Трассирование судоходных эксплуатационных прорезей

Общие положения. При назначении положения эксплуатационных прорезей пользуются термином трассирование, а не проектирование. Обычно такие прорези располагаются примерно в одних и тех же местах на транзитном судовом ходу и помогают восстанавливать судоходные глубины после паводка или ликвидировать меженную заносимость. Проверять устойчивость таких прорезей расчетом не требуется.

При трассировании восстановительной прорези используют сведения о ходе руслового процесса на перекате за ряд предшествующих лет и о деформациях, которым подвергались выполнявшиеся в эти годы прорези. Основой трассирования прорези является план свежей русловой съемки, по которому можно судить о деформациях, произведенных текущим паводком, и о состоянии переката на данный момент (разрыв во времени между съемкой переката и началом разработки прорези не должен превышать пяти суток). Обычно, этих данных достаточно для выбора положения прорези, если при этом на перекате не произошло значительных деформаций.

Внешняя простота процедуры трассирования эксплуатационных прорезей не должна создавать иллюзию легкости этой задачи. Перекат после весеннего паводка никогда не бывает таким же, как в предшествующую навигацию. Ранее существовавшая трасса не всегда является абсолютно верным решением. Поэтому задача трассирования решается каждую навигацию заново. Если на перекате произошли сильные переформирования, выбор трассы эксплуатационной прорези по своей трудности мало отличается от выбора трассы капитальной прорези, и лишь недостаток времени заставляет обходиться без расчетов. Чтобы избежать ошибок, необходимо понимать законы руслового процесса, знать свои перекаты и иметь инженерную интуицию.

Ремонтные прорези, при отсутствии непредвиденных деформаций, назначаются в тех местах судового хода, где на съемке переката было обнаружено отложение наносов.

Для трассирования прорезей на наиболее распространенных типах перекатов выработаны определенные рекомендации.

Перекат-перевал. Так принято называть перекаты наиболее простой формы[1]. Они характеризуются плавным переходом линии наибольших глубин от одного берега к другому, не заходящими друг за друга плесовыми лощинами (отсутствием затонской части) и одинаково развитыми побочнями. Эти перекаты встречаются как на меандрирующих реках, так и на реках с побочневым типом руслового процесса (см. рис. 4.2).

Рис. 4.2. Прорезь и отвал на перекате-перевале

В первом случае они располагаются на переходах между смежными кривыми разных знаков кривизны; их побочни закреплены у выпуклых берегов (не смещаются относительно берега). Во втором случае побочни, а значит и перекат в целом, постепенно сползают вниз по течению. Прорезь на таком перекате трассируется по линии наибольших глубин. Отвалы грунта располагаются на верхнем побочне, это позволяет притормозить движение побочня и прорези можно придать более пологое направление (на рис. 4.2 штриховая линия).

Перекат с затонской частью. Схема переката с затонской частью и варианты прорези приведены на рис. 4.3. Косое расположение перекатного вала усложняет течение воды на таких перекатах и является причиной ряда затруднений для судоходства. При меженных уровнях вал переката работает как косой, затопленный водослив. Между верхней плесовой лощиной и затонской частью образуется поперечный перепад уровней воды, а течение на валу переката приобретает веерообразный характер (см. рис. 4.3).

Наибольший поперечный перепад наблюдается вблизи вершины затонской части, и, по мере понижения уровней воды, сюда перемещается максимум скоростей. С повышением уровней воды эти эффекты ослабевают, а при больших наполнениях поток движется почти параллельно берегам. Поэтому весенний судовой ход трассируют по пологому направлению вблизи нижнего побочня, а в середине спада по этому же направлению разрабатывают прорезь (см. рис. 4.3, прорезь I).

Рис. 4.3. Весенняя (I) и меженная (II) прорези на перекате с затонской частью:

1 – плотовой состав; 2 – толкаемый состав; 3 – буксирный состав

Однако пользоваться этой прорезью вскоре становится неудобно. При снижении уровней поток растекается по перекатному валу, удельные расходы воды в прорези резко падают и она начинает заноситься. Одновременно это создает трудности для судоходства. Составы, идущие сверху, испытывают действие свального течения, направленного в затонскую часть.

