автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Канализирование русел судоходных рек с целью повышение безопасности судоходства

На правах рукописи

Воронина Юлия Евгеньевна

КАНАЛИЗИРОВАНИЕ РУСЕЛ СУДОХОДНЫХ РЕК С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ СУДОХОДСТВА

Специальность 05.22.19 - «Эксплуатация водного транспорта,

судовождение»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2004

Работа выполнена на кафедре «Водных путей и гидросооружений» Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ, г. Нижний Новгород).

Научный руководитель

Кандидат технических наук, профессор Фролов Р.Д.

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор Малышкин А.Г. (ВГАВТ) Кандидат технических наук, доцент Журавлев М.В. (СПГУВК)

Ведущая организация

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет

Защита диссертации состоится « 03 »

марта

_2004 г.,

в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 223.0001.01 в Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: 603600, г. Н. Новгород, ул. Нестерова, 5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГАВТ.

Автореферат разослан « 28 »

января

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета докт. тех. наук

А.Н. Ситнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Судоходное состояние рек, степень их освоенности предопределяют провозную способность речного флота. В свою очередь, пригодность рек для развивающегося судоходства и плавания наиболее рентабельных большегрузных судов характеризуется величиной достигнутой глубины судового хода. Однако, в силу законов взаимодействия водного потока с сыпучей средой, составляющей ложе равнинных рек, за тысячелетия сформировались своеобразные очертания русел рек, заключающиеся в исключительно большой разнице между шириной и глубиной естественного русла. При планомерном увеличении транзитной судоходной глубины путем интенсивного дноуглубления естественная форма поперечного сечения русла претерпевает изменения.

В ряде случаев интенсивные дноуглубительные работы существенно сглаживают различия в параметрах плесовой лощины и переката по длине реки, превращая русла в «неоформленные каналы». Из-за недостаточно разработанного расчетного обоснования степени допустимого канализиро-вания русла нередко происходит значительная посадка уровня воды. В этом случае транзитные глубины в русле могут быть достаточными для судоходства, однако, в районах портов, оголовков водозаборов может произойти падение глубин, что негативно влияет на безопасность плавания, работу сооружений.

Целью работы является регламентация понятий естественной, судоходной, гидравлически допустимой, предельной глубин судового хода и их разграничения, а также обоснование критерия, позволяющего оценить степень перестройки русла в результате дноуглубительных работ, прогнозировать последствия вмешательства в естественный режим реки.

Для достижения поставленной цели в работе исследуются и решаются следующие значимые и актуальные задачи:

- определение изменения устойчивости русел в результате интенсивных дноуглубительных работ и существенного увеличения транзитной судоходной глубины;

- обоснование допустимых значений глубин судового хода с целью увеличения пропускной способности пути;

- разработка метода расчета роста объемов дноуглубительных работ, обеспечивающих достижение предельной глубины судового хода;

- определение степени влияния дноуглубления на посадку уровня воды.

Методы исследования. В процессе работы применялись методы модельных испытаний, моделирования с использованием пакета программ для решения инженерных задач, связанных с гидравликой потока STAR-CD, численной обработки результатов исследований, построение графических зависимостей.

Научная новизна и практическая значимостьрезультатов.

Введено понятие «предельно допустимой судоходной глубины», при достижении которой увеличение осадки судна невозможно из-за значительной посадки уровня воды при углублении перекатов.

Сформулировано и научно обосновано понятие «коэффициента, учитывающего изменение гидравлики потока при различной высоте гребня переката» для возможности определения степени канализирования русла и оценить насколько достигнутые на перекатах глубины приближены к предельно допустимым.

Предложен метод определения объемов дноуглубления для получения предельно допустимой судоходной глубины с помощью ПК.

Проведена адаптация пакета STAR-CD применительно к нахождению расстояния между двумя соседними перекатами, когда углубление нижележащего не влияет на верхний перекат.

Практическая иенностьрезультатов.

Выполненные в диссертационной работе исследования могут быть использованы Государственными Бассейновыми Управлениями водных путей при констатации степени превышения достигнутых глубин над гидравлически допустимыми и обоснования границ резерва возможного увеличения габаритов судового хода. Результаты исследований могут найти применение в проектных организациях при разработке генеральных схем улучшения судоходного состояния рек. Выявленная возможность дальнейшего увеличения судоходных глубин благоприятствует повышению провозной способности флота и может учитываться при строительстве судов повышенной грузоподъемности.

Апробаиия работы.

Основные результаты работы в процессе ее выполнения неоднократно докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях (Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ), 2000, 2001, 2003; Вологодского Технического Университета, 2000; Пермского Государственного Университета, 2002).

Публикации.

Основные теоретические положения, методические рекомендации и практические результаты работы опубликованы в 5 статьях и в материалах ряда конференций.

Структура работы.

Диссертация представлена в объеме 181 страниц машинописного текста; 71 рисунок, списка литературы, включающего 134 наименований, из них 19 на английском языке.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы диссертации, сформулированы основная цель и задачи исследований, а также показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрено влияние антропогенной нагрузки на речное русло и дан анализ современной ситуации на реках.

Во второй половине XX века резко усилилось антропогенное воздействие на природную систему в целом, что нередко приводит к общему нарушению процесса саморегулирования составляющих этой системы, возможному их разрушению, и в конечном итоге к негативным экологическим последствиям. По мере обновление речного флота судами повышенной грузоподъемности антропогенные факторы играют все большую роль в трансформации речных русел. Среди антропогенных факторов выявляются динамика преобразования территории бассейна, наличие плотин и водозаборов, механические изменения русла и поймы, изменение интенсивности антропогенной нагрузки во времени. Появление или исчезновение тех или иных видов нагрузки также определяет временной срез для руслового анализа. Например, начало 50-х годов XX века в России ознаменовано резким усилением механического изменения русел рек, которое заключалось в создании крупных гидроузлов и их каскадов, развитии добычи песчаного и гравийно-галечного аллювия из русел рек. На протяжении 1950-1980-х годов нарастали объемы дноуглубительных и выправительных работ на судоходных реках. Таким образом, начало 1950-х годов является временным рубежом, разграничивающим этапы развития русел крупных судоходных рек России. Наоборот, в силу экономических причин в 1990-е годы активность хозяйственной деятельности, связанной с руслами рек, резко снизилась. Однако, в последующем искусственная антропогенная перестройка русла возросла, вызывая его постепенное канализирование, обусловленное потребностью водного транспорта.

Одно из важнейших условий роста грузопропускной способности водных путей - увеличение габаритов водных путей и создание единых глубоководных межбассейновых водных систем. Рост судоходной глубины спровоцирован необходимостью создания благоприятных условий для эксплуатации современных большегрузных судов и составов. Значительное повы-

шение габаритов путей достигается двумя способами. На реках, обладающих большими энергоресурсами - строительством гидроузлов и превращением рек в каскад водохранилищ, а в ряде случаев - интенсивным дноуглублением и иногда выправлением. В подобных условиях все большую значимость стала приобретать необходимость решения задачи - расчетного согласования габаритных размеров судового хода с габаритами судов. Нахождение оптимума в этом комплексе способствует повышению пропускной способности водного пути и провозной способности флота, гарантирует безопасность судоходства. Несогласованность между поддерживаемой глубиной и возможной грузоподъемностью флота приводит к потерям его провозной способности.

