Общая схема расчета деформаций русла и изменения уровневого режима реки на участке влияния карьера при изъятии русловых .pdf В нормативной литературе по данной проблеме [5]изложены методические основы выполнения инженер-ных расчетов по оценке негативного влияния русло-вых разработок на водный режим рек. Настоящая ра-бота является прикладным дополнением к указанно-му Руководству. Она основана на опыте полевого об-следования, анализа исходных и расчетных данных, атакже методического подхода к исследуемой задачепри производстве работ по оценке негативного влия-ния добычи нерудных строительных материалов врусле р. Енисей, которые выполнялись Сибирскимнаучно-исследовательским гидрометеорологическиминститутом (СибНИГМИ) и Научно-исследовательс-ким предприятием по экологии природных систем(НИП ЭПРИС) в период 1989-1993 гг.В основе названных работ, как показал опыт, ле-жат полнота и качество исходной информации, кото-рая, по меньшей мере, должна состоять из следую-щих данных:1. Русловая съемка реки на участке влияния карье-ра до незатапливаемых бровок;2. Отметки илиуклоны свободной поверхности хотябы при одном из режимов водности на этом участке;3. Кривая расходов воды и внутригодовое распре-деление стока;4. Среднемесячные расходы взвешенных наносов,либо значения мутностей за рад лет;5. Гранулометрический состав взвешенных нано-сов и донных отложений;6. Объемы и график навигационной добычи НСМ;7. Параметры карьера (расположение в плане, ли-нейные размеры);8. Среднемесячная температура воды за ряд лет.Перечисленные исходные данные необходимы и впринц ипе достаточны для производства последующихрасчетов по оценке воздействия русловых разработокна водный режим реки.Предлагаемый порядок расчетов следующий:В годовом гидрологическом цикле выбираютсянесколько характерных режимов водности, один изкоторых должен примерно соответствовать проектнымусловиям судоходства, и один - руслоформирующимусловиям (всего 4-6 фаз водности). Основным крите-рием при выделении этих фаз является сочетание твер-дого и жидкого стока. В рамках навигационного пе-риода, когда производится разработка карьера, дляудобства расчетов желательно иметь целое число фазводности.Для каждой выделенной фазы водности в бытовыхусловиях (до начала разработки карьера) рассчитыва-ются:1. Основные гидравлические показатели расчетныхсечений.К основным гидравлическим показателям расчет-ных сечений относятся:- отметки свободной поверхности, Z6;- площади живых сечений, ш6;- средние глубины, h6;- средние скорости потока, V6;- коэффициенты шероховатости, ng;- местные продольные уклоны водной поверхности, Jg.При этом в пределах участка реки расчетные сече-ния выбираются таким образом, чтобы максимальноотразить все изменения морфометрии (чередованиеплесов, перекатов, сужений и расширений русла). Из-менение морфометрии русла между соседними сече-ниями (профилями) должно быть плавным. В зоненепосредственного размещения карьера расчетныесечения назначаются чаще. По два расчетных сече-ния должно располагаться на верховом и низовом от-косах карьера, одно из которых - совпадает с положе-нием бровки, второе - с положением подошвы отко-са. В зависимости от длины карьера и особенностейморфометрии приуроченного к нему участка русла взоне карьера желательно иметь, по меньшей мере, еще3 расчетных сечения.При известных Z6 для всех выбранных фаз водно-сти, которые характеризуются сред ним за фазу расхо-дом воды Q, расчет основных гидравлических пока-зателей сечений выполняется по известным в гидрав-лике уравнениям кривой свободной поверхности [3]и не вызывает особых затруд нений при решении плос-кой задачи.Чаще всего в практике решения подобных задачприходится сталкиваться с отсутствием данных обуклонах или отметках уровня воды на протяжениивсего участка в разные фазы водности. При ограни-ченных сроках и материальных возможностях про-ведения соответствующих натурных изысканий при-ходится довольствоваться материалами, полученны-ми при каком-то одном режиме водности (чаще про-ектном).В этом случае сначала выполняются расчеты дляосвещенного наблюдениями режима водности.