Основные виды работ по регулированию рек - водоприёмников

В зависимости от причин высоких уровней воды в русле и недопустимого по продолжительности и срокам затопления пойм применяют следующие способы регулирования рек: устранение подпоров от сооружений; уменьшение шероховатости русла; увеличение размеров поперечных сечений русла и уклона реки; придание руслу устойчивого поперечного и продольного профиля, равномерно изменяющегося по длине реки в соответствии с расходом; регулирование стока водохранилищами и прудами на реке и ее притоках, строительство параллельного канала (русла) для разгрузки реки.

Подпор от сооружений устраняют путем их ликвидации или перестройки. Если ликвидировать или перестроить сооружение нельзя, то предусматривается машинный водоподъем. В этом случае, если сохраняются остальные причины неудовлетворительного состояние реки, также необходимо ее регулирование для обеспечения вертикального сопряжения элементов осушительной сети и своевременного отвода паводковых вод.

Для уменьшения шероховатости русла увеличивают скорости течения воды в вегетационный период до 0, 3...0, 5 м/с, затеняют русло посадкой древесной и кустарниковой растительностью по берегу с солнечной стороны, применяют машинную очистку откосов от растительности, разводят в реке травоядных рыб — белый амур, белый и пестрый толстолобик. Размер поперечных сечений увеличивают путем уширения и заглубления русла. Уклон реки увеличивают путем спрямления русла, при котором уменьшается длина и увеличиваются скорости течения. Необходимый уклон дна реки определяют по формуле Шези для будущего равномерного режима в реке после регулирования:

Imin= v²/(C²R).

где v — скорость, допустимая в меженный (бытовой) период (0, 3...0, 5 м/с);

R — гидравлический радиус русла в межень; С — коэффициент Шези.

При уклоне существующего русла меньше минимального проводится спрямление русла. Новую трассу проектируют по следующим правилам:

трасса должна проходить по наиболее пониженным участкам поймы, а на заторфованных участках по пониженным отметкам минерального дна; в зависимости от рельефа и уклона местности руслу придают в плане криволинейное или прямолинейное очертание; трассу выбирают таким образом, чтобы дно на всем протяжении регулируемой реки имело одинаковый уклон или в крайнем случае наименьшее число участков с изменением уклона, увеличивающегося к устью.

Применяют следующие способы спрямления русла (А. Д. Брудастов): короткие систематические прокопы — проектная трасса вписывается в существующее русло; решительное спрямление — проектная трасса проходит за пределами существующего русла; одиночные прокопы - спрямляются значительные излучины реки. Спрямления, выполненные разными способами, сопрягаются в общее плавное изменяющееся русло.

Устойчивость русла на поворотах, где наблюдается наибольший размыв, достигается приданием радиуса закруглений, отвечающего гидравлическим характеристикам потока и грунта. Этот радиус, учитывающий сопротивление грунта размыву, для рек с расходом до 5 м /с вычисляют по формулам А. Ф. Печкурова для поперечного устойчивого русла:

r = (ρ _вα _нυ ²R)/P_s;

где r - радиус закругления русла, м;

R – гидравлический радиус на закруглении, м;

ρ _{в –} плотность воды, кг/м ³;

υ – средняя скорость течений воды, м/с;

P_s – показатель прочности грунта, Па;

P_s — коэффициент, учитывающий неравномерность движения воды в русле и потери энергии потока на поперечную циркуляцию.

Из вычисленных значений радиуса поворота принимают наибольшее.

На закруглениях ширина русла больше, чем на прямолинейных участках за счет вогнутого берега, который размывается. Наибольший размыв вогнутого берега смещается ко второй половине закругления, к которой рекомендуется приурочивать наибольшее расширение русла (И. Л. Раевский). Ширину закруглений рекомендуется (Г. Пресс) увеличивать на 30%.

Влияние неравномерности поперечных сечений на пропускную способность русла определяется по формуле Н. Н. Павловского:

Z_m – Z_m+1 = Q2 [ x (1 / w² _m+1 - 1 / w²m) + 1/ К²]

где Z_m—Z_m+1 — падение уровней воды на участке длиной l между створами площадями w_m и w_m+1: К—усредненный модуль расхода:

К= wC √ R = Q/ √ I; К²= w²C²R:

I— уклон поверхности воды, x — коэффициент дополнительного сопротивления:

x = a (l - x’) / (2 g); l> x’ > 0

Руслу реки придается устойчивая форма поперечных сечений исходя из устойчивости грунтов, расходов, глубины и формы устойчивых участков существующего русла, способа производства работ. Наиболее устойчивая форма поперечных сечений русла — параболическая. Параметры поперечных сечений параболической формы определяют из уравнения:

р =2m²Н,

где m — коэффициент заложения откоса; Н — глубина потока при расчетном расходе.

При разнородных грунтах, когда устойчивый грунт подстилается слабоустойчивым, может быть принято сложное сечение — трапеция, переходящая в параболу. В верховьях регулируемой реки при небольших глубинах русла форма может быть принята трапецеидальной. Реки можно регулировать водохранилищами и прудами, построенными на самой реке, ее притоках и водосборе.

Чтобы придать руслу реки правильную форму и выправить динамическую ось потока, проводят выправительные работы путем устройства струенаправляющих дамб, запруд и полузапруд, а на широких участках (если ширина реки более чем в 2 раза превышает проектную) водостеснительных сооружений. Они задерживают часть паводкового стока, снижают расходы в реке, уменьшают объемы земляных работ по руслу и обеспечивают подачу воды в вегетационный период для увлажнения земель. Их также используют для разведения рыбы, водоплавающей птицы и других целей.

Для разгрузки реки в паводковый период и уменьшения объема регулировочных работ можно использовать также нагорные и ловчие каналы, соединив их с водоприемником и оснастив шлюзами. В паводки шлюзы открывают, и вода из реки поступает в каналы, после паводка шлюзы в начале каналов закрывают, а в конце открывают, и они служат для перехвата вод с водосбора. В засушливый период шлюзы в конце канала закрывают, в начале — открывают, и вода поступает из реки для увлажнения.

В результате регулирования реки резко изменяется водный режим реки и поймы, то есть сокращается продолжительность весеннего затопления, прекращается летне-осеннее, понижаются бытовой (меженный) уровень в реке и уровень грунтовых вод на прилегающей к реке части поймы. Водный режим изменяется в зависимости от принятой обеспеченности расчетных расходов и уровней воды в реке. Расчетом определяют зону осушительного действия реки, для которой не нужна дополнительная регулирующая сеть для понижения уровня грунтовых вод. При плоском рельефе, хорошо водопроницаемых грунтах зона этого действия распространяется на сотни метров. При углублении русла и снижении бытовых уровней увеличивается приток грунтовых вод к реке и ее расход.

Расход воды (м³/с), который река может пропустить после регулирования, определяю т по формуле М. Ф. Срибного:

Q₂ = Q₁ √ (I2 / I1 * (L₁ / L₂)²)

где Q₁ — расход до регулирования, м³/ с; L₁ и L₂; — длина русла от водораздела до замыкающего створа соответственно до регулирования и после него, км,

I₁ и I₂— уклон реки соответственно и после регулирования.