Для достижения значительно увеличенных глубин необходимо гидравлическое обоснование предельных габаритов пути при оставлении рек в свободном состоянии.

Обоснование максимально допустимой судоходной глубины позволит, с одной стороны, раскрыть до конца все возможности речного потока и, с другой стороны, определить экономическую целесообразность обеспечения максимальной глубины посредством дноуглубления и выправления, а также оценить экологические последствия.

Несомненно, что регламентация для каждого участка реки, максимально допустимых габаритов судового хода (глубины и ширины) разрешит планомерно вести работы по дальнейшему повышению существующих габаритов пути на данной реке и установить на перспективу типы, размеры и грузоподъемность судов и составов.

Антропогенному воздействию подвержено большинство рек, а последствия такого вмешательства ярко выражены на р. Оке (Дзержинск — Н. Новгород), р. Волге (Городец - Н. Новгород), р. Белой (Уфа - Груздевка), р. Лене (Усть-Кут - Киренск) и др.

На р. Белой, как и на других судоходных реках Европейской части России, на протяжении десятилетий выполнялись дноуглубительные и выпра-вительные работы, направленные на увеличение глубин судового хода с целью включения реки в Единую глубоководную систему.

На участке Уфа - Груздевка реки Белой гарантированная глубина увеличивалась с годами, однако отметка проектного уровня значительно уменьшилась, что говорит о понижении уровня воды в результате углубления перекатов, а как следствие - происходит канализирование русла.

На реке Лена проектный уровень в течение ряда лет оставался величиной постоянной несмотря на понижение гребней перекатов, обеспечивая реальный рост глубин. Однако, при достижении двукратного увеличении гарантированной глубины (со 120 см до 220 см) появилось понижение

уровня воды. Для нормализации соотношения «глубина - обеспеченность проектного уровня», возникла необходимость понижения проектного уровня. В этой ситуации фактическое приращение глубины оказывается меньше величины понижения отметки гребня переката. Этот момент отвечает достижению гидравлически допустимых глубин. Далее понижение отметки дна будет обеспечивать все меньшее фактическое увеличение судоходной глубины.

Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованиям в области руслоформирующих процессов, позволяющим сформулировать основные задачи исследования, анализу изменения судоходных глубин для прохождения большегрузных судов и составов, рассмотрены современные подходы к обоснованию гидравлически допустимых глубин.

Еще в 1924 г. была впервые установлена связь между шириной и глубиной рек. Далее ряд ученых занимались проблемой согласования между собой различных параметров русла и потока. Большинство из них стремилось установить связь между геометрическими размерами русла и гидравлическими характеристиками потока.

Характеристики речного русла в большинстве случаев принимались в относительном виде - отношения глубины к ширине русла, радиусу закругления и др. При анализе глубин речного русла рассматривалось отношение к/Ь; длину плесовых лощин относили к ширине потока Ь/Ь. Подобные относительные безразмерные характеристики увязывались с различными типами руслового процесса и сопоставлялись между собой для сравнения показателей, позволяющих определить особенности естественных рек.

Взаимодействие руслового потока и грунтов, слагающих дно реки, характеризуется понятием «степень устойчивости русла». Разработано большое количество показателей, сводка и анализ которых приведены в работах С.Г. Шатаевой, Р.С. Чалова, Н.А. Ржаницына, Н.И. Маккавеева, И.Ф. Кара-сева, К.В. Гришанина.

Общая устойчивость русла достаточно тесно связана и с сезонными деформациями перекатов. При стоянии во время половодья высоких уровней транспортирующая способность потока на перекатах меньше, чем в плесовой лощине - здесь происходит отложение наносов. При спаде половодья и в межень на перекатах начинается медленный размыв гребней, а в плесовых лощинах - аккумуляция наносов. Этот цикл обусловливает необходимость ежегодного углубления перекатов на спаде половодья.

Интенсивность подобных деформаций перекатов, а значит и судового хода, связана с принципиальным различием в площадях живых сучений на перекатах и плесовых лощинах. В ходе многолетних дноуглубительных работ с целью увеличения судоходной глубины, установившееся за столе-

тия соотношение площадей претерпевает изменения, что обусловило необходимость исследования процесса оценки его влияния на стабильность судового хода.

Для оценки грузопровозной способности судов и составов установлена закономерность роста потребных судоходных глубин при увеличении грузоподъемности судов. Рост размеров судов и скоростей их движения требует больших запасов глубин под днищем, что стимулирует дальнейшее углубление транзитных участков водного пути. Для повышения провозной способности флота в 1970-е годы было разработано технико-экономическое обоснование дальнейшего развития Единой глубоководной системы Европейской части РСФСР, предусматривавшее увеличение гарантированной глубины до 4,5-5,0 м. Проблема рассматривалась с точки зрения роста гру-зопропускной способности водных путей и оценки затрат на путевые работы; при этом гидравлическое обоснование отсутствовало.

Для определения возможностей реки предложено несколько методик расчета гидравлически допустимых глубин. Однако, само понятие «гидравлически допустимая глубина» в некоторых случаях трактуется, как граничный рубеж, далее которого увеличить судоходную глубину невозможно. В других случаях величина гидравлически допустимой глубины четко увязывается с посадкой уровня воды без учета водности конкретной реки.

В ходе исследований произведен анализ состояния реки Волги на участке Балахна - Н. Новгород. В настоящее время достигнутые глубины на участке близки к гидравлически допустимым, вычисленным по методике ЛИВТа. Для оценки достоверности результатов вычислений по методу Ржаницына-Рабковой и Чернышова произведен анализ состояния реки Волги на участке Балахна - Н. Новгород при его углублении до 3,8 и 4,0 м.

Расчет посадки уровней при осуществлении дноуглубительных работ выполняется на ПЭВМ по программе, разработанной во ВГАВТ.

Если принять за основу утверждение, что гидравлически допустимая глубина обусловлена посадкой уровня 10 см, то по выполненным нами расчетам гидравлически допустимая глубина Волги (Балахна - Н. Новгород) соответствует 4,0 м. Результаты расчетов по методу Ржаницына-Рабковой и Чернышова показывают на возможность выдерживания больших глубин, выходящих за границу этой гидравлически допустимой. Таким образом, унифицированную регламентацию гидравлически допустимой глубины величиной посадки уровня без учета водности реки нельзя считать оптимальной. Методом экстраполяции установлено значение понижения уровня при гидравлически допустимых глубинах, полученных различными методами. При гидравлически допустимой глубине 4,7 м (метод Чернышова) посадка 16 см для реки Волги на рассматриваемом участке составляет 3,4 % и, по-видимому, не является недопустимой.

В третьей главе приведены результаты анализа влияния канализирова-ния на основные параметры русел на примере двух участков: р. Волги (Ба-лахна - Н. Новгород) и р. Оки (Дзержинск - Н. Новгород).

По продольному профилю построен график распределения глубин по годам (рис. 1).

Анализ графика показывает то, что при одной и той же глубине их обеспеченность понижается (АР¡, ДР2, АР3). Из-за перестройки продольного профиля реки происходит уменьшение процентного «содержания» длин участков с большими глубинами (5-6 м) по сравнению с меньшими. Таким образом, с ростом гарантированной глубины длина разрабатываемых перекатов увеличивается.

