Проектирование судоходных прорезей

Выбор направления эксплуатационных прорезей и отвалов грунта зависит от типа переката и его состояния. При назначении эксплуатационных прорезей основным исходным материалом является план последней русловой съемки, который отражает состояние переката на данный момент. Проверять устойчивость прорези расчетом не требуется. Поэтому применительно к эксплуатационным прорезям пользуются термином трассирование.

Практика дноуглубления выработала определенные рекомендации по трассированию эксплуатационных прорезей и отвалов грунта на наиболее распространенных типах перекатов. Рассмотрим возможные схемы расположения эксплуатационных прорезей на этих перекатах.

На перекате-перевале прорезь трассируют по линии наибольших глубин (рис. 7.3). Отвал грунта укладывают на верхнем побочне. Систематическая укладка отвала на побочень повышает его отметки и, как следствие этого, замедляет движение побочня вниз по течению. Нижний побочень смещается вниз с прежней скоростью, и в результате создается возможность трассировать прорезь по все более пологому направлению, улучшая тем самым условия движения судов.

Перекат с затонной частью являются одним из затруднительных для судоходства. Главная особенность таких перекатов состоит в том, что вал переката пересекает речное русло под очень малым углом. При меженных уровнях воды вследствие косого расположения перекатного вала течение на нем приобретает веерообразный характер с явно выраженным свальным течением от верхней плесовой лощины в затонскую часть. По мере понижения уровней вода, из-за растекания потока максимум скоростей на перекатном валу смещается от нижнего побочня к верхнему, где имеется наибольший поперечный уклон свободной поверхности. При повышении уровней воды воздействие вала переката на поток постепенно ослабевает и при высоких уровнях становится незаметным. Весенний поток движется почти параллельно берегам и несколько размывает корыто переката вблизи нижнего побочня.

В связи с указанными особенностями движения потока на перекате с затонской частью возможны два варианта трассирования эксплуатационной прорези. По первому варианту весенний судовой ход проходит через корыто переката вблизи нижнего побочня. В середине спада половодья по этому направлению разрабатывается прорезь, которую иногда называют прорезью нижнего положения (рис. 7.4 – прорезь I). Отвал грунта из-за недостаточной длины плавучего грунтопровода землесоса приходится укладывать на нижний побочень как можно дальше от прорези и делать его максимально распластанным. Однако в конце спада половодья и в межень вследствие растекания потока по перекатному валу скорости течения в прорези резко уменьшаются, и она начинает заноситься наносами. Одновременно поддержание судового хода вблизи нижнего побочня становится неблагоприятным и для судоходства. Составы, идущие сверху, испытывают действие свального течения в затонскую часть, которое особенно затрудняет буксировку плотовых составов. Толкаемые составы, движущиеся снизу при заходе в прорезь, располагаются бортами к сильному течению, идущему из затонской части и в результате могут сноситься вниз. Положение на перекате становится очень тяжелым и поэтому приходится трассировать новый судовой ход по крутому направлению вблизи верхнего побочня. Для этого разрабатывается прорезь, которую иногда называют прорезью верхнего положения (см. рис. 7.4 – прорезь II). Отвал грунта обычно укладывают на верхний побочень. Выполненная прорезь устойчива, мало заносится наносами, так как поддерживается течением. Заход в прорезь судов и составов снизу удобен. Однако движение судовых составов, идущих сверху усложняется из-за малого радиуса циркуляции при выходе из прорези в затонскую часть. Под действием течения и сил инерции буксируемые баржи получают раскат в сторону берега и не редко наваливаются на него. Во время следующего половодья ймеженный судовой ход полностью заносится наносами, спускающимися с верхнего побочня. а весенний, более плавный судовой ход вблизи нижнего побочня снова размывается.

Коренное улучшение перекатов с затонской частью достигается с помощью капитальных прорезей, прокладываемых через нижний побочень или возведением выправительных сооружений, перекрывающих затонскую часть.

Перекаты часто встречаются на разветвленных участках русла. В коротких двухрукавных разветвлениях русла обычно располагается пара перекатов – у приверха острова в одном рукаве и у ухвостья острова – в другом.

В верхней части судоходного рукава наибольшие глубины бывают у приверха острова, поскольку при обтекании потоком приверха скорости течения возрастают, и здесь развиваются явления размыва. Однако располагать прорезь у острова не следует по условиям судоходства. При заходе в прорезь сверху хвостовую часть, особенно плотовых составов, может затянуть течением в несудоходный рукав или навалить на приверх острова. Поэтому прорезь рекомендуется трассировать ближе к материковому берегу, а отвал грунта укладывать между прорезью и этим берегом (рис. 7.5).

Если в судоходном рукаве перекат располагается у ухвостья острова, то прорезь чаще разрабатывают ближе к материковому берегу, так как в застойной зоне за ухвостьем идет интенсивное отложение наносов (рис. 7.6). Крутизна прорези в этом случае зависит от соотношения расходов воды в рукавах: чем меньше расход воды в несудоходном рукаве, тем устойчивее прорези крутого направления, и, наоборот, при большом расходе воды в несудоходном рукаве устойчивее будет пологая прорезь.

Капитальные прорези, предназначенные для создания на затруднительном участке нового, более удобного судового хода, выполняют на основании проектов, содержащих гидравлические расчеты. Ширина капитальных прорезей всегда назначается в 1.2-1.5 раза больше гарантированной ширины судового хода. Это делается с целью привлечь в прорезь больший расход воды и тем самым создать условия для закрепления хода по новому направлению.

Наиболее распространенным видом капитальных прорезей являются прорези по отторжению нижнего побочня переката (рис. 7.7). К отторжению нижнего побочня приступают, когда существующий судовой ход сильно искривлен, а на побочне уже появились спрямляющие промоины, разработанные самим потоком во время половодий. Обычно причиной искривления судового хода является сближение верхнего и нижнего побочней. Более мощный нижний побочень смещается вниз по течению медленнее верхнего. Это приводит к все увеличивающемуся искривлению меженного судового хода. Для его поддержания приходится трассировать эксплуатационные прорези почти поперек русла. В результате их заносимость резко возрастает, что приводит к увеличению объемов эксплуатационного дноуглубления.

Капитальную прорезь обычно назначают по спрямляющей промоине, а отвал грунта чаще всего укладывают в виде сплошного вала на отторгаемом побочне.

Наиболее крупные капитальные прорези выполняют на разветвленных участках русла при переносе судового хода из одного рукава в другой. Такой перенос осуществляют, когда на участке разветвления русла наметилась тенденция к обмелению судоходного и размыву несудоходного рукава. Судовой ход почти всегда переносят из более длинного и искривленного в более короткий и прямой рукав. Этим не только достигается коренное улучшение условий судоходства, но и обеспечивается большая устойчивость нового судоходного хода. В коротком рукаве уклон свободной поверхности, а с ним – при прочих равных условиях – и транспортирующая способность потока больше, чем в длинном. Пример разработки капитальной прорези в развивающемся несудоходном рукаве рассмотрен на рис. 7.8.

В приведенных примерах коренное улучшение судоходных условий на перекатах достигалось только средствами дноуглубления. Однако нередко капитальные прорези выполняют в комплексе с возведением выправительных сооружений, что обеспечивает необходимое увеличение глубин в короткие сроки и стабилизацию судоходной трассы на длительный период времени.