В результате для этого режима водности и каждо-го расчетного сечения получаются рассчитанные пб.Располагая кривой расходов воды, которая можетбыть получена путем непосредственных измерений вкаком-либо створе, или путем трансформации стокана участке между створами с наличием гидрометри-ческих наблюдений, задаются отметками уровня воды,соответствующими остальным режимам водности, т.е.характерным Q.При последующих расчетах следует иметь в виду,что п будет зависеть от наполнения русла. Оценитьприближенно эту зависимость можно по формулеВ.Н. Гончарова [4]:n= h1/S /17,71g(6,15h/A), (1)где h - средняя глубина в расчетном сечении, м;А - средняя высота выступов шероховатости,м (Л » 0,7 d^);d^- средний диаметр верхнего слоя донных отло-жений в расчетном сечении, м.Откуда высота выступов шероховатости определя-ется в неявном виде:Lg A=lg(6,15h)-h1 / 6/17,7n. (2)Если нет необходимости определения собственноД, то, учитывая, чтоп = р / 6 / 17,7 (lg (6Д5h) - lg Д ) (3)по известным п6для каждого расчетного сечения по(2) определяются условные величины lg Д , которыепринимаются постоянными для всех режимов водно-сти. Иначе Д определяется подбором.Затем, используя зависимость (3), и, оценив при-ближенно h , для оставшихся режимов водности рас-считываются п6.В табл. 1 приведены значения п, рассчитанные поформуле (3). Располагая значениями п для неосвещен-ных наблюдениями режимов водности и отметкамиуровня воды в створе, для которого имеется криваярасходов, можно рассчитать все перечисленные гид-равлические показатели расчетных сечений.2. Расход влекомых наносов на участке.Как правило, если на исследуемом участке реки непроводились специальные наблюдения, то данные из-мерений влекомых (донных) наносов в ежегодных гид-рологических справочниках отсутствуют. Кроме того,даже при наличии материалов измерений, из-за несо-вершенства существующей измерительной техникижелательно выполнить расчет стока влекомых наносов.Формулы для подобных расчетов рекомендованыв нормативном документе [5], а также в ряде другихпубликаций [1,4].Исходными данными для расчетов являются, кромеполученных гидравлических показателей сечений, ха-рактерные диаметры зерен влекомых наносов, а имен-но: средний, обеспеченностью 50, 90 и 95%, либо пол-ностью кривая гранулометрического состава влекомыхнаносов или донных отложений, а также их плотность.Если имеются данные гранулометрии только дон-ных отложений, то для получения кривой грануломет-рического состава влекомых наносов можно с некото-рой потерей точности поступить следующим образом.По формуле Г.И. Шамова [6] определяется пре-дельный диаметр зерен неподвижных фракций дон-ных наносов:< U = 0,012 ( й 3 / h ) , (4)где г), h - средние в расчетном сечении скорость иглубина потока. На кривой гранулометрического со-става донных отложений отсекается та его часть, ко-торая соответствует смеси наносов с диаметрами зе-рен меньше d . Обеспеченность, соответствующаяd принимается за 100% и выполняется пересчетобеспеченностей выбранного участка кривой. Здесьсделано допущение, что распределение фракций вле-комых наносов близко к распределению тех же фрак-ций в донных отложениях. При отсутствии данных оплотности смеси наносов рекомендуется приниматьее равной 2650 кг/м3 [5].Расчет стока влекомых наносов производится для3-5 расчетных сечений. Далее его значение осредня-ется по 2-3 формулам, давшим лучшую сходимостьрезультатов. В итоге может быть три случая:IgA 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0 8,01 -3,15 0,014 0,014 0,015 0,0155 0,016 0,016 0,0162 -2,85 0,015 0,016 0,016 0,0165 0,017 0,017 0,0185 -2,46 0,017 0,017 0,018 0,018 0,018 0,019 0,01910 -2,15 0,019 0,019 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02115 -1,98 0,02 0,02 0,021 0,021 0,021 0,021 0,02220 -1,85 0,021 0,021 0,022 0,022 0,022 0,022 0,02330 -1,68 0,023 0,023 0,023 0,023 0,023 0,023 0,02440 -1,55 0,025 0,024 0,024 0,024 0,024 0,024 0,024550 -1,46 0,026 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,02570 -1,31 0,028 0,027 0,026 0,026 0,026 0,0265 0,0265100 -1,15 0,031 0,029 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028150 -0,97 0,034 0,032 0,031 0,0305 0,03 0,0295 0,0295200 -0,85 0,0375 0,034 0,033 0,0325 0,032 0,031 0,031а) во всех или отдельных расчетных сечениях зна-чения расходов влекомых наносов различаются незна-чительно и незакономерно по фазам водности. Такойслучай характерен для участка русла с транзитнымхарактером стока влекомых наносов. Его значениеопределяется как среднеарифметическое из значенийв каждом расчетном сечении.