Анализ изменения степени устойчивости русла по формулам, предложенным Н.И. Маккавеевым (1), И.Ф. Карасевым (2) для приведенных выше участков показывает, что при росте судоходной глубины повышается устойчивость русла (рис. 2).

КоэффициентИ.Ф. Карасева

Здесь /-уклон,

В — ширина русла, м. Значение А), для устойчивого русла равно или больше 0.3.

Объяснением факта повышения устойчивости русла является то, что выемка грунта в зоне судового хода при планомерном наращивании глубины осуществляется в грунтах более плотного сложения, за счет чего дефор-

мация прорези уменьшается. Это приводит к сохранности габаритов судового хода в канализированном русле, что благоприятно влияет на грузопро-возную способность флота.

р Ока

ку

Ку, к<=; р Волга 1

1.0- -1500-

абсолютно устойчивое

03 100

устойчивое

02 20

зл

1Л-

абсолютно устойчивое

_0,3

устойчивое 02

зоо--

100

25

28

Рис. 2 Показатели устойчивости речных русел

Важной характеристикой степени деформируемости перекатов, а значит и судового хода, является динамика изменения типовых сечений на перекате и плесовой лощине при колебании уровней воды. В ходе исследования изменений степени сезонной деформируемости перекатов при постоянном канализировании русла нами рассмотрена динамика изменений зависимости площадей поперечных сечений от высоты уровня воды (рис. 3). При этом четко установлено, что разница между сечениями на перекате и плесовой лощине с годами уменьшается.

Наблюдаемая закономерность позволяет сделать вывод, что интенсивное дноуглубление существенно влияет на гидравлику протекания потока через плесовую лощину и перекат. Таким образом, при канализировании русла происходит выравнивание скоростного поля потока по длине русла, что ведет к стабилизации транзитного транспорта наносов и ослаблению сезонных деформаций.

Наряду с изменением режима протекания потока через перекат выявлено, что пересечение кривых происходит при более высоких отметках уровня воды. Данная тенденция указывает на уменьшение продолжительности половодья, когда площадь живого сечения на перекате больше площади живого сечения смежной плесовой лощины. В итоге продолжительность периода с преобладанием аккумуляция наносов на перекате сокращается.

-1-1-1-1-(-1-1-т-1-1-1-1-1-1-1-5»-

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 V},

Рис 3. Совмещенные графики © = /(#) для участка Балахна - Н. Новгород

С планомерным ростом габаритов судового хода прорезь все больше влияет на гидравлику потока. В ходе оценки степени влияния прорези на поток выполнен анализ изменения удельного по ширине русла расхода воды. Результаты исследования свидетельствует о происходящей концентрации расхода воды в зоне прорези, что также способствует стабилизации и судоходной глубины.

Увеличение судоходных глубин требует существенной интенсификации дноуглубительных работ. Общий объем дноуглубительных работ складывается из первичного и повторного, обусловленного заносимостью судоходных прорезей.

Для анализа первичного и повторного объемов дноуглубительных работ на реках Волге (Балахна - Н. Новгород) и Оке (Дзержинск - Н. Новгород) построены графики зависимости объемов работ (ТУ) от увеличения глубины судового хода (кг) (рис.4). Графики идентичны, что говорит о единообразном характере связи объемов дноуглубительных работ и увеличиваемых глубин в ходе канализирования русла. Принципиальным является выявленный факт - с увеличением гарантированной глубины разница в

значениях первичного' Xй" (осреднениий по группе перекатов первичный л

объем дноуглубительных работ, где - суммарный объем начальных

дноуглубительных работ на участке, п - число перекатов, на которых производились работы) и повторного X1*'» дноуглубления (осредненный повторный объем дноуглубительных работ, где - суммарный объем

повторных дноуглубительных работ) увеличивается. В ходе канализирова-ния русла объемы первичных работ достаточно интенсивно возрастают, в то время как объемы повторных работ увеличиваются менее интенсивно.

Замедленное увеличение объема повторных работ свидетельствует о постепенной стабилизации русла, т. е. неспособности реки вернуться к исходному состоянию и тем самым русло принимает форму канала.

\Л/.м3

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200

1

/ , /

л\Л/2 / /

( О

у /

), *

!

/

■—и— О

р. Волга

п п

400

300

200

100

1

/

/

/

р.Ока

п

Рис. 4. Графики связи судоходных глубин с объемами дноуглубительных работ

В четвертой главе диссертации выполнена разработка методических положений оценки влияния антропогенных факторов на канализирование и повышение грузопропускной способности русла, дана регламентация судоходных глубин с введением понятия «предельной глубины» и изложен метод определения объемов дноуглубительных работ для канализированных русел рек.

Под естественной глубиной можно считать долговременно не менявшуюся глубину. Нами условно принято, что такая глубина соответствует

периоду 1945-1955 годам. В этот период суммарные объемы дноуглубительных работ сравнительно невелики и стабильны.

В последующем потребность увеличения естественной глубины была обусловлена ростом грузооборота и использованием большегрузных судов и составов, что потребовало интенсификацию дноуглубительных работ. Достигнутую в результате этого глубину можно считать «современной глубиной». Такая глубина соответствует периоду 1960-1980 гг., когда объем дноуглубительных работ равномерно рос с увеличением глубины судового хода. В этот период было введено понятие «гидравлически допустимая глубина». Гидравлически допустимой (по Гришанину К.В.) называют такую глубину, при которой посадка уровня воды минимальна, т. е. не превышает 0,1 м. Характеристикой степени деформируемости дна была принята степень устойчивости русла Л/^А-^-В)"4'^1'* расход воды, м3/с.'). С помощью этой величины и отношения к/кр было предложено нахождение допустимого относительного приращения глубин. Однако утверждение о допустимой посадке воды 0,1 м нуждается в некоторой увязке с параметрами русла и потока. На реках, где И== 1 м посадка 10 см — 10%, что чревато последствиями. В.В. Дегтярев предложил принимать за максимально допустимую по гидравлическим условиям глубину, равную нормальной глубине потока, которая устанавливается в русле правильной параболической формы при определенном уклоне свободной поверхности и заданном расходе воды. Эта величина является условной, т. к. в природе практически не встречаются правильных поперечных сечений русла. Согласно формулировке Н.А. Ржаницына, под гидравлически максимальной глубиной понимается глубина судового хода, эквивалентная нормальной глубине потока в русле, имеющем ту же ширину по дну, что и ширина судового хода при уклоне свободной поверхности, равном уклону данного участка реки или реки в целом. Однако это понятие непосредственно относится лишь к трапецеидальным и прямоугольным формам живых сечений речных потоков. На самом же деле русло имеет переменную ширину по дну реки. Таким образом, до настоящего времени четкая граница гидравлически допустимой глубины отсутствует. Существует некая «размытая» зона, в границах которой находится это понятие.

Для решения вопроса о дальнейшей возможности углубления реки (при производственной необходимости и экономической целесообразности) требуется обоснование универсального для разных рек понятия «гидравлически допустимой глубины». Продолжение углубления русла за пределами гидравлически допустимой глубины при существенной посадке уровня возможно в тех случаях, когда это не вызовет потери глубины на акваториях причалов, судостроительных и судоремонтных заводов, не оголит водо-

заборные сооружения, в результате понижения уровня грунтовых вод не вызовет негативных последствий на пойме.

