Выправление рек. Классификация и назначение выправительных сооружений

Выправление русел рек относится к основным видам путевых работ, его основной целью является получение устойчивого судового хода с заданными габаритами. Для этого возводятся специальные русловые выправительные сооружения, использующие энергию самого потока для углубления мелких мест в речном русле и удаления продуктов размыва дна вниз по течению или в сторону от судового хода.

Выправительные сооружения по принципу их воздействия на движение потока бывают активного и пассивного действия. К активным сооружениям относятся полузапруды, запруды и струенаправляющие дамбы, а к пассивным – различного типа береговые укрепления (покрытия).

Активные сооружения оказывают существенное воздействие на поток: изменяют направление и величину скорости течения, способствуют размыву донных отложений, обеспечивая углубление дна на перекатах, и предотвращают осаждение наносов в пределах судового хода. При этом в русле реки создаются необходимые для судоходства габариты водного пути и достигается стабильное положение судоходной трассы.

Сооружения активного действия обычно увеличивают бытовые скорости течения V_б на некоторую величину DV до значений размывающих скоростей V_р=V_б+DV (рис. 8.1) для данного рода грунта дна реки. В результате будет наблюдаться смыв наносов с гребня переката и предотвращение их отложения в дальнейшем. Через некоторое время произойдет углубление дна на величину Dh и в пределах судового хода устанавливается расчетная глубина потока h_р=h_б+Dh, необходимая для движения судов.

Береговые укрепления, являющиеся сооружениями пассивного действия, либо не оказывают влияния на направление и величину скорости течения, либо это влияние носит незначительный, локальный характер. Они возводятся в основном для предохранения откосов берегов от размыва.

По способу расположения выправительных сооружений в русле реки они делятся на поперечные (полузапруды, запруды) и продольные (струенаправляющие дамбы, береговые укрепления).

Полузапруда (рис. 8.2) представляет собой поперечное сооружение активного действия, которое перекрывает часть поперечного сечения русла на перекате и таким образом перераспределяет расход воды по ширине русла, увеличивая скорости течения на выправительной трассе и в районе судового хода. В результате под действием увеличенной скорости течения происходит размыв дна и достигается заданная глубина в пределах судового хода. Выправительной трассой принято называть часть речного русла, не занятую сооружениями. При этом гарантированная ширина судового хода В_сх всегда меньше ширины выправительной трассы В_т.

При низких уровнях воды, когда полузапруды работают в незатопленном состоянии, весь поток движется только в пределах выправительной трассы (по ширине русла между головами сооружений и противоположным берегом). Весной (во время паводка) полузапруды оказываются затопленными (через них переливается вода). В этот период полузапруды вытесняют в сторону выправительной трассы только небольшую часть расхода воды. Следовательно, наибольшее воздействие на поток и русло они оказывают при низких (меженных) уровнях, а при высоких уровнях влияние полузапруд на поток существенно снижается. Поэтому полузапруды являются выправительными сооружениями преимущественно меженного действия. Весной их полезная работа сводится в основном к отвлечению донных струй, а вместе с ними и наносов, за пределы выправительной трассы.

Запруда представляет собой поперечное сооружение активного действия, которое перекрывает несудоходный рукав от одного берега до другого (рис. 8.3). При этом запруда перераспределяет расход воды в реке между рукавами, увеличивая скорости течения в судоходном рукаве, вследствие чего происходит углубление имеющихся там перекатов.

В большинстве случаев запруды, так же как и полузапруды, являются сооружениями меженного действия. Поэтому наиболее сильное влияние на перераспределение расходов между рукавами они оказывают при низких уровнях воды, что обеспечивает улучшение судоходных условий и способствует общему развитию судоходного рукава.

При высоких уровнях воды запруды оказываются затопленными, и их влияние на поток почти не сказывается. В этот период запруды способствуют отложению наносов в перекрытых рукавах на участке от приверха острова до створа сооружения, что является благоприятным фактором, обеспечивающим постепенное уменьшение емкости несудоходных рукавов и одновременное развитие судоходного рукава.

Следует отметить, что если для выправляемой реки характерны достаточно продолжительные периоды стояния высоких уровней воды, то может быть целесообразным возведение высоких сооружений (полузапруд и запруд) весеннего, а не меженного действия.

Струенаправляющие дамбы являются продольными сооружениями активного действия (рис. 8.4), они предназначены для направления течения воды в сторону судового хода и для обеспечения плавного сопряжения потоков на участках их слияния. Дамбы способствуют ликвидации вредного влияния растекания потока (свальных течений) в боковые емкости русла, побочные протоки и рукава, что обеспечивает улучшение судоходных условий на затруднительных участках рек.

Струенаправляющие дамбы обычно возводятся достаточно высокими (2-3 м и более над меженным уровнем). Поэтому они эффективно работают в потоке не только при низких уровнях воды, но и весной, особенно в период спада паводка. При этом больший период времени они находятся в незатопленном состоянии, обеспечивая движение основной части расхода воды вдоль судоходной трассы. В результате происходит смыв наносов со дна, предотвращение их осаждения; таким образом, обеспечиваются заданные габариты судового хода на затруднительном участке реки.

Береговые укрепления являются продольными сооружениями пассивного действия (рис. 8.5). Они защищают берега рек от размыва течением, судовыми волнами, грунтовыми водами, а также от разрушения ледоходом.

Кроме того, берегоукрепительные сооружения уменьшают поступление наносов на расположенные ниже по течению перекаты, улучшая их состояние для судоходства.

Выправление затруднительных для судоходства участков рек часто производится в комплексе с дноуглубительными работами. Дноуглубление позволяет получить необходимое увеличение глубин в короткие сроки, а выправительные сооружения обеспечивают стабильное положение судоходной трассы на длительный период времени. Кроме того, грунт, извлеченный земснарядами со дна реки, может быть использован для возведения выправительных сооружений.

При производстве путевых работ возможно применение двух систем выправления русел рек: сплошное и выборочное выправление.

При сплошном выправлении сооружения располагаются по всей длине реки или на значительном её участке. Эта система достаточно широко представлена на судоходных реках Западной Европы (Рейн, Эльба, Луара и др.), где выправительные работы производились в течение многих десятков лет, с начала XIX века.

В нашей стране применяется выборочное выправление, когда сооружения возводятся только на наиболее затруднительных для судоходства участках рек. К ним относятся перекаты с повышенной заносимостью судового хода и сложные многорукавные разветвления русел. Для таких участков характерны значительные объемы землечерпания (и соответствующие финансовые затраты) из-за необходимости выполнения повторных дноуглубительных работ в течение одной навигации.