б) во всех или некоторых расчетных сечениях значе-ния влекомых наносов различаются значительно, но пофазам водности это различие незакономерно. Такой слу-чай характеризует участок русла, на котором при однойводности реки могут формироваться такие русловыеобразования как побочни, намывные косы, временныеперекаты и др., а при другой водности они размывают-ся частично или полностью. В многолетнем разрезерусло существенных изменений не претерпевает.Для целей описываемых расчетов среднее значе-ние расхода влекомых наносов определяется также каки в предыдущем случае.в) имеются различия в значениях расходов влеко-мых наносов во всех или в некоторых расчетных се-чениях. Они носят они закономерный характер пофазам водности (т.е. имеются створы, где этот расходвсегда больше либо меньше, чем в других). Так, еслив самом верхнем створе этот расход больше, чем внижнем, то на участке между этими створами имеетместо постоянная аккумуляция части наносов, а на-оборот - размыв дна.Такие однонаправленные при любой водности про-цессы должны подтверждаться русловыми съемкамиразных лег. Если этого нет, то необходимо тщательнопроанализировать исходные данные расчетов и исклю-чить возможные ошибки. Если подтверждается посто-янство и однонаправленность руслового процесса, тонужно выявить его характер и в этом случае необхо-димо определить расход наносов при подходе к буду-щему карьеру и на выходе ниже него с тем, чтобы впоследствии оценить степень влияния карьера на из-менение руслового процесса.Случай, когда на участке, наблюдается естествен-ный размыв русла, наиболее неблагоприятен для со-здания на нем руслового карьера, т.к. последний мо-жет усилить динамику этого процесса.3. Пространственная структура потока Посколь-ку наибольший интерес в плане заносимости карьераи деформаций русла в зоне его влияния представляетне весь сток влекомых наносов, а его часть, перехва-тываемая будущим карьером, то необходимо знатьпространственную структуру потока на участке.Существующие методики расчета позволяют оп-ределить распределение по живому сечению среднихскоростей течения на любых заданных вертикалях.а) упрощенный способ, когда имеются данныетолько о среднем по живому сечению коэффициентешероховатости п:^ = (l/n)-h'« ( 1 уШ (5)где i - номер вертикали.б) детальный способ, когда имеются данные о со-ставе донных отложений по всему живому сечению,или на заданных вертикалях, либо коэффициентышероховатости на них п., аналогично (5):u. = (l/a)-hi1/6(h.-J)1/2, (б)или по В.Н. Гончарову [3]:= 22,7(h/A)1/6 (h.-J)1/2, (7)где местный уклон J по ширине данного сечения при-нимается постоянным.Определив й, по (5), из формулы (4) вычисляют-ся предельные диаметры зерен донных отложений накаждой расчетной вертикали d. ^ являющиеся кос-венным показателем вариации а по сечению. Учиты-вая, что по В.Н. Гончарову Л1/6 = 22,7п, изменение ппо сечению будет выглядеть следующим образом:i = n ( V А Г , (8)имея в виду соотношение AaO^d^ , и допустив, что(v d cpi. /dc p)' ~ v( dл ред1./ dп рея)',' полJу чим:n.«n (d /d )ш. (9)На участках изгиба русла полученные значениясредних скоростей пересчигываются с учетом радиу-са кривизны этого изгиба:= ^ (ro/ r i ) > (1°)где uri - средняя скорость на вертикали в расчетномсечении на изгибе русла, м/сг0 - радиус изгиба до оси потока, мт. - радиус изгиба до заданной вертикали, м.Далее значения скоростей корректируются с уче-том различия между расчетным Qp и фактическим Qрасходами воды:о.