Эффективное использование транспортного флота влияет на уровень себестоимости перевозок. Наиболее полное использование грузоподъемности судов способствует увеличению объема перевозок и снижению затрат на перевозки. Для реализации этих положений необходимо четкое определение границ возможного использования реки.

В связи с уже совершившимся на ряде рек переходе за пределы гидравлически допустимой глубины без каких-либо серьезных негативных последствий, нами признано необходимым ввести понятие «предельной судоходной глубины», когда начиная с определенного этапа понижение отметки дна русла становится равноценным посадке уровня воды на этом участке реки.

В силу экологических и экономических условий практическое углубление русла до гидравлически предельной глубины не должно производиться. Однако «смещение» судоходной глубины за пределы «гидравлически допустимой» в сторону «предельной» может иметь место и в целом ряде случаев уже наблюдается (Верхняя Лена, Волга (Балахна - Н. Новгород), нижнее течение Оки, Нижний Дон, Белая).

При оценке степени канализирования русел рек исключительно важен учет посадки уровня воды на перекате и его распространение на плесовую лощину выше по течению. Очевидно, что чем больше русло приближается к форме канала, тем разница в глубинах на перекате и на плесе уменьшается, а, следовательно, и отношение падений уровней воды на перекате и плесовой лощине должно стремиться к единице. Для возможности определения степени канализирования русла нами вводится понятие «коэффициент, учитывающий изменение гидравлики потока при различной высоте гребня переката» т (рис. 5).

Величина коэффициента зависит от средних значений модуля расхода по сечениям плес-перекат-плес и представляет собой функцию от площадей.

К1 ( " ^

к2тХ

(3)

Здесь Ш1/Ш2 - отношение площадей на перекате и в плесовой лощине;

- среднее значение модуля расхода. Анализ кривых позволил вывести зависимость изменения коэффициента т от площадей живого сечения на перекате и в плесовой лощине:

т = 11а 0,045®/ (4)

где X - показатель отношения площадей живого сечения в районе переката и плесовой лощины при естественном состоянии русла реки до его углубления. Показатель X определяется по графику (рис. 6). ий-)

и>2

1.0

— граница предельной глубины

1 2000

и г 1970

{ 1960 /

т »• 1— -1--

Рис. 5. Графики зависимости

для реки Волги (Балахна- Н. Новгород)

3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 Я Рис. 6. График зависимости коэффициента

Последствия углубления переката в значительной мере сказываются и на величине т. С увеличением гарантированной глубины кривая зависимо-стремится к своему максимальному значению, равному 1.

Границей предельной глубины на реках рекомендуем считать коэффициент /п=0,8.

По полученному значению предельно допустимой судоходной глубины можно планировать использование судов большей грузоподъемности или обосновать возможную величину догрузки судна, а также оценить экономический эффект от более полного использования транспортного флота.

Поддержание современных судоходных глубин требует регулярного выполнения значительных по объемам дноуглубительных работ.

В результате решения задачи методом минимального квадратичного отклонения получена кривая роста суммарного объема дноуглубительных работ. График зависимости приращения объема дноуглубительных работ от увеличения глубины (рис. 7) построен на примере р. Волги и р. Оки.

Для обобщения полученной кривой предлагается уравнения роста объема извлекаемого грунта в результате увеличения глубины судового хода:

(5)

где: - увеличение объема дноуглубительных работ по отношению

к объему грунта, извлекаемого для поддержания естественной глубины; - приращение глубины на участке.

Принятое подразделение дноуглубительных работ на первичные и повторные в течение навигации носит несколько условный характер. В порядке уточнения этой градации работ предлагаются понятия «геометрический объем дноуглубления» и «гидравлический объем дноуглубления».

Геометрический объем зависит лишь от геометрических размеров прорези и характеризуется объемом извлекаемого грунта из прорези на перекате. Гидравлический же объем дноуглубления - это объем грунта при повторных в течение навигации углублениях переката, обусловленный воздействием речного потока на уже разработанную прорезь. Он должен учитываться с момента окончания разработки прорези (геометрический объем) до момента допустимой по условию судоходства заносимости уже разработанной судоходной прорези.

Для нахождения геометрического объема дноуглубления составленная программа, дающая наглядно представление о продольном профиле переката. Вычисление объема дноуглубительных работ на построенном с помощью сплайн-аппроксимации перекате велось с использованием метода интегрирования Симпсона (парабол).

По данным о глубинах судовых ходов и уровнях на гидрологических постах на реках Волге (Балахна - Н. Новгород) и Оке (Дзержинск - Н. Новгород) установлены закономерности заносимости прорезей после их разработки в результате первичной и повторных дноуглубительных работ (рис.8). Выявлено, что в течение всей навигации в зависимости от того, сколько раз разрабатывается перекат, график первоначальной интенсивной потери глубины имеет свой верхний предел заносимости, далее процесс заносимости стабилизируется и протекает по линейному закону. Представляет интерес и фактор длительности устойчивости прорези после ее очередной разработки.

На основании математических функций нами предложена формула для установления интенсивности потери глубины судоходной прорезью.

— = 0,02/ + С, при И>=12 сут., ^ АИ

0,015 +0,Обе*"1 где: а =-.,,,/■, л ;

0,1 +0,1.

- приращение потери глубины на перекате по отношению к величине углубления;

г - время заносимости прорези после углубления переката;. N количество углублений одного переката за период навигации; С- коэффициент, определяемый по графику (рис. 9).

Рис. 8. Обобщенные графики заноснмости прорезей:

а) после первичного дноуглубления,

б) после повторного дноуглубления,

в) после последующего повторного дноуглубления.

с. 0,3 -

0,2-

0,1

0

N

-0,11

Рис. 9. График определения коэффициента С дня нахождения второго периода заносимое™ прорези

Подставляя в зависимость (6) последовательно значения t (в сут.) производится построение графика интенсивности «подъема» дна прорези начиная с момента окончания дноуглубительных работ на нем. По кривой роста заносимости можно вычислить объем дноуглубительных работ для поддержания судоходной глубины. При канализировании русла реки гидравлический объем дноуглубительных работ уменьшается и судовой ход заносится значительно меньше. Это приводит к увеличению общего грузопотока через участок реки и к прямой экономической выгоде.

В пятой главе произведены исследования влияния канализирования русла реки Волги (Городец - Н. Новгород) и Оки в нижнем течении на провозную способность флота. Определена зона понижения уровня при кана-лизировании русла реки и на примере реки Волги (Городец - Н. Новгород) подсчитан объем дноуглубительных работ с помощью программы сплайн-аппроксимации.

Для оценки степени влияния прорези на одном перекате на соседний, (вышележащий) применена компьютерная программа STAR-CD.

Представляет интерес установление расстояния между соседними перекатами, когда существенное углубление нижнего не сказывается на положении поверхности воды на верхнем. Для решения поставленной задачи была разработана математическая модель с различным «межперекатным» расстоянием. Основным уравнением сохранения массы и импульса является поле скоростей. Для общих несжимаемых потоков жидкости и подвижной координатной структуры решаются уравнения сохранения массы и импульса (уравнения Навье-Стокса)

+ 5, •

(8)

где t - время движения жидкости с момента ее растекания по модели до момента установившегося режима;

х, - декартова координата 0 = 1,2, 3);

Л. - Иу-Ии, относительная скорость жидкости по отношению к локальной (подвижной) системе координат, которая движется со скоростью р - пьезометрическое давление.

