- •Глава 1. Внутренние водные пути России
- •1.1. Общая характеристика судоходных водных путей
- •1.2. Транспортная классификация внутренних водных путей
- •1.3. Государственное регулирование, надзор и содержание внутренних судоходных путей
- •1.4. Современное состояние и развитие инфраструктуры внутреннего водного транспорта
- •Глава 2. Речная система и водные ресурсы
- •Влагооборот на земном шаре
- •2.2. Бассейн реки. Речная сеть
- •2.3. Долина, пойма и русло реки
- •2.4. Речной сток и его характеристики
- •Глава 3. Движение воды и наносов в реках
- •4.1. Режим уклонов свободной поверхности воды
- •4.2. Гидравлические особенности движения речных потоков
- •4.3. Эксплуатационная скорость течения
- •4.4. Взаимодействие потока и русла. Речные наносы
- •Виды речных русел и русловые переформирования
- •4.6. Основные типы перекатов
- •Глава 4. Судоходные прорези на реках и судовые хода на водохранилищах
- •4.1. Определение минимальных габаритных размеров
- •Судовых ходов в реках и каналах
- •4.2. Требования к судоходным прорезям и роль отвалов грунта
- •4.3. Трассирование судоходных эксплуатационных прорезей
- •4.4. Заносимость эксплуатационных прорезей
- •4.5. Состав проекта капитальной прорези. Исходные данные
- •4.6. Примеры капитальных прорезей
- •4.7. Построение планов течения
- •4.8. Оценка устойчивости капитальной прорези
- •4.9. Спрямление пойменных извилин
- •Глава 5. Дноуглубление
- •7.1. Дноуглубительные работы. Судоходные прорези
- •7.2. Проектирование судоходных прорезей
- •7.3. Классификация дноуглубительных снарядов
- •7.4. Устройство и производительность дноуглубительных снарядов
- •7.4.1. Землесосы
- •7.4.2. Многочерпаковые снаряды
- •7.4.3. Одночерпаковые дноуглубительные снаряды
- •7.5. Перемещения земснарядов по прорези
- •7.6. Извлечение грунта земснарядами
4.8. Оценка устойчивости капитальной прорези
Капитальная прорезь обычно оказывается расположенной в границах одной-двух плановых струй. Об устойчивости прорези можно судить, рассчитав начальные деформации дна на площади этих струй. Предварительное качественное заключение об устойчивости прорези можно составить, не прибегая к расчету деформаций, а основываясь только на сведениях о распределении скоростей течения по длинам струй. Для этого расход струи делят на площадь ее поперечного сечения (площадь легко подсчитывается на поперечных сечениях русла с нанесенными на них границами струй). В тех же сечениях вычисляются значения неразмывающей скорости течения. По результатам расчетов строят совмещенные графики изменения скоростей по длине струи vcp=vср(l) и vнp=vнр(l) (рис. 4.17, а).
Рис. 4.17. К расчету деформаций дна в плановой струе:
а – график изменения скоростей по длине струи; б – совмещенные продольные профили дна
Если значения скоростей течения в струе больше значений неразмывающей скорости, т.е. vcp>vнp, это значит, что по всей длине струи происходит перемещение наносов. Тогда на участках, где скорость течения по длине струи возрастает (дvcp /дl > 0), должен происходить размыв дна, а на участках, вдоль которых скорость падает (дvcp /дl < 0), должен идти намыв.
Там, где скорость не изменяется, дно будет оставаться стабильным. Интенсивность деформаций будет тем больше, чем больше превышение скорости течения над неразмывающей скоростью. Если на отдельных участках струи или по всей ее длине скорость течения меньше неразмывающей, т.е. vcp<vнp, размыв дна невозможен. Однако здесь могут откладываться наносы, поступающие с вышележащего участка реки во взвешенном состоянии. Поэтому, получив в зоне расположения прорези скорости меньше неразмывающей, следует рассматривать этот результат как свидетельство неустойчивости прорези. Правильно запроектированная прорезь должна «привлекать воду».
Расчет деформаций дна проводится на основе баланса наносов, т.е. путем применения уравнения деформации (2.52). Так как расчет выполняется для фиксированного уровня воды, то входящая во второй член уравнения производная от средней высоты дна по времени может быть заменена взятой со знаком минус производной от средней глубины:
Введя после этого ширину сечения под знак производной, будем иметь уравнение деформации
(4.19)
Уравнение (4.19) решается в конечных разностях. Если t есть начальный момент, а ∆t – выбранный интервал времени, то площадь i-го поперечного сечения плановой струи на момент t + ∆t определяется следующим выражением:
(4.20)
Как видно из уравнения (4.20), приращение площади ω, вызванное деформацией дна, определяется разностью расходов наносов в данном и вышележащем расчетных сечениях струи. Длина ∆l – есть расстояние между этими сечениями: . Разностная схема такого рода называется «левой». Ее применение в расчетах деформаций дна обусловлено тем, что связь между расходом наносов и площадью поперечного сечения обратная. При этом характере связи «левая» схема является устойчивой, а «правая», т.е. использующая вместо сечения li-1 сечение li+1 – неустойчивой. Интервал времени ∆t берется равным 5-10 сут. Отметка дна в i-м сечении после деформации находится по формуле
(4.21)
где: В – ширина струи.
Разность выражает деформацию дна в i-м сечении за время ∆t.
Так как расчет делается при уровне воды, равном рабочему уровню дноуглубления, а обычное время разработки капитальных прорезей – межень, то значения расхода Qs определяются по формулам расхода влекомых наносов, например (2.40) или (2.41). Ввиду малой точности этих формул, получаемые в результате расчетов приращения высоты дна, имеют ориентировочный характер. Однако сравнение их значений на двух участках струи дает вполне достоверное представление о соотношении интенсивности деформаций на этих участках. То же самое следует сказать и о деформациях, полученных для двух вариантов прорези. Если абсолютные значения деформаций могут быть неточными, то отношения этих значений определяются с достаточной надежностью и, следовательно, мы можем иметь правильную количественную оценку того, какова скорость размыва или намыва одной прорези по отношению к скорости размыва или намыва другой.
В целях наглядности результаты расчета деформаций представляют в виде совмещенных продольных профилей дна на моменты времени t и t+∆t. Эти профили удобно помещать на одном рисунке с графиками изменения скоростей (рис. 4.17, б).