ПОДНЯТИЕ ДНА, ОБРАЗОВАНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО УКЛОНА ПОЙМЫ
Русла рек в своем нижнем течении характеризуются малыми уклонами дна. Это связано с тем, что реки при приближении к дельте обычно текут по подчеркнуто равнинной местности. В связи с малыми уклонами происходит активизация процессов выпадения взвешенных твердых частиц на дно, и их аккумуляция. А аккумуляция наносов, в свою очередь, становится причиной постепенного поднятия дна — одной из особенностей равнинных и придельтовых участков русел. Поднятие происходит сравнительно медленно, и во многом является геологическим процессом. В зависимости от конкретного водотока и природных условий скорость поднятия дна может колебаться в пределах 1—50 мм в год.
В периоды весеннего половодья и дождевых паводков, когда уровни воды в реке превышают борта бытового русла, поток разливается по пойме. При этом на пойме происходит осаждение наносов из взмученного потока, и отметки поймы из года в год повышаются. Причем рост отметок наиболее интенсивен непосредственно у бортов бытового русла реки, и слаб на отдалении от них. В результате циклического повторения данного процесса происходит формирование особого поперечного сечения поймы, выражающегося в наличии отрицательного поперечного уклона поверхности (уклон «от реки»). Чем ближе к руслу реки, тем поперечный уклон круче, а с ростом расстояния от реки уклон уполаживается.
Совместное воздействие рассмотренных двух процессов — поднятия дна и образования поперечного уклона с падением «от реки» — приводит к возможности появления интенсивных наводнений: при многоводном половодье происходит катастрофический разлив реки по широкой долине, которая фактически оказывается ниже реки.
Описанные явления — одни из тех, которые следует учитывать при проектировании инженерных мероприятий, направленных на борьбу с наводнениями.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С НАВОДНЕНИЯМИ
Проектная документация на мероприятия против наводнений может предусматривать различные инженерные решения. К основным, применяемым в практике проектирования, можно отнести:
– увеличение пропускной способности реки;
– перераспределение стока реки в разрезе года;
– защитное обвалование реки.
УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
Увеличение пропускной способности речного русла направлено на изменение его гидравлических параметров. Основными проектными вариантами для данного решения являются:
1. Спрямление излучин — устранение последствий естественного миандрирования русла. При спрямлении излучин достигается увеличение общего уклона дна и уменьшение гидравлических потерь на поворотах и по длине водотока. В целом мероприятия по спрямлению являются разновидностью инженерных работ по выправлению трасс рек.
2. Расчистка русла — устранение последствий заиления и зарастания. Расчистка позволяет увеличить площадь живого сечения потока и снизить коэффициент шероховатости поверхности дна и берегов.
ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТОКА РЕКИ
Перераспределение стока реки во времени реализуется посредством проектирования искусственных водоемов меньшего или большего размера — прудов или водохранилищ. Такой водоем может быть образован грунтовой или бетонной плотиной. Водохранилище или пруд выполняет функцию регулятора расхода, поступающего в нижележащий участок реки: задерживает (аккумулирует) часть стока весеннего половодья или летних дождевых паводков, а с наступлением периода низких расходов (межень) сбрасывает удержанный ранее объём воды. С ростом размеров плотины и полезного объема водохранилища повышается аккумулирующая способность последнего. Аккумулирующая способность выражается коэффициентом емкости β:
β = Wплз/Wср.мн,
где:
Wплз — полезный объём водохранилища (разница между полным Wполн и мертвым Wмертв объемами);
Wср.мн — объем среднемноголетнего стока.
Фактическая величина коэффициента емкости водохранилища отражает тот вид регулирования стока, который последнее способно осуществлять:
– суточное неполное;
– суточное полное;
– недельное;
– сезонное;
– годичное;
– многолетние (позволяет перераспределять сток между отдельными годами — многоводными и маловодными).
Регулирование стока с помощью устройства прудов или водохранилищ является наиболее эффективным и надежным инженерным мероприятием по борьбе с наводнениями. Кроме того, запроектированное водохранилище является комплексным объектом, который может быть использован для организации водоснабжения, улучшения условий судоходства, развития речного и прудового рыбоводства, строительства гидроэлектростанций, снижения загрязненности стока.
ОБВАЛОВАНИЕ
Обвалование является одним из видов т.н. инженерной защиты. Проект защитного обвалования представляет собой две параллельные грунтовые дамбы, устраиваемые по обоим берегам вдоль русла реки. Гребень дамб обвалования проектируется на отметках, которые должны превышать максимальные уровни в водотоке в половодье расчетной обеспеченности.
Период высокого стояния вод длиться, за редким исключением, не более нескольких недель. В этом состоит принципиальное отличие дамб от плотин — дамбы большую часть года не воспринимают напора воды и остаются сухими. По этой причине при проектировании поперечного сечения дамб требования к противофильтрационным параметрам отсыпаемых в их тело грунтов существенно ниже, чем для грунтов, которые используются при строительстве плотин. Дополнительным фактором, позволяющим снизить требования к материалам тела дамб, является высокая мутность рек в периоды половодий: взвешенные частицы грунта, попадая в фильтрационный поток в грунтовом массиве дамбы, кольматируют (заполняют) грунтовые поры. Благодаря кольматации пор происходит торможение процессов развития фильтрации и суффозии. А депрессионная кривая в теле дамб из-за краткости периода половодья не успевает установиться на высоких отметках. Последнее обстоятельство особенно важно для низовых откосов, т.к. отпадает необходимость устройства для них дренажных мероприятий (дренажного банкета, наслонного дренажа и др.).
Схема расположения дамб обвалования (горизонтальный и вертикальный масштабы не равны)
При проектировании дамб обвалования на меандрирующих реках (т.е. реках с неустойчивым блуждающим руслом) особенно важен правильный выбор расстояния от дамб до берегов реки. В случае слишком близкого расположения к берегу дамба может оказаться в зоне непосредственного размывающего воздействия потока. Поэтому принимаемое в проекте фактическое расстояние между дамбами противоположных берегов устанавливается на основе изучения геоморфологии русла. Еще одним требованием к плановому расположению конструкций обвалования является отсутствие между дамбой и рекой естественного понижения местности. Наличие данного понижения ведет к тому, что в периоды подъема воды в реке, сопровождающиеся разливом потока по огражденной дамбами долине, может произойти смещение основного потока — поток «сваливается» из основного русла непосредственно в район понижения. Такое явление провоцирует образование нового русла реки или его рукава, которые в данном случае оказываются непосредственно у откоса дамбы обвалования. Однако конструкция дамбы в целях снижения ее стоимости не проектируется на сопротивление размывающей энергии воды в постоянном режиме, и такой длительный контакт потока с дамбой ведет к ускоренному размыву последней.