Для создания модели перекатного участка применялся метод статической сетки объемного слежения (VOF). Согласно методу VOF отдельные частицы слежения используются в каждой ячейке по следующему уравнению перемещения:

где С - объемная концентрация тяжелой жидкости, U - вектор скорости.

Анализ посадки уровня воды на вышележащем перекате показывает приближение кривой (рис. 10) (АН - понижение отметки гребня переката по отношению к его высоте в естественном состоянии, - понижение уровня воды над гребнем вышележащего переката в результате углубления нижележащего) к значению Аг = 10 0%, что означает снижение влияния дноуглубительных работ нижележащего переката.

—С + и&ас1С = 0>

5/

(9)

3

75

ДИ, %

Рис. 9. График изменения глубины на гребне вышележащего переката при углублении нижележащего.

Кривая выклинивания посадки уровня воды (рис. 11) позволяет определить, что расстояние между двумя соседними перекатами, когда углубление ниженежащего не влияет на верхний перекат соответствует 5 длинам переката (А/ - понижение отметки уровня воды близ вышележащего переката в зависимости от увеличения глубины нижележащего).

Это условие следует учитывать при назначении величины и очередности углубления смежных перекатов.

В заключении в качестве выводов по диссертационной работе отмечается следующее:

- произведена регламентация судоходных глубин с введением понятия «гидравлически предельной глубины», при достижении которой величина углубления переката равноценна посадке уровня воды на нем;

- введено понятие «коэффициента, учитывающего изменение гидравлики потока при различной высоте «затопленного порога переката» с возможностью определения степени канализирования русла и оценки «расстояния», оставшегося до предельной;

- проведено исследование роста объемов дноуглубительных работ с увеличением глубины судового хода;

- предложен метод оперативного определения геометрического объема дноуглубления при различной толщине снимаемого слоя с помощью вычислительной техники;

- произведен анализ заносимости прорезей с последующей возможностью предопределения необходимых работ для поддержания судового хода;

- с целью назначения очередности углубления смежных перекатов установлено расстояние между двумя соседними перекатами, когда углубление нижележащего не влияет на верхний перекат.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Лёзина Ю.Е. Канализирование русла реки в результате интенсивных дноуглубительных работ (На примере участка реки Волги Горьковская ГЭС - Н.Новгород). / Ю.Е. Лёзина // Тр. «Динамика потоков и эрозионно-аккумулятивные процессы» / Моск. гос. ун-т. - 2000. - с. 83-86.

2. Лёзина Ю.Е. Трансформация поперечного сечения русла в условиях интенсивных дноуглубительных работ. / Ю.Е. Лёзина // Тр. к 70-летию ВГАВТ / Волжская гос. акад. вод. тр-рта. - Н. Новгород: ВГАВТ, 2000. - 4с.

3. Лёзина Ю.Е. Анализ роста дноуглубительных работ в результате увеличения гарантированной глубины. / Ю.Е. Лёзина // Тр. «Экология и безопасность эксплуатации судов и водных путей». / Волжская гос. акад. вод. тр-рта. - Н. Новгород: ВГАВТ, 2001, вып. 298. - с. 10-12.

4. Лёзина Ю.Е. Сплайн-аппроксимация продольного профиля переката. / Ю.Е. Лёзина, Р.Д. Фролов // Тр. «Экология и безопасность эксплуатации судов и водных путей». / Волжская гос. акад. вод. тр-рта. — Н. Новгород: ВГАВТ, 2001, вып. 298. - с. 13-16.

5. Воронина Ю.Е. Изменение судоходного состояния рек в результате канализирования русла. / Ю.Е. Воронина // Тр. «Динамика овражно-балочных форм и русловые процессы» / Моск. гос. ун-т. - 2002. — с. 76-81.

Подписано к печати 21.01.04 Формат бумаги 60x84 У16 Бумага офсетная Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ 624. Тираж 100.

Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО ВГАВТ 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

№ - 2774

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАНАЛИЗИРОВАНИЕ РЕЧНОГО РУСЛА

1.1. Судоходное состояние рек и антропогенная нагрузка на 12 речное русло

1.2. Анализ современных русел рек

2. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ РУСЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ГРУЗОПРОПУСКНУЮ СПОСОБНОСТЬ РЕК

2.1. Исследования руслоформирующих процессов рек

2.2. Параметры устойчивости естественных и канализированных русел судоходных рек

2.3. Исследование влияния дноуглубления на сезонные деформации перекатов

2.4. Образование грядового рельефа в прорези и его влияние 45 на судоходное состояние реки

2.5. Анализ изменения судоходных глубин для прохождения крупнотоннажных судов и составов

2.6. Современные подходы к обоснованию гидравлически допустимых глубин

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КАНАЛИЗИРОВАНИЯ НА ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РУСЛА (НА ПРИМЕРЕ Р. ВОЛГИ И НИЖНЕЙ ОКИ)

3.1. Влияние дноуглубительных работ на изменения параметров живого сечения русел

3.2. Влияние увеличения гарантированных глубин на степень устойчивости и сезонные деформации перекатов

3.3. Влияние параметров судоходной прорези на кинематику потока

3.4. Исследование связи объемов дноуглубительных работ с гарантированными глубинами

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА КАНАЛИЗИРОВАНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ГРУЗОПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ РУСЛА

4.1. Классификация судоходных глубин по гидравлике потока и грузоподъемности судов

4.2. Разработка метода определения предельно допустимых судоходных глубин канализируемого русла

4.3. Разделение объемов дноуглубления на составляющие

4.3.1. Геометрический объем дноуглубления

4.3.2. Гидравлический объем дноуглубительных работ

4.4. Разработка математической модели и программы определения геометрического объема дноуглубительных работ

4.5. Метод расчета заносимости судоходной прорези после ее разработки

4.6. Математическая модель исследования кривых свободной поверхности при канализировании русла

4.7. Модельные исследования кривой свободной поверхности перекатного участка

5. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КАНАЛИЗИРОВАНИЯ РУСЛА РЕКИ ВОЛГИ (ГОРОДЕЦ - Н. НОВГОРОД) И НИЖНЕЙ ОКИ НА ПРОВОЗНУЮ СПОСОБНОСТЬ ФЛОТА

5.1. Исследование зоны понижения уровня при канализировании

5.2. Определения геометрического объема дноуглубительных работ

Реки, озера и моря с незапамятных времен служили путями торговли, передвижения людей. Созданные природой эти естественные водные пути занимают доминирующее место в общей сети водных сообщений.

Искусственные водные пути, каналы и шлюзованные системы получили развитие лишь в последние два-три столетия и, несмотря на быстрый рост, составляют по длине небольшую долю всего протяжения водных путей, а естественные водные пути по-прежнему составляют значительную часть всех внутренних водных путей России.

В прошлом, при отсутствии дноуглубительного технического флота обеспечение судоходства ограничивалось лишь минимально необходимым для судоходства составом путевых работ, состоявших в указании границ и направлении судового хода навигационными знаками и в очистке судового хода от случайных препятствий - камней, карчей и т.п. На ранних этапах развития речного транспорта габариты судов были невелики, что сказывалось и на их грузопровозной способности. Размеры судов предопределяли гарантированные габариты судового хода, которые даже на крупных реках имели незначительные размеры. Наиболее важным габаритом, влияющим на грузопропускную способность пути, является глубина. Поэтому главная цель современных путевых работ состоит в углублении судового хода и его уши-рении (увеличении ширины судового хода на поворотных участках рек). На реках, остающихся в естественном состоянии, это достигается в основном с помощью дноуглубительных и, частично, выправительных работ.