= йп (Q/Qp), (11)гдеQp = S((q, + q w ) / 2 ) Vwудельный расход воды на расчетной вертика-ли, м2/с;Ь^, - расстояния между вертикалями, считая урезы, м;(12)На этом заканчиваются расчеты первого этапа,относящиеся к бытовым условиям исследуемого уча-стка реки.По мере разработки карьера в системе «русло-ка-рьер» начинают действовать одновременно четырепроцесса:- перестройка пространственной структуры потока;- изменение отметок кривой свободной поверхно-сти и, как прямое следствие этого, - изменение гид-равлических характеристик потока;- деформации русла на участке влияния карьера;- заносимость и заиление карьера.Все четыре процесса протекают одновременно,находясь в тесном взаимодействии. Поэтому расчетыцелесообразно выполнять на заданные сроки, т.е. занекоторые интервалы времени, начиная с моментаначала разработки карьера. При этом все расчетныеэлементы относятся либо к середине данного интер-вала, либо определяются как средние величины меж-ду элементами на начало и конец интервала.4. Изменения в пространственной структуре пото-ка под влиянием карьера. Под влиянием карьера мо-жет происходить изменение в пространственнойструктуре потока. Оно выражается в том, что вслед-ствие образования в ряде сечений (в зоне достаточнобольшого по протяженности карьера) области боль-ших глубин, в эту область происходит дополнитель-ное отвлечение части общего стока реки.Условно по ширине поток можно разделить на двечасти:Q = QI + (Q-QKXгде Qk - наибольшая часть стока реки, проходящая надкарьером в некотором сечении шириной Вк.Возможно, этот расход воды (Qt) будет больше приналичии карьера, чем расход в том же сечении в быто-вых условиях на ширине части русла равной Вж. Онможет быть определен в результате расчета распреде-ления средних на вертикалях скоростей течения по се-чению потока или удельных расходов воды. Зная вели-чину Qk, можно определить в любом расчетном створету часть ширины русла, над которой он проходит.Сложность определения заключается В том, чтов зоне расположения карьера шероховатость русламожет заметно отличаться по сравнению с бытовымиусловиями.Допуская, что на ширине русла, не занятой карье-ром, шероховатость не изменяется, можно записатьдля среднего коэффициента шероховатости в расчет-ном сечении следующую зависимость:пI t=p(vпD, v(ВO - ВК ) + п X ВК )' / В ,в ' (v1 3)'где п, - коэффициент шероховатости в пределах карь-ера, Во - ширина русла в расчетном сечении, В^ -ширина карьера в этом же сечении.Обозначим относительную ширину карьера В^Вочерез В и , получим:n =nfi (1-В ) + п В . (14) лр б 4 01/ X ок 4 'В одной из публикаций по исследованию системы"русло-карьер" [6] предложена следующая эмпиричес-кая зависимость:п = (15)где cd6 и со^ - соответственно площади живых сеченийдо и после образования карьера.В этом случае расход в зоне карьера выразитсяследующим образом:Q, = QS , ( h / h J ' ^ / J J ' * , (16)где индекс "бк" соответствует параметрам в зоне ка-рьера в бытовых условиях.Очевидно, что при ширине карьера равной шири-не русла произведение сомножителей при Q6k будетравно 1. Это значит, что чем уже карьер, тем большеразница между QK и Q6r.Поскольку вопрос изменения шероховатости рус-ла при образовании карьера пока изучен недостаточ-но, то при расчетах распределения стока по ширинерасчетного сечения предлагается поступать следую-щим образом. Глубину воды на скоростных вертика-лях над карьером принимать равной глубине на егобоковых откосах в данном расчетном сечении.Определив, таким образом, по всей длине карьеранаибольший QK, можно определить в любом расчет-ном сечении ту часть ширины русла, над шторой онпроходит. Эта величина в дальнейшем будет прибли-зительно соответствовать ширине зоны размыва днаниже низового откоса, а также ширине зоны переме-щения влекомых наносов выше верхового откоса ка-рьера, которые будут перехвачены последним.Строгое определение положения исходного ство-ра выше карьера, с которого начинается перестройкапространственной структуры потока в сравнении ссуществовавшей в бытовых условиях, весьма слож-но. Поэтому грубо предлагается приурочивать распо-ложение этого створа к ближайшему гребню вышележащего переката. Чем ближе этот гребень к верхо-вому откосу карьера, тем радикальнее будет происхо-дить пространственная перестройка потока. Еслиствор верхового откоса располагается выше гребняпереката, то он и будет исходным, вплоть до совпаде-ния его со створом наибольших глубин вышележаще-го плеса или плесовой лощины.