Свальное течение особенно опасно для плохо управляемых плотовых составов. Толкаемые составы, следующие снизу, встречают сильное течение из затонской части. При заходе в прорезь состав становятся под углом к течению и сносится вниз. Даже опытные капитаны иногда не могут заправить состав в прорезь и бывают вынуждены расчалить его и проводить суда по отдельности на коротком буксирном тросе. Положение на перекате может стать настолько тяжелым, что в межень приходится трассировать новый судовой ход, пересекающий перекатный вал по крутому направлению вблизи верхнего побочня. Выполненная в этом месте прорезь поддерживается течением и обычно не требует ремонтных работ до конца навигации (см. рис. 4.3, прорезь II).

Единственное затруднение для судоходства состоит в малом радиусе циркуляции при выходе из прорези в затонскую часть. Под действием течения и сил инерции буксируемые баржи получают раскат в сторону берега и нередко наваливаются на него. В очередное весеннее половодье крутая прорезь полностью заносится песками, ползущими с верхнего побочня. Таким образом, создаются благоприятные условия для возобновления пологой прорези нижнего положения. После этого весь цикл изменений повторяется снова. Коренное улучшение перекатов с затонской частью достигается с помощью капитальных прорезей, прокладываемых через нижний побочень.

Перекат на повороте русла. Перекаты часто располагаются перед крутыми поворотами русла. Основные затруднения здесь состоят не столько в недостаточных глубинах на корыте переката, сколько в малом радиусе кривизны по линии наибольших глубин. Чтобы увеличить радиус кривизны, прорезь приходится располагать вблизи выпуклого берега (см. рис. 4.4) и производить подрезку примыкающего к этому берегу нижнего побочня переката. Поток способен за относительно короткое время (всего за один-два месяца) восстановить естественную форму побочня, поэтому подрезки необходимо повторять.

Перекат у приверха острова. В коротких двухрукавных разветвлениях обычно располагается пара перекатов – у приверха острова в одном рукаве и в ухвостье острова – в другом. Перекаты у приверха острова редко бывают затруднительными. При обтекании потоком приверха острова скорости течения возрастают, и в непосредственной близости к острову происходит размыв дна. Однако трассировать прорезь у островного берега нельзя по условиям судоходства. При заходе в такую прорезь сверху составы, особенно плотовые, могут попадать под действие течения, идущего в несудоходный рукав. Поэтому прорези на таких участках трассируются под материковым берегом. Отвал стремятся расположить между прорезью и этим берегом (рис. 4.5).

Рис. 4.4. Прорезь на крутом повороте русла	Рис. 4.5. Прорезь у приверха острова

Перекат у ухвостья острова. За ухвостьем острова свободная поверхность потока понижена, и донные струи, выходящие из рукавов, напра­влены в сторону этой ложбины. Они питают ухвостье острова наносами, наращивая его в длину. Таким образом, вся часть русла, расположенная за ухвостьем, является областью интенсивного движения песков. Это создает большие трудности в поддержании здесь трассы судового хода. Чтобы ослабить заносимость прорези, стремятся трассировать ее ближе к материковому берегу (рис. 4.6). Прорези крутого положения (на рис. 4.6 штриховая линия) могут быть устойчивы лишь в том случае, когда несудоходный рукав пропускает малые расходы воды.

Рис. 4.6. Варианты прорези под ухвостьем острова

Встречаются разветвления, у которых несудоходный рукав активно работает во время паводка, но сильно мелеет в межень. В этом случае в районе ухвостья острова создаются условия, которые напоминают условия движения воды на перекате с затонской частью. В межень за ухвостьем образуется поперечный уклон в сторону несудоходного рукава; пологая прорезь начинает заноситься, и приходится открывать ход по более крутому направлению по линии наибольших поперечных перепадов уровня воды.