Увеличение судоходной глубины спровоцировано необходимостью создания благоприятных условий для эксплуатации крупнотоннажных судов и составов.

В этой ситуации особую значимость приобретает проблема согласованности между габаритами судов и судового хода. Здесь значителен вклад ученых Волжской академии: Ваганов Г.И. [23], Малышкин А.Г. [69], Рыжов

JI.M. [89], Новосибирской академии - Дегтярев В.В. [40], Зачесов В.П. и многие другие. Однако работы ученых в большей степени были связаны с обоснованием возможных плановых габаритов толкаемых составов, учет параметров глубины рассмотрен не в полной мере.

Вторая половина XX века ознаменовалась интенсивным преобразованием человеком природы. В числе объектов антропогенного воздействия видное место занимают реки. По естественным габаритам русла даже крупные реки не пригодны для плавания современных крупнотоннажных судов и составов. В этой связи по мере увеличения грузоподъемности флота усилия человека были направлены на углубление многочисленных перекатов, спрямление крутых извилин. Для достижения поставленных целей велись и ведутся интенсивные дноуглубительные работы. Значительное увеличение объема землечерпания для обеспечения нормированных глубин объясняется интенсивными русловыми переформированиями как естественного происхождения, так и спровоцированными дноуглубительными работами.

В ряде случаев интенсивные дноуглубительные работы существенно изменили параметры русел рек, превратив их в «неоформленные каналы». Происходит так называемое «канализирование» русла реки. При грамотном подходе канализирование русла благотворно влияет на провозную способность флота, повышая ее. Однако, из-за недостаточно разработанного расчетного обоснования интенсивные мероприятия по увеличению глубин нередко сопровождались негативными последствиями: значительной посадкой уровня воды в реке, снижением уровня грунтовых вод на пойме, непредсказуемыми деформациями самого русла.

К настоящему времени проблема канализирования речных русел рек изучена недостаточно. Отсутствуют критерии взаимосвязи расхода воды, объема дноуглубительных работ и судоходной глубины в реках, которые своими параметрами приближены к форме канала с целью возможности роста грузоподъемности флота.

Планомерной работе по улучшению судоходной ситуации посвящены работы Сазонова АЛ. [90-92], Самогина Б .А. [93], Фролова Р.Д. [100-103].

Заметный вклад в решение ряда важнейших задач, связанных с параметрами русла, внесли Антроповский В.И. [6], Беркович К.М. [15], Гришанин К.В. [36], Дегтярев В.В. [38], Кустов Л.И. [54-57], Маккавеев Н.И. [64], Попов И.В. [75], Ржаницын Н.А. [81], Россинский К.И. [82], Серебряков А.В. [94-95], Снищенко Б.Ф. [97-98], Чалов Р.С. [104], Чернышов Ф.М. [111], Ша-таева С.Г. [114], Knighton D. [122], Stivens М.А. [129] и другие. Этими учеными дается решение многих теоретических и практических вопросов, связанных с русловыми процессами. В исследованиях большинства перечисленных авторов устанавливается связь между параметрами русла, расходами воды и уклонами свободной поверхности. Однако, в течение навигации расходы и уклоны не остаются постоянными, что не позволяет однозначно определить ширину и глубину русла.

Вопросами, связанными с устойчивостью речного русла занимались такие ученые, как Великанов М.А. [25], Журавлев М.В. [45-46], Маккавеев Н.И. [62], Ржаницын Н.А. [81], Шатаева С.Г. [114], Чалов Р.С. [108] и т.д. В результате проведенных анализов и расчетов появилось большое число коэффициентов устойчивости русел.

Большой вклад в области исследований кривых свободной поверхности внесли Бахметьев Б.А. [12], Гладков Г.Л. [27], Гришанин К.В. [32], Дол-гашов В.А. [41], Журавлев М.В. [46], Липатов И.В. [59], Ржаницын Н.А. [79], Сазонов А.А. [91], Серебряков А.В. [96], Чернышов Ф.М. [108], Чугаев P.P. [112] и др. При этом особую значимость имеют исследования Гладковым Г.Л. вопроса о степени распространения влияния дноуглубительной работы на вышележащие перекаты.

Целью работы является регламентация понятий естественной, судоходной (промежуточной), гидравлически допустимой, предельно допустимой глубин судового хода и обоснование границ между ними, а также введение критерия, позволяющего оценить степень перестройки русла в результате дноуглубительных работ, прогнозировать последствия вмешательства в естественный режим рек с целью увеличения грузопропускной способности судоходной реки.

Учитывая изложенное, автор в диссертационной работе исследует и решает следующие конкретные задачи:

- определение изменения устойчивости русел при существенном увеличении транзитной судоходной глубины в результате интенсивных дноуглубительных работ;

- обоснование допустимых значений глубин судового хода с целью увеличения пропускной способности пути;

- разработка метода расчета объемов дноуглубительных работ, обеспечивающих достижение требуемой глубины судового хода и нахождение связи между объемом работ и возможным ростом грузоподъемности судов;

- определение степени влияния дноуглубления на посадку уровня воды.

Научная новизна работы.

Научная новизна диссертационной работы заключается в регламентации понятий естественной, судоходной, гидравлически допустимой, предельной судоходной глубин судового хода, позволяющих прогнозировать последствия антропогенного воздействия на гидравлический и русловой режим рек. В работе для оценки степени канализирования русла предложено и обосновано новое понятие предельной глубины судового хода, при которой дальнейшее углубление переката равноценно посадке уровня воды на нем. Разработан метод определения предельной судоходной глубины для повышения грузопропускной способности участка пути. В работе получена формула для определения заносимости судоходной прорези в канализированном русле.

Объектом исследования являются участок реки Волги г. Городец -г. Н. Новгород, реки Оки г. Дзержинск - г. Н. Новгород. Дополнительно рассмотрены по существу канализированные участки рек Верхняя Лена, Обь ниже Новосибирска, Белая (Уфа - Груздевка).

Предметом исследования являются геометрические параметры углубления перекатных участков, их гидравлический режим и соотношение с габаритами транспортного флота.

В процессе планомерного увеличения судоходных глубин и соответствующего наращивания объемов дноуглубительных работ типичные для равнинных рек формы русла приобретают необратимые изменения. Гребни перекатов понижаются и значительно ослабляются их «подпорные функции». Отметки побочней повышаются, что приводит к увеличению гидравлического радиуса.

Таким образом, изменение параметров русла - его канализирование в целях судоходства существенно отражается на гидравлическом режиме реки.

Неоправданно большое углубление перекатов на значительных участках рек может привести к общей посадке уровня воды. И хотя транзитные глубины в русле будут увеличены, на акваториях портов они могут снизиться, негативно влияя на движение флота.

Методы исследования. В процессе работы применялись методы модельных испытаний, моделирования с использованием пакета программ для решения инженерных задач, связанных с гидравликой потока STAR-CD, численной обработки результатов исследований, построение графических зависимостей.

Автор выражает благодарность за оказание методической помощи в освоении решения задач с помощью пакета STAR-CD к.т.н., доценту кафедры Водных путей и гидротехнических сооружений ВГАВТ Липатову И. В.

