РЕГУЛИРОВАНИЕ РУСЕЛ РЕК У ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Основная задача при водозаборе из рек заключается в том, чтобы обеспечить плановую подачу воды в каналы при минимальном поступлении в них крупных наносов. Выполнение этой задачи в значительной степени зависит от условий протекания реки в районе водозабора. В большинстве случаев улучшение условий водозабора Стребует проведения в речном русле на участке водозабора комплекса регулировочных и защитных работ. Задачи.и состав Этих работ имеют ряд специфических особенностей, различных для бесплотинного и плотинного водозаборов.
Регулирование русла при бесплотинном водозаборе. Многочисленные примеры водозаборов, Построенных в целях орошения, водоснабжения и энергетики, показывают, что регулировочные сооружения и работы имеют большое народнохозяйственное значение, особенно при бесплотинном водозаборе. В этом случае путем регулирования русла решаются следующие основные задачи.
1. Отклонение потока донных наносов от водозаборного сооружения. Эту задачу решают двумя путями: устройством водозабора на естественном или искусственно созданном вогнутом берегу и применением заградительной струенаправляющей системы.
Такая система отклоняет поверхностные струи в сторону водозабора, а донные в противоположную сторону и тем самым позволяет почти полностью отвести поток донных наносов от водозаборных сооружений.
Изучая эффективность очистки оросительных каналов от донных и придонных наносов различными способами, В. А. Шаумян и А. Г. Хачатрян пришли к выводу, что применение струенаправляющих систем снижает затраты рабочей силы в 2,4 раза и затраты средств на очистку в 13 раз по сравнению с механической очисткой оправдывает в первый же год эксплуатации все затраты на их строительство.
2. Поддержание стрежня потока у водозаборного сооружения. В зависимости от причины, вызвавшей перемещение динамической оси, эту задачу решают следующими способами: срезкой выступа, выправлением русла и установкой различных струенаправляющих систем.
Наиболее прочное закрепление динамической оси достигается при полном регулировании русла на определенном участке выше и несколько ниже водозаборного сооружения.
3. Поддержание командных уровней и некоторое повышение их. Это достигается следующими способами:
а) устройством длинных водозахватных дамб с повышением уровня перед входом в канал за счет разности уклонов в реке и в подводящем русле;
б) установкой коротких дамб (струезахватных шпор) с незначительным повышением уровня за счет частичного преобразования кинетической энергии потока в потенциальную;
в) устройством донных запруд или порогов в русле ниже водозаборного сооружения.
В зависимости от конкретных условий при бесплотинном водозаборе выполняют и другие виды регулировочных работ.
Регулирование русла при плотинном водозаборе.
1. Особенности русловых процессов. Строительство плотинного водозаборного узла вызывает резкое изменение естественного водного и наносного режимов потока в результате создания подпора и забора части расхода воды в канал без донных наносов. Поэтому в верхнем и нижнем бьефах узла в течение длительного времени протекают особые русловые процессы, называемые процессами переформирования.
В верхнем бьефе (в зоне подпора) начинается отложение наносов и повышение дна.
Подъем дна сопровождается целым рядом нежелательных явлений: происходит блуждание и деление меженного потока на рукава; подъем уровня воды в реке в зоне подпора; увеличение дальности распространения кривой подпора; уменьшение пропускной способности водосливной плотины в связи с работой ее как водослива с широким порогом и др. Поэтому расчетные уровни воды и размеры регулировочных сооружений (оградительных дамб и др.) устанавливают с учетом нового, повышенного положения дна реки и соответствующего ему коэффициента расхода плотины.
Переформирование русла в нижнем бьефе проходит две существенно различные стадии.
