижном, песчаном, меандрирующем русле Оки в районе Рязани. Средняя отметка дна реки на более, чем 100-километровом участке за период с 1939 по 2003 гг. практически не изменилась, хотя снижение уровней воды в Рязани проявилось достаточно отчетливо и составило около 1.4 метра.
3.3. Устойчивость русел рек при проведении
инженерных мероприятий на судоходных реках
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 525; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!