Практическая ценность и реализация результатов.

Практическая ценность исследований заключается в разработке рекомендации по увеличению предельной судоходной глубины без серьезных отрицательных воздействий на русловой и экологический режим, что позволяет повысить грузопропускную способность незарегулированных участков рек.

Исследования автора могут быть использованы Государственными Бассейновыми Управлениями водных путей при констатации степени превышения достигнутых глубин над гидравлически допустимыми и обоснования резерва границ возможного увеличения габаритов судового хода. Результаты исследований могут быть использованы проектными организациями при разработке генеральных схем улучшения судоходного состояния рек. Выявленная возможность дальнейшего увеличения судоходных глубин благоприятствует повышению провозной способности флота и может учитываться при строительстве судов повышенной грузоподъемности.

Апробация работы. Основное содержание диссертации изложено в 5 печатных работах, опубликованных в сборниках научных трудов ВГАВГ (г. Н.Новгород), МГУ (г. Москва).

1. Лёзина Ю.Е. Канализирование русла реки в результате интенсивных дноуглубительных работ (На примере участка реки Волги Горьковская ГЭС - Н.Новгород). Сборник трудов «Динамика потоков и эрозионно-аккумулятивные процессы». М.: МГУ, 2000.

2. Лёзина Ю.Е. Трансформация поперечного сечения русла в условиях интенсивных дноуглубительных работ. Сборник трудов к 70-летию ВГАВТ, 2000.

3. Лёзина Ю.Е. Анализ роста дноуглубительных работ в результате увеличения гарантированной глубины. Сборник трудов «Экология и безопасность эксплуатации судов и водных путей», вып. 298. Н.Новгород: ВГАВТ, 2001.

4. Лёзина Ю.Е., Фролов Р.Д. Сплайн-аппроксимация продольного профиля переката. Сборник трудов «Экология и безопасность эксплуатации судов и водных путей», вып. 298. Н.Новгород: ВГАВТ, 2001.

5. Воронина Ю.Е. Изменение судоходного состояния рек в результате канализирования русла. Сборник трудов «Динамика овражно-балочных форм и русловые процессы». М.: МГУ, 2002.

Объем и структура работы. Диссертация содержит введение, 5 глав, заключение и выводы, приложения, рисунки, таблицы, изложенные на 181 страницах, список литературы содержит 134 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Научные исследования диссертанта направлены на определение возможной перестройки русла в результате дноуглубительных работ с целью увеличения грузопропускной способности водных путей в результате их канализирования.

В 1960-80 гг. произошло существенное обновление речного флота судами повышенной грузоподъемности и увеличенных габаритных размеров. Одновременно перед работниками пути была поставлена задача о планомерном увеличении гарантированных габаритов судового хода. На первом этапе этих дноуглубительных работ при относительно небольших габаритах судоходных прорезей гидравлический режим речного потока практически не претерпевал изменения. По мере увеличения габаритов судового хода стали заметны некоторые изменения в гидравлике потока. В процессе дноуглубления выявилась посадка уровня воды. Была предпринята попытка введения понятия гидравлически допустимой глубины. Однако это понятие не характеризуется достаточно четкими параметрами. В современных условиях, на ряде рек достигнутая гарантированная глубина существенно превышает эту гидравлически допустимую. В результате выравнивания глубин по длине реки (плес -перекат) и изменения формы поперечных сечений произошло канализирова-ние русел ряда рек с существенным изменением гидравлики речного потока. Данная ситуация не нашла надлежащего освещения в рамках научного исследования.

На участках ряда рек современная гарантированная глубина превышает ранее принятое понятие «гидравлически допустимой» глубины. При этом, в отдельных случаях не исключена возможность еще некоторого увеличения глубины судового хода.

Целью диссертационной работы является регламентация допустимых параметров дноуглубления для достижения максимальных глубин с точки зрения повышения грузопропускной способности незарегулированного участка реки.

Основными результатами диссертационной работы, имеющими практическую ценность, являются: впервые введено понятие «предельно допустимой судоходной глубины», при достижении которой величина углубления переката равноценна посадке уровня воды на нем, а увеличение грузопровозной способности флота за счет роста осадки судов невозможно; впервые введено понятие «коэффициента, учитывающего изменение гидравлики потока при различной высоте гребня переката» с возможностью определения степени канализирования русла и оценки «расстояния», оставшегося до предельной; проведено исследование роста объемов дноуглубительных работ с увеличением гарантированной глубины судового хода с целью повышения эффективности использования транспортного флота; сделан факторный анализ величин, влияющих на заносимость прорези для нахождения гидравлического объема дноуглубления; предложен метод определения геометрического объема дноуглубления для различной величины снимаемого слоя с помощью вычислительной техники; впервые произведен анализ заносимости прорезей с последующей возможностью предопределения необходимых работ для поддержания судового хода; установлено расстояние между двумя соседними перекатами, когда углубление нижележащего не влияет на верхний перекат с целью назначения очередности углубления смежных перекатов.

Проведенные исследования русел рек показали, что в ряде случаев интенсивное углубление перекатов ведет к канализированию русел, то есть происходит сглаживание различий в параметрах в плесовой лощине и на перекате. Подобное увеличение судоходной глубины может повлечь за собой существенную посадку уровней воды, что экономически не целесообразно и экологически небезопасно. При разумном и грамотном канализировании русла и расчетным обоснованием можно достичь положительного эффекта в увеличении объемов перевозок.

Результаты выполненных в диссертации научных исследований найдут практическое применение при определении объемов дноуглубительных работ, требуемых для поддержания гарантированной глубины судового хода, а также для оценки эффективности работы флота. Выявленная возможность дальнейшего увеличения судоходных глубин благоприятствует повышению провозной способности флота и может учитываться при строительстве судов повышенной грузоподъемности.

Научные положения диссертационной работы были одобрены на научно-технических конференциях ВГАВТ, Пермского Государственного Университета, Вологодского Технического Университета.

1. Алексеевский Н.И. Транспорт влекомых наносов при развитой структуре руслового рельефа.// Метеорология и гидрология./ Н.И. Алексеевский -1990, №9.-С. 100-105.

2. Алтунин С.Т. Регулирование русел рек при водозаборе.// С.Т. Алтунин -Сельхозизд., 1950.

3. Андреев О.В. Вопросы учета руслового процесса при проектировании мостовых переходов.// Лаборатория мостовых переходов УНИС МПС СССР. Сообщение №35. / О.В. Андреев, Н.А. Ярославцев Трансжел-дориздат., 1953.

4. Антроповский В.И. Гидроморфологические зависимости и их дальнейшее развитие.// Труды ГТИ, вып. 169 «Гидравлико-морфологические исследования рек и водоемов»./ В.И. Антроповский 1969.

5. Антроповский В.И. Исследование критериальных зависимостей при оценке русловых переформирований в нижнем бьефе ГЭС.// Труды ГГИ. Вып. 209 «Исследование морфологии»./ В.И. Антроповский 1973.

6. Антроповский В.И. Критерии зависимости типов руслового процесса. Труды ГТИ. Вып. 190.// В.И. Антроповский 1972.

7. Аполлов Б.А. Учение о реках. // Б.А. Аполлов М.: изд-во МГУ, 1960.

