CC BY
16РЛЗЛШЛ и
Водные пути, гидротехнические сооружения и экологическая безопасность судоходства
Коллектив авторов, под редакцией А. А. Сазонова
Адрес редакционной коллегии раздела:
Волжская государственная академия водного транспорта, 603600, Нижний Новгород, ГСП, ул. Нестерова, 5. офис 405, телефон (8312) 19-56-08
SECTSON n
Waterways, hydroengineering constructions and ecological safety of navigation
A group of authors edited by A. A. Sazonov
Editorial board for the section address:
Volga State Academy of Water Transport, Nesterova st., 5, N. Novgorod, GSP, 603600, office 405, phone (8312) 19-56-08
Вестник ВГАВТ
УДК 556.537
Ю. Е. Воронина, к. т. н., старший преподаватель, ВГАВТ. 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, yulez@yandex.ru.
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ СУДОХОДНОЙ ПРОРЕЗИ НА КИНЕМАТИКУ ПОТОКА
Исследовано влияние параметров живого сечения реки на русловой режим. Рассмотрены примеры распределения удельного расхода по сечениям типовых перекатов р. Волги и р. Оки. Выполнена оценка изменения расхода воды в пределах прорези.
Эксплуатационные дноуглубительные работы несколько меняя параметры и форму живого сечения русла редко приводят к возникновению направленных деформаций или изменению руслового режима. Однако при многолетнем однонаправленном увеличении судоходных глубин плес-перекатная структура претерпевает изменения. Кроме того, изменению подвергается грядовый донный рельеф и поперечное сечение русла. При системном дноуглублении намечается изменение форм поперечного сечения, снижение заносимости прорезей (накопленный остаточный эффект дноуглубления), что связано с постепенным увеличением устойчивости русла. [1].
Убедительно показано [2], что если русло реки становится устойчивым (т.е. превращается в условно «жесткое» при всех фазах гидрологического режима), то дальнейшее увеличение глубин бессмысленно, так как приведет к равнозначному понижению уровней воды. Тем самым русло превратится в канал с относительно четким сла-боизменяющимся продольным профилем.
На участках с плавно изменяющимся движением потока допускают, что продольный уклон и коэффициент шероховатости в границах переката относительно стабильны.
При этом допущении распределение расхода воды по ширине (,<2Ф)) с помощью формул Шези и Маннинга оказывается зависящим только от глубины [2]:
где I - продольный уклон;
п - коэффициент шероховатости;
И — глубина, м;
6,- ширина, м.
Для поперечных профилей вычисляется расход воды по формуле
Величина е зависит от уклона поверхности потока (/), шероховатости русла (я).
В первом приближении осредненный для участка коэффициент шероховатости п может быть определен по формуле В.М. Маккавеева
(1)
(2)
(3)
где 4ср - средневзвешенный диаметр частиц грунта, или диаметр частиц обеспеченностью 50 % гранулометрического состава грунта.
Средневзвешенный диаметр (обеспеченностью 50 %) определен по формуле
Р.
*« = 155“ <4)
Для анализа изменения удельного по ширине расхода в сечении с увеличением глубины судоходной прорези построены интегральные кривые расхода воды при естественном состоянии русла и при углублении его на различную глубину, кратную 0.5 м (рис. 1 а, б).
Коэффициент шероховатости п по формуле (3) определен по данным натурных измерений (взятие проб и просеивание через стандартный набор сит) [3].
Для оценки изменения расхода воды в пределах прорези рассматриваются доли расхода воды, приходящиеся на прорезь (табл. 1), по которым построены графики зависимости расхода от глубины судового хода (рис. 3).
Таблица I
Определение доли расхода воды, приходящегося на прорезь
Река Глубина, м Удельный расход, мЗ/с Доля расхода, приходящегося на прорезь, %
Волга 3.0 278 25,7
3.5 331 30.4
4.0 354 33.3
4.5 405 37.1
Ока 2.5 173 42.5
3.0 206 49.7
3.5 220 53.4
4.0 230 57.2
Рассматриваемые участки рек Оки и Волги характеризуются проектными расходами воды 400 м /с и 1100 м3/с соответственно, и по размерам русла существенно различаются. Однако, в гидравлическом отношении влияние прорезей на гидравлику потока очевидно. Характер кривых (рис. 3) свидетельствует о концентрации удельного расхода воды в зоне прорези при увеличении ее глубины. Причем, чем русло более «собрано», т.е. когда отношение ширины русла к максимальной глубине уменьшается, тем разница в значениях расходов больше. Наблюдаемая тенденция позволяет сделать вывод о том, что русло в результате увеличения объемов дноуглубительных работ увеличивает концентрацию расхода в зоне судоходной прорези.