Восстановление пространственной структурыниже карьера также происходит на некотором рассто-янии от него.Предполагается располагать нижнюю границу этойзоны за ближайшим ниже по течению перекатом, аточнее, в створе наибольших глубин следующего заним плеса, т.е. в самом близком за перекатом створе снаибольшей площадью живого сечения.В целом поток можно рассматривать состоящимкак бы из двух отдельных потоков, общим для кото-рых является избыток, по сравнению с бытовыми ус-ловиями, твердого стока на участке выше карьера. Научастке в зоне карьера часть потока, приуроченная кнему, разгружает переносимый твердый материал вкарьер почти полностью. Другая часть патока дости-гает наибольшей транспортирующей способностивблизи верхового откоса карьера и далее также можетаккумулировать в русле избыточную часть твердогостока до створа, где происходит восстановление про-странственной структуры потока и ее гидравлики.Ниже карьера осветленная часть потока восстанавли-вает дефицит твердого материала в нем за счет раз-мыва русла полностью, либо частично (в зависимос-ти от геологии дна). Другая часть на некотором учас-тке по-прежнему может аккумулировать часть нано-сов, либо приблизиться к бытовым условиям.Учитывая вышеизложенное, производится расчетраспределения скоростей течения и удельных расходовводы на вертикалях в следующих расчетных створах:- в створе низового откоса карьера;- в створе верхового откоса карьера;- во всех створах в зоне размещения карьера;- в створе гребня ближайшего вышележащего пе-реката (ближайшего выше по течению живого сече-ния с наименьшей площадью);- в створе с наибольшей площадью живого сече-ния на ближайшем ниже карьера плесе.5. Деформации русла на участке влияния карьера.Деформации (размыв) русла выше карьера будут выз-ваны увеличением скоростей течения и уклонов вод-ной поверхности при тех же режимах водности, что ив бытовых условиях.Объем этого размыва русла за расчетный интер-вал времени и для данной фазы водности определяет-ся следующим образом:WB = 8,64-104 Т Е ((AG. + AGBL) / 2), (17)где WB - средний объем размыва русла на всем участкерусловых деформаций выше карьера длиной Lpi, м3;Т - продолжительность данной фазы водности в тече-нии расчетного срока, сут.; AG. - увеличение расходавлекомых наносов в i-creope в расчетный срок по срав-нению с предшествующим, начиная от бытовых ус-ловий, м3/с; i - порядковый номер расчетного створа,начиная от створа верхового откоса карьера вверх доствора, отстоящего от него на расстоянии Lfj.Средняя глубина hp в нижнем сечении каждого рас-четного участка длиной между выбранными створа-ми L i+1 после размыва русла определяется, исходя изследующих соображений:^ = + (18)где W. w - объем размыва дна на участке между створа-ми, "R w - средняя ширина русла на этом участке, м,средние по сечениям величины размыва днарусла в соответствующих расчетных створах, м.Для самого верхнего участка в начале зоны раз-мыва hpm = 0 и тогда:V ^ C W ^ J / C L ^ - B ^ ) . (19)Для каждого последующего участка:^=(2Wi , , 1)/(Li , , 1BU t l ) - h , + 1 . (20)откудаh . = h , + h „ (21) pi npi Ol v 'Для упрощения расчетов можно принять, что ве-личина размыва дна по мере удаления от карьерауменьшается по линейному закону. В этом случае:WB=8,64-10*-T-(AGBK/2), (22)где AGBK - увеличение расходов влекомых наносов врасчетный срок в створе верхового откоса карьера посравнению с бытовым в этом же створе, м3/с.Средняя глубина размыва дна в створе верховогооткоса будет в этом случае наибольшей в пределахзоны размыва и выразится аналогично (19):hd. max = 2Wр в /(4L рв 'В1,)/ . v( 23')На участке русла ниже карьера длиной Ljh такжебудет происходить размыв дна в связи с увеличениемтранспортирующей способности потока вследствиеего осветления на выходе из карьера. Общий дефициттвердого стока в потоке ниже карьера составит:ARr=AG+ARB = (GS-G^+O^-Rbk). (24)вде Gd и Rj, - соответственно сток донных и взвешен-ных наносов, индекс "к" - относится к периоду суще-ствования карьера.