8. Барышников Н.Б. Антропогенное воздействие на саморегулироующуюся систему бассейн-речной поток-русло.// СПб./ Н.Б. Барышников, Е.А. Самусева изд. РГГМУ, 1999.

9. Барышников Н.Б. Гидромеханический анализ турбулентного руслового потока.// Уч. Пособие./ Н.Б. Барышников Л.: Ленинградский политехнический институт, 1985. - 83 с.

10. Барышников Н.Б. Динамика русловых потоков и русловые процессы.// Н.Б. Барышников, И.В. Попов Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 456 с.

11. Бахметьев Б.А. О неравномерном движении жидкости в открытом русле.// Б.А. Бахметьев Сиб., 1912. - 275 с.

12. Белинский Н.А. Об использовании закономерностей формирования речных русел при строительстве каналов.// «Метеорология и гидрология», №4, / Н.А. Белинский, Г.П. Калинин 1951.

13. Беркович К.М. Современная трансформация продольного профиля верхней Оки // Геоморфология./ К.М. Беркович 1993.

14. Беркович К.М. Антропогенные деформации русла реки Белой.// Сборник статей «Эрозия почв и русловых процессов». Вып. 13. Под ред. Профессора Чалова Р.С./ К.М. Беркович, Л.В. Злотина, JI.A. Турыкин М.: 2001. - С. 184-202.

15. Борсук О.А. Русловые процессы на средней Лене.// .// Сборник статей «Эрозия почв и русловых процессов». Вып. 13. Под ред. Профессора Чалова Р.С./ О.А. Борсук, А.А. Зайцев, О.М. Кирик, Р.В. Лодина, Р.С. Чалов М.: 2001. - С.203-228.

16. Бутаков Г.П. Формирование антропогенно обусловленного наилка на поймах рек Русской равнины.// Эрозионные и русловые процессы. Вып. 3./ Г.П. Бутаков, С.Г. Курбанова, А.В. Панин, А.А. Перевощиков, И.А. Серебренникова М.: 2000.

17. Бучин Е.Д. Обоснование оптимальных размеров поперечного сечения подходных каналов./ Е.Д. Бучин, Р.П. Пуртов Горький: 1970.

18. Бучин Е.Д. Причалы промышленных предприятий и их транспортные связи.// Е.Д. Бучин, А.П. Казаков М.: «Транспорт», 1967. - 123 с.

19. Ваганов Г.И. О соотношении габаритов судового хода и толкаемых составов.// Под ред. Проф Кустова Л.И./ Г.И. Ваганов М.: «Реч. транспорт», 1962.

20. Ваганов Г.И. Эксплуатация секционных составов.// Г.И. Ваганов М.: «Транспорт», 1974. - 192 с.

21. Ван Шу-Хуа. Особенности динамики русел, сложенных из мелких частиц. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. / Ван Шу-Хуа. М., 1960. - 24 с.

22. Великанов М.А. Проблема формирования речного русла.// Изд. АН СССР, т. XI, №4./ М.А. Великанов 1948.

23. Войнович П.А. Об уравнении размыва.// Известия НИИГ. Т. VI./ П.А. Войнович, М.А. Деменьтьев 1932.

24. Гладков Г.Л. Обеспечение устойчивости русел судоходных рек при дноуглублении и разработке русловых карьеров.// Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. / Г.Л. Гладков -С.-Петербург, 1996.

25. Гмурман В.Е. Теория вероятности и математическая статистика.// Учеб. Пособие. 7-е изд., стереотип./ В.Е. Гмурман - М.: Высшая школа, 1999. -479 с.

26. Горецкий Г.И. Формирование долины р. Волги в раннем и среднем ан-тропогене.// Г.И. Горецкий М., Наука, 1966.

27. Гончаров В.Н. Основы динамики русловых потоков.// В.Н. Гончаров -1954.

28. Гринберг 3.А. О морфометрических характеристиках рек.// «Метеорология и гидрология», №4./ З.А. Гринберг 1950.

29. Гришанин К.В. Водные пути.// Учебник для ВУЗов/ К.В. Гришанин, В.В. Дегтярев, В.М. Селезнев М.: Транспорт, 1986. - 400 с.

30. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. // К.В. Гришанин Л.: Гидрометеоиздат, 1969.-428 с.

31. Гришанин К.В. О механизме образования песчаных гряд.// Труды ЛИВТа. Выпуск XXXIV. Речной транспорт./ К.В. Гришанин Л.: 1962.

32. Гришанин К.В. Основы динамики русловых потоков.// К.В. Гришанин -М.: «Транспорт», 1990.-318 с.

33. Гришанин К.В. Теория руслового процесса.// К.В. Гришанин -М.: Транспорт, 1972. 216 с.

34. Гришанин К.В. Устойчивость русел рек и каналов.// К.В. Гришанин Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

35. Дегтярев В.В. Гидравлические возможности судоходных рек в свободном состоянии.// Труды НИИВТ. Вып. XXVIII «Повышение эффективности использования водных путей и затонов»./ В.В. Дегтярев, Ф.М. Чернышов-М.: Транспорт, 1968.

36. Дегтярев В.В. Опыт проектирования мероприятий по капитальному улучшению судоходных условий с использованием сооружений грунта.// Сборник статей по пути технического прогресса./ В.В. Дегтярев Омск, 1960.

37. Долгашев В.А. Расчет изменений отметок свободной поверхности при путевых работах на реках.// Труды НИИВТ. Вып. 65. «Гидравлические иледотехнические расчеты при выправлении рек»./ В.А. Долгашев, Ф.М. Чернышов -1971.

38. Доу Го-Жень. Вопросы устойчивости речных русел.// Труды 1П Всесоюзного гидрологического съезда./ Доу Го-Жень. JL, Гидрометеоиздат, 1960.

39. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программированию на языке Бейсик для персональных ЭВМ.// В.П. Дьяконов М.: Наука, 1989. -241 с.

40. Елисеева И.И. Общая теория статистики.// И.И. Елисеева, М.М. Юзба-шев М.: Финансы и статистика, 2002. - 402 с.

41. Журавлев М.В. Гидротехническое сооружение на повороте речного русла// Повышение пропускной способности портовых и судоходных сооружений.// Сборник ЛИВТа./ М.В. Журавлев С.П., 1987. - С. 184-190.

42. Журавлев М.В. Заносимость эксплуатационных прорезей, выполненных на повороте русла.// Сборник трудов ЛИВТа «Обеспечение судоходных условий на свободных и шлюзованных участках рек и работа транспортного флота»/ М.В. Журавлев С.П.: 1986. - С.154-160.

43. Зегжда А.П. Теория подобия и методика расчета гидротехнических моделей.// А.П. Зегжда М.: Госстройиздат, 1938.

44. Ибад-Заде Ю.А. Движение наносов в открытых руслах. // Ю.А. Ибад-Заде М.: Стройиздат, 1975. - 351 с.

45. Избаш С.В. Основы гидравлики.// С.В. Избаш М.: Госстройиздат, 1952. -С.404-413.

46. Кабанов А.В. Оценка транзитных глубин на судоходных реках.// Сборник статей. Современное состояние водных путей и проблемы русловых процессов./ А.В. Кабанов М.: 1999.

47. Карасев И.Ф. Русловые процессы при переброске стока.// И.Ф. Карасев -Л.: Гидрометеоиздат, 1973.52.53,54.