При увеличении расхода в границах прорези увеличивается скорость течения в пределах судового хода, и площадь поперечного сечения также увеличивается с небольшим отставанием по времени. Относительное увеличение площади живого сечения приблизительно в 2 раза меньше, чем увеличение скорости течения (табл. 2).
- Таблица 2
Увеличение параметров сечения
Реки Площадь поперечного сечения, % Скорость течения, %
Волга 5,66 12,0
Ока 6,15 14,0
Вестник ВГАВТ
^г=3,5м
Ир=4м
^г=4,5м
со
м
О
£
ы
Си
Рис. 2. Концентрация удельного расхода в пределах прорези
Рис. 3. Изменение удельного расхода
С увеличением гарантированной глубины и незначительном увеличением скорости течения в пределах прорези аккумуляция наносов начинает немного уменьшаться. На это явление накладывается процесс размыва переката в меженный период. Однако с течением времени за счет увеличения площади поперечного сечения влияние доли аккумуляции за счет концентрации удельного расхода исчезает.
Вестник ВГАВТ
Список литературы
[1] Беркович К.М. Влияние русловых карьеров и гидроузлов на судоходные условия рек // Информационный сборник «Наука и техника на речном транспорте» / К.М. Беркович - М.: Межвузовский научно-координационный совет по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов”, 2000. - 52 с.
[2] Гришанин К.В. Водные пути // Учебник для ВУЗов / К.В. Гришанин, В.В. Дегтярев, В.М. Селезнев - М.: Транспорт, 1986. - 400 с.
[3J Технический отчет. Обоснование увеличения глубины судового хода р. Волги на участке Н. Новгород - Балахна (договор с АО «Волга-флот» № 214291). - Н. Новгород, ВГАВТ, 2001.
INFLUENCE OF PARAMETERS NAVIGABLE PROREZI ON KINEMATICS OF A STREAM
Y. E. Voronina
Influence ofparameters of cross section of the river on the bed condition. Examples of distribution of the charge on sections typical rifts of the rivers Volga and Oka are considered. The estimation of change of the charge of water in limits of cut is executed.
УДК 556.537:502
Ю. Е. Воронина, к. т. н., старший преподаватель, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, yulez@yandex.ru.
СУДОХОДНОЕ СОСТОЯНИЕ РЕК И ПОСЛЕДСТВИЯ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РЕЧНОЕ РУСЛО
Исследованы последствия интенсивного преобразования человеком природы, их влияние на основной параметр русла реки - глубину судового хода. Рассмотрены примеры углубления ряда рек и отмечены негативные последствия данного вмешательства.
Природу в целом и ее составную часть - речную систему, можно рассматривать как совершенную саморегулирующуюся систему, которая способна путем внутренней перестройки продолжать выполнение своих функций при ограниченных изменениях внешних условий, в которых она развивается» [1]. Исследуя реку в межень, можно всегда наблюдать воздействие на поток глубоких плесов и массивных скоплений песка (перекатов).
Судоходное состояние рек в основном определяется поддерживаемыми на них габаритными размерами судового хода, среди которых главенствует глубина судового хода.
В прошлом, при отсутствии дноуглубительного технического флота обеспечение судоходства ограничивалось лишь минимально необходимым для судоходства составом путевых работ, состоявших в указании границ и направлении судового хода навигационными знаками и в очистке судового хода от случайных препятствий - камней, карчей и т.п. На ранних этапах развития речного транспорта габариты судов были невелики, что сказывалось и на их грузопровозной способности. Размеры судов предопределяли гарантированные габариты судового хода, которые даже на крупных реках имели незначительные размеры.
Планомерное развитие речного флота и пополнение его большегрузными судами требует синхронного увеличения габаритов пути, в ряде случаев сопровождающегося существенным изменением параметров русла и гидравлики потока.
