Снижение уровней воды на перекатах.
Натурные наблюдения показывают, что значительное переуглубление русла при дноуглублении может привести к общему снижению отметок свободной поверхности на вышерасположенном участке реки. Причем это снижение по-разному проявляется на реках с песчаными и гравийно-галечными донными отложениями.
Движение речного потока на перекате при низких меженных уровнях воды достаточно надежно описывается уравнениями установившегося неравномерного движения жидкости. На реках с гравийно-галечными донными отложениями подвижность русла в межень практически отсутствует, поэтому величина гидравлического сопротивления определяется, в основном, крупностью донных частиц. Принимая неизменными для таких русел значения расхода воды, ширины русла и коэффициента шероховатости, как в бытовом, так и в проектном состояниях (при одном и том же уровне воды), с помощью формулы Маннинга получаем следующее соотношение
(4.1)
где: I ¢ и H ¢ – значения уклона и средней глубины на перекате после разработки прорези;
I и H – то же до разработки прорези.
При получении зависимости (4.1) инерционные члены в уравнении установившегося неравномерного движения были опущены.
В деформируемых руслах эта картина проявляется намного сложнее. На перекатах в межень наблюдается интенсивный транспорт наносов, причем параметры грядового рельефа в этих условиях тесно связаны с характеристиками течения. Разработка дноуглубительной прорези на гребне переката приводит к изменению кинематической структуры потока. Следствием этого является перестройка грядового рельефа дна и установление нового равновесного состояния в системе поток 
русло. Этот механизм будет действовать до тех пор, пока поток в состоянии управлять шероховатостью своего дна. Согласно зависимости коэффициента Шези от числа Фруда, полученной в работе [Гладков, 1984], связь между уклонами и глубинами на перекатах для этого случая имеет вид
|
|
|
. (4.2)
Сопоставляя (4.1) и (4.2), нетрудно убедиться, что в подвижном русле связь между глубиной потока и уклоном свободной поверхности проявляется значительно слабее, чем в недеформируемом русле. Благодаря этому на реках с песчаными донными отложениями при прочих равных условиях можно достигнуть относительно большего приращения судоходных глубин, чем на реках с галечно-валунным дном.
Удобной характеристикой степени подвижности дна на перекатах является параметр К.В. Гришанина [1990]
|
|
|
. (4.3)
где: H – средняя глубина в живом сечении, м;
B – ширина русла, м;
Q – расход воды, м3/c.
В качестве условия практической устойчивости русел принимается неравенство
. (4.4)
При этом в устойчивых плесовых лощинах рек с песчаными донными отложениями значения параметра М заключаются в указанном диапазоне и не изменяются при колебаниях уровней воды. На перекатах, вследствие неравномерного движения воды, параметр М меняется с высотой уровня, и в межень его величина становится обычно меньше 0.75.
Предельное значение параметра Mпред, ограничивающее область подвижного русла, соответствует такому состоянию, когда движение донных частиц становится массовым при средней скорости течения, равной или большей величины размывающей скорости.
Если значение неразмывающей скорости определить по формуле В.Н. Гончарова (1938 г.) при средних размерах частиц донных песчаных отложений d50=0.4 мм и коэффициента неоднородности частиц грунта j= d50/ d90=0.5, то выражение для предельного значения параметра Mпред, при котором на перекате будет сохраняться подвижность дна, можно записать в виде
|
|
|
(4.5)
где: T и M – соответственно значения максимальной глубины судового хода на перекате и параметра М в бытовом состоянии.
Область значений M< Mпред есть область, где действует соотношение (4.2), то есть имеются благоприятные условия для увеличения глубин.
Чтобы сохранить эти условия, необходимо обеспечить следующее соответствие между значениями глубин на перекате и величиной параметра К.В. Гришанина
(4.6)
Общее и главное ограничение на рост судоходных глубин обусловлено требованием не снижать соответствующие проектные уровни воды на судоходном плесе. Для того, чтобы выполнить это ограничение, необходимо рассмотреть весь судоходный плес, то есть серию морфологических пар: плесовая лощина – перекат. При этом нужно учитывать, что эффект снижения уровня воды на перекате ослабляется в вышележащем плесе.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 491; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!