CC BY
138
II университета
'ЖУРНАЛ водных / / коммуникации
УДК 627.7(28) Г. Л. Гладков,
д-р техн. наук, профессор, СПГУВК
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТНОГО ОБОСНОВАНИЯ ПУТЕВЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА СУДОХОДНЫХ РЕКАХ
THEORETICAL GROUNDS OF THE DESIGNED BASIS FOR ROUTE WORKS
ON NAVIGABLE RIVERS
Настоящая статья подготовлена к 100-летию со дня рождения профессора К. В. Гришанина. В работе нашли отражение основные научные результаты исследований, используемые в расчетном обосновании путевых мероприятий при проектировании коренного улучшения судоходных условий на свободных реках. Их основу составляют вопросы оценки потерь энергии в реках, проблемы транспорта русловых наносов и русловые деформации в реках, а также вопросы обеспечения устойчивости русел судоходных рек.
The article is written for 100th anniversary of professor K. V. Grishanin. The article presents the main scientific investigations, which are used in the designed basis of route works in projection of rivers navigability improvement. The main problems are: the evaluation of power losses in rivers, problems of sediment transport and channels deformation, ensuring channels stability in navigable rivers.
Ключевые слова: поток, река, русловой процесс, гидравлика, перекат, турбулентность, шероховатость, скорость, наносы, устойчивость русел, деформация, неразмывающая скорость.
Key words: stream, river, bed process, hydraulics, rift, turbulence, roughness, velocity, channels stability, deformation, noneroding velocity.
CM ж и
Развитие учебно-методического, нормативного и расчетного обоснования путевых мероприятий на судоходных реках
В конце XIX — начале XX в. в России наблюдался подъем в развитии гидротехники свободных рек. В эти годы сформировалась целая плеяда крупных ученых и инженеров путей сообщения, в числе которых Н. Н. Жуков -ский, Н. С. Лелявский, В. М. Лохтин, Н. П. Пу-зыревский и др. Проводились крупные фундаментальные исследования гидрологии и геоморфологии судоходных рек и изучались закономерности русловых процессов в реках. На этой основе была создана отечественная наука о строительстве, реконструкции и эксплуатации внутренних водных путей. Корифеями внутренних водных путей России по праву считаются В. Е. Тимонов и В. Г. Клейбер.
В послевоенные годы Ленинградскую научную школу в области внутренних водных путей сформировали возвратившиеся из эвакуации ученые ЛИИВТа — В. М. Маккавеев,
А. И. Чекренев, К. В. Гришанин, Н. А. Семанов и ученые Государственного гидрологического института — А. В. Караушев, И. В. Попов, Н. Е. Кондратьев и Б. Ф. Снищенко. В группу москвичей, работавших в Центральном научно-исследовательском институте водного транспорта, входили Н. И. Маккавеев, А. С. Стариков, Н. А. Ржаницын, А. И. Лосиев-ский и др. В 1969 г. на географическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова создается Проблемная лаборатория эрозии почв и русловых процессов. Исследованиями сибирских рек в разные годы занимались известные гидротех-ники-русловики и гидравлики Б. А. Пышкин, А. А. Учинчус, И. И. Агроскин.
В 1939 г. Н. А. Иванов и А. И. Чекренев выпустили в свет первый учебник по водным путям «Дноуглубление, выправление, обстановка». А. И. Чекренев, длительное время заведовавший кафедрой водных путей и изысканий Ленинградского института водного транспорта, написал более десяти учебников и учебных пособий совместно с К. В. Гриша-ниным, В. М. Селезневым и В. В. Дегтяре-
университета водных коммуникаций
рования транспорта разнозернистых наносов в реках. В работе [20] была выполнена верификация 30 различных моделей транспорта наносов по натурным данным. Тестирование формул расхода наносов осуществлялось на основе выборки данных натурных измерений, выполненных на 41 гидрометрическом створе по 29 различным рекам ряда бывших республик СССР, России и Германии с различной крупностью донных отложений. Всего на данном этапе выборка исходных данных включала в себя 296 измерений. Гидравлические и морфометрические характеристики в пределах выборки изменялись в достаточно широком диапазоне. Результаты выполненного исследования в общих чертах заключаются в следующем.
На основе проведенного анализа в дальнейшем рекомендуется развивать три основные модели, опирающиеся на исходные формулы Мейер-Петера и Мюллера (1948), Эйнштейна (1950) и Л. ван Рейна (1984) с учетом их возможной модификации на основе результатов исследований Рибберинка (1987), Б. Зенгена (1991, 1996), В. С. Кнороза (1958) и Г. Л. Гладкова (1996). В таком сочетании указанные модели дают лучшие результаты при их верификации по данным натурных наблюдений на реках в широком диапазоне изменения гидравлических и морфометрических параметров.
Выполненные расчеты показали, что при переходе от расчета по среднему диаметру к пофракционному расчету качество моделирования повышается. Это свидетельствует о том, что используемые рекомендации для учета прр!в-фактора и hiding-эф-фекта являются корректными; модели для их учета не противоречат общей методике вычисления и физически обоснованы. При этом результаты вычислений практически не зависят от методики обработки исходных данных, в равной мере могут быть использованы как арифметические средние, так и геометрические средние оценки фракционного состава.