Вследствие инерционности пространственнойструктуры потока, этот дефицит твердого стока нанекотором участке длиной Ьд в начале зоны размываниже карьера будет иметь место не по всему сечению,а в некоторой его части шириной Вд.Точное теоретическое определение Ьд и Вд весьмазатруднительно. С небольшой погрешностью можноутверждать, что на протяжении зоны восстановленияпространственной структуры потока, длиной LHB ишириной в замыкающем створе Внв, через сечение шш,где проходит расход воды QK, указанный д ефицит твер-дого стока будет сохранятся полностью, снижаясь отнизового откоса карьера до замыкающею створа помере насыщения этой части потока наносами, прак-тически исключительно влекомыми.В прямолинейном русле и при слабой турбулент-ности потока ниже замыкающего створа приурочен-ность дефицита AR,. лишь к части потока может со-храняться на значительном расстоянии. Выравнива-нию ARj, по всему сечению будут способствовать из-гибы русла, порожистые участки и другие зоны повы-шенной турбулентности.Увеличение ширины зоны дефицита твердого сто-ка Вд примерно можно принять по линейной интер-поляции отдельно для двух участков:1 участок:Вд^Вкм + ОЗкм-Внв ) - ( y / LHB) , (25)2 участок:Вд2 = Внв + (Вг о-Вон)-(Ц'/Ьов), (25а)где Вд - ширина зоны дефицита твердого стока налюбом удалении Ьд от исходного створа, для участка1 - от створа с наибольшим QK в зоне карьера, гдеширина последнего - В ш , для участка II - от створа,в котором завершается восстановление простран-ственной структуры потока (Внв - ширина части рус-ла в этом створе над которой проходит расход водыQK), Вон - полная ширина русла, охваченная дефици-том твердого стока, LHB , L0H - протяженности соот-ветственно 1 и 2 участков.В случае, если восстановление пространственнойструктуры потока произойдет за пределами участкадлиной LpH, то LHB = LpH и расчетный участок будеттолько один.При решении плоской задачи приведенные рассуж-дения не имеют принципиального значения, посколь-ку рассматриваются изменения гидравлических и мор-фометрических показателей русла осредненных поживому сечению. Но если нас интересует перерасп-ределение стока по живому сечению (например, приразделении русла на рукава и стесненных условияхсудоходства), либо интенсивность русловых деформа-ций у того или иного берега, в той или иной протоке,при наличии здесь каких-либо гидротехнических ииных сооружений и опасности их подмыва, то оче-видно, что рассмотренный вопрос приобретает осо-бую важность.Расчет величины размыва русла на рассмотренныхучастках предлагается выполнять следующим образом.Без учета образования самоотмостки полная глу-бина размыва на вертикали определяется согласно [ 1]:Ьн = ( Ч п р / 2 ш ) " 6 , (26)где q^ - удельный расход воды на вертикали в усло-виях разработки карьера, м2/с; ш - гидравлическаякрупность наиболее крупных частиц, находящихся всоставе влекомых, м/с.В свою очередь q^ = h^ u^, тогда:(27)где Ь-лр, о^ - глубина и средняя скорость на вертикалив условиях разработки карьера, м, м/с.Мощность размытого слоя грунта (донных отло-жений), или понижение отметки дна:\ = К - К - (28)При отсутствии данных гранулометрического со-става влекомых наносов средний диаметр наиболеекрупных частиц в их составе можно с небольшой по-грешностью принять равным или чуть меньше пре-дельного диаметра неподвижных фракций согласно(4). Для этого d ^ определяются w, hH и Ьд.Далее, учитывая, что 1гд в конце зоны размыва рав-на 0 и, допуская, что процесс насыщения потока на-носами протекает линейно на протяжении всего учас-тка, то к моменту стабилизации русла справедливазависимость:W„ = ( h „ / 2 ) Вр Lp, (29)где WR - предельный объем грунта, смытого в руслениже карьера, м3; Вр - средняя по ширине зоны раз-мыва Вр мощность размытого слоя донных отложе-ний, м; L - длина зоны размыва, м.