В начале работы узла, когда основная масса наносов задерживается в верхнем бьефе, сбрасываемая осветленная вода размывает дно нижнего бьефа. При большой емкости верхнего бьефа этот процесс происходит в течение длительного времени, размыв по глубине достигает значительных размеров и распространяется на много километров ниже плотины. Вследствие этого уровни воды в нижнем бьефе падают, напор по сравнению с расчетным увеличивается, сопряжение плотины с отводящим руслом может быть нарушено и т. п.
После заполнения верхнего бьефа наносы начинают поступать в нижний бьеф в прежнем количестве и вследствие уменьшения транспортирующей способности потока (часть расхода забирается в канал) начинается обратный процесс — отложение наносов в нижнем бьефе. Этот процесс может не только компенсировать происшедший размыв, но и вызвать подъем дна выше прежнего уровня, так что порог плотины может оказаться погребенным в толще наносов. Кроме того, повышение дна вызовет подъем уровня воды, уменьшение действующего напора и как следствие ухудшение условия работы,промывных отверстий и др.
В соответствии с процессами формирования русла ставятся и задачи его регулирования. Следовательно, при плотинном водозаборе приходится регулировать русло как в верхнем, так и в нижнем бьефе узла сооружений.
2. Схемы регулирования русел. Главная задача регулирования русла в верхнем бьефе состоит в том, чтобы обеспечить устойчивый подход реки к водозаборному сооружению с такой гидравлической структурой потока, при которой поверхностные слои воды направляются в водозабор, а донные слои с наносами — в сброс.
При двустороннем водозаборе зарегулированное русло в верхнем бьефе в большинстве случаев проектируют прямолинейным, чтобы обеспечить более равномерное распределение донных наносов по ширине русла и создать для обоих головных сооружений примерно одинаковые условия.
При двустороннем последовательном водозаборе рекомендуется перед каждым водоприемником создать необходимый изгиб потока для лобового водозабора с вогнутого берега.
В нижнем бьефе плотины на первой стадии переформирования русла должны быть приняты меры защиты против повышенной эрозионной деятельности потока: укрепление оснований сооружений и берегов русла, закрепление дна с помощью донных порогов и т. п.
Во второй стадии переформирования русла повышают транспортирующую способность потока, для чего спрямляют русло, чтобы увеличить уклоны, уменьшают шероховатость русла, придают ему гидравлически наивыгоднейшее поперечное сечение и др.
При большом заборе воды из реки и обилии наносов может оказаться, что вопросы, связанные с нижним бьефом, нельзя разрешить только методами регулирования русла.
Основные правила компоновки регулировочных сооружений при плотинном водозаборе. При проектировании зарегулированного русла С. Т. Алтунин и И. А. Бузунов рекомендуют придерживаться следующих правил.
1. Зарегулированное русло как в верхнем, так и в нижнем бьефе проектируют криволинейным, то есть меандрической формы в плане по сопрягающимся кривым двух радиусов, что обеспечивает высокую транспортирующую способность донных наносов и создает в потоке, на подходе к узлу, поперечную циркуляцию нужного направления.
2. Ширину зарегулированного русла по урезу воды определяют по формуле устойчивой ширины, исходя из величины руслоформирующего расхода, за которую принимается расход паводка обеспеченностью 3—10%. Ширину русла в нижнем бьефе устанавливают с учетом уменьшения расчетного расхода на величину водозабора.
3. Длину зарегулированного русла принимают в зависимости от типа водозабора в следующих пределах: при одностороннем водозаборе в верхнем бьефе не менее (5—6) В, в нижнем не менее (4—5) В; при двустороннем водозаборе в верхнем бьефе не менее (6—7) В, в нижнем (3—4) В; при двустороннем последовательном водозаборе в верхнем бьефе не менее (8—10) В и в нижнем (4—5) В где В и Вх — ширина устойчивого русла на прямом участке в верхнем и нижнем бьефах.
4. Конструктивно регулировочные сооружения оформляют в виде продольных струенаправляющих дамб из местного грунта с облицовкой бетонными плитами или рваным камнем.
Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968