На этой основе были получены обоснованные рекомендации по моделированию транспорта разнозернистых наносов в реках для их использования в расчетной практике.
Обеспечение устойчивости речных русел
Большая группа исследований характеристик движения воды и транспорта наносов в реках посвящена вопросам переформирования русел рек под действием текущей воды. С точки зрения практических приложений прогноз русловых переформирований оказывается чрезвычайно важным при проектировании инженерных мероприятий на реках. Для оценки интенсивности изменения различных морфологических элементов русла в ходе естественных переформирований К. В. Гришанин предложил понятие временной устойчивости. При этом под устойчивостью в данном случае понимается недеформируемость отдельного участка русла в течение ограниченного периода времени. Это позволило ему сформулировать условия подобия течения на устойчивых участках естественных русел рек.
Естественный русловой поток с деформируемым дном является устойчивым, если статистические характеристики его основных гидравлических и морфометрических показателей остаются неизменными в течение определенного времени. Для достижения такого состояния система «поток-русло» реализует широкий спектр имеющихся в ее арсенале возможностей. Применительно к прямолинейным и слабоизогнутым плесовым лощинам равнинных рек Гришанин получил универсальное выражение для локального инварианта подобия в виде
(11)
Это позволило установить однозначную связь между геометрическими размерами речного русла — его шириной В по зеркалу воды и средней глубиной Н — с величиной расхода воды Q в реке. Данная зависимость является общей аналитической основой всех однозначных кривых расходов, где параметр М является постоянной квазиравномерного движения. Значение этого параметра, полученное по материалам гидрометрических измерений на устойчивых участках рек с мелкозернистыми донными отложениями, незначительно варьирует около своей средней величины М ~ 0,9 при переходе от одной плесовой лощины к
во о-
X 2
университета водных коммуникаций
24. Гладков Г. Л. Развитие теории и практики руслового процесса в трудах К. В. Гришанина (к 100-летию со дня рождения) // Журнал университета водных коммуникаций. — СПб.: СПГУВК,
МНОГОЛЕТНИЙ И СЕЗОННЫЙ РЕЖИМЫ ПЕРЕКАТОВ И ИХ УЧЕТ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПУТЕВЫХ РАБОТ НА СУДОХОДНЫХ РЕКАХ1
LONG-TERM AND SEASONAL RIFTS RATES AND THEIR REGISTRATION WHILE CARRYING OUT ROUTE WORKS ON NAVIGABLE RIVERS
На основе обобщения материалов исследований перекатов на судоходных реках России показано многообразие режимов деформаций перекатов. Выделены основные типы деформаций и определены условия, в которых они проявляются. На этой основе предложены пути оптимизации путевых работ, включая снижение затрат на их проведение, в том числе при разработке землечерпательных прорезей.
On the basis of summarizing the survey data on the navigable rivers rifts in Russia rates variety of rifts deformation is shown. The main types of deformation are marked out and conditions of their phenomenon are determined. As a result the author suggests the ways of route works optimization including their costs reduction including costs cuts of dredge cuts engineering.
Ключевые слова: перекат, деформации, переформирования, побочни, руслообразующие наносы, гидрологический режим, гряды, скорость.
Key words: rift, deformations, reformations, point bars, bed-formation sediments, hydrological mode, rifts, velocity.
2009. — Вып. 1. — С. 219-229.
УДК 627.7(28)
Р. С. Чалов,
д-р географ. наук, профессор, Московский государственный университет
им. М. В. Ломоносова
ЕРЕКАТЫ представляют собой крупные, сложно построенные и очень динамичные формы руслово-
В дальнейшем проблема перекатов отошла на второй план, поскольку с конца 1960-х и до начала 1990-х гг. акценты в исследованиях русловых процессов на судоходных реках сместилось на изучение деформаций форм самого русла (серий излучин, разветвлений) или серий перекатов без учета режима их переформирования для разработки проектов коренного улучшения водных путей.
го рельефа, определяющие условия эксплуатации рек как водных путей. В 1930-1960-е гг. перекатам была посвящена обширная литература, в которой рассматривались особенности их переформирования как в многолетнем, так и сезонном масштабах времени и обосновывались принципиальные схемы трассирования прорезей для обеспечения требуемых в навигацию (гарантированных) глубин [6; 8; 10; 15; 20]. Последние публикации этого периода относятся к началу 1970-х гг. [4; 13; 21].
ло к восстановлению на реках исходной (до коренной реконструкции) морфологии русел, естественного руслового режима и бытовых глубин на перекатах. В этих условиях на первый план вновь выдвинулись задачи изучения переформирований перекатов и оптимизации
Происшедшее с начала 1990-х гг. резкое сокращение дноуглубительных работ приве-
00 v
о X 2
1 Выполнено при поддержке РФФИ (проект № 0905-00221).