С другой стороны:WN = ARJ, Т. (30)Решая совместно (29) и (30), получим:ARR-T = ( h s / 2 ) - B P L P , (31)где Т - время стабилизации русла, с.Более строго уравнение (31) следует записать так:AR,, Т = (КдТ / 2) Вр LP, (32)где Ьд т - фактическая средняя мощность размытогослоя донных отложений, которая может приниматьзначения в диапазоне от 0 до h^ (hHK - глубина карье-ра у низового откоса).При расчетной'Ъд меньше hHK могут наблюдатьсядва варианта динамики заиления карьера и размывадна НИЖЕ него.1. h достигнута раньше, чем нижняя граница при-змы заиления сравняется с отметкой дна на низовомоткосе карьера, которая соответствует глубине h ^ Вэтом случае после достижения Ьд и до указанногомомента Wfl будет нарастать за счет увеличения Lp.2. Ьд не достигнута, а граница призмы заилениясравнялась с отметкой глубины h^, которая меньшерасчетной hf[. В этом случае \УД определится време-нем наступления этого момента и Lp будет меньшепредельно возможной.При расчетной h д > h^. фактическая ЬдТ будет либоменьше, либо равной hHK. Здесь определяется каки в предыдущих вариантах.Таким образом, строгое решение уравнения (32)возможно только в том случае, когда известна функцияV=/CD- Современный уровень теоретических разра-боток в этой области не дает ответа на поставленнуюпроблему. Поэтому она может быть решена путем на-турных наблюдений за системой "русло-карьер".Пока предполагается следующий упрощенныйподход.При расчетной Ьд > 0 , 5 ^ принимать h ^ = 0,5hHK,при расчетной Ьд< 0,5hH|c принимать Ьдт = Ьд. Тогда:Wa = WK=hKBKLK, (33)где WK - объем карьера при его линейных размерах:Вк - средняя ширина; LK - длина;hK - средняя глубина, определяемая от линии, со-единяющий бровку верхового откоса (с учетом раз-мыва дна на ней) и бровку низового откоса (с учетомразмыва дна на глубину 0,5hHK или глубину 1^).При параллельном решении перечисленных задачвозникает еще одна сложность, связанная с неопре-деленностью изменения глубины размыва hH во вре-мени. Дело в том, что каждой фазе водности можетсоответствовать своя hH. Если соотношение продол-жительностей этих фаз за расчетный период будеттаким же, как за предшествующий многолетний, то сфизической точки зрения hg должна нарастать по за-кону близкому к экспоненциальному, все медленнееприближаясь к своему предельному значению, Равен-ство объемов размыва за равные промежутки време-ни (имеются в виду промежутки, включающие рав-ное число всех фаз водности) будет достигаться засчет увеличения длины зоны размыва в соответствиис тем же экспоненциальным законом. В реальныхприродных условиях чередование маловодных и мно-говодных лет и циклов лет, а также неоднозначностьпредшествующего и ожидаемого водных режимовестественно нарушат эту закономерность, особеннопри небольших периодах стабилизации русла.В идеальных условиях графически процесс нара-стания призмы размыва дна ниже карьера проиллюс-трирован на рис. 1, откуда очевидно:V / h * = L P H / L K -С другой стороны из (32):откуда:LP HV2 = A R r T / B p>L P , V 2 = A R . T . / B P >(34)(35)(36)Низовой откос'» -Л'ч--,*:Рис. 1. Графическая схема динамики развития призмыразмыва дна ниже низового откоса карьераРешая совместно (34) и (37) и перейдя к объемамтвердого стока, получим:и= V2ЬЙ = Ь Р Н ( \ ¥ Д 1 / \ ¥ Д ТГ(38)(39)Таким образом, зная предельные значения h^, иLPH, можно, используя (38) и (39), приближенно оце-нить их промежуточные значения на любой заданныйсрок. Чем более продолжительным будет расчетныйинтервал, тем, по-видимому, будет меньше ошибка вэтой оценке.6. Заиление и занесение карьера. Для части створана гребне ближайшего вышележащего переката, че-рез которую проходит расход воды равный наиболь-шему для данной водности QK, определяется расходвлекомых наносов GflK, либо по известным уже фор-мулам, либо, исходя из соображения пропорциональ-ности твердого стока жидкому:< V = Gn(QK / Q ), (40)Ч н I 4>i ~ (AR1hf l iT)/(ARihflTTi). (37)где Сд - расход донных наносов по всему расчетномусечению, м3/с.Этот сток донных наносов и будет перехваченкарьером. Объем его для данной фазы водности со-ставит:\Удк=8,64-Ю

Скачать электронную версию публикации