автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Наносохранилища на оврагах водосборов малых рек степной зоны

0046166ЛИ

На правах рукописи

ПЕРСИКОВА Людмила Владимировна

НАНОСОХРАНИЛИЩА НА ОВРАГАХ ВОДОСБОРОВ МАЛЫХ РЕК СТЕПНОЙ ЗОНЫ

Специальность: 05.23.07 - «Гидротехническое строительство»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 9 ЛЕК 2010

Новочеркасск 2010

004616630

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГОУ ВПО НГМА)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Мордвинцев Михаил Миронович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Румянцев Игорь Семёнович; кандидат технических наук, доцент Дандара Николай Титович

Ведущая организация - ФГОУ ВПО «Московский государственный

университет», Географический факультет, НИЛ эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева

Защита состоится «23» декабря 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д?220.049.02 в ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской области, ул. Пушкинская 111, НГМА, ауд. 339 (факс (8635) 22-44-59).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО НГМА, с авторефератом - на сайте академии Иир://тш. ngma.su.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью предприятия, просим направлять учёному секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «22» ноября 2010 года.

Учёный секретарь диссертационного совета

Латпенкова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Малые реки принимают значительную часть смываемого с водосборов твёрдого стока. Например, в руслах и на поймах малых рек бассейна р. Дон годовой слой аккумуляции наносов (в том числе продуктов смыва с распаханных земель) составляет от 3 до 20-50 мм.

Более 50% от общего количества наносов поступает в малые реки по ов-ражно-балочной сети, что способствует накоплению в руслах избыточного количества твёрдого материала и нарушает естественный баланс наносов в водотоках. Избыток наносов создает условия для отложения в руслах наносов, транспортируемых с вышерасположенных участков рек, что приводит к необратимым изменениям экологического состояния и морфометрических характеристик малых рек, их заилению и деградации. Развитию деградационных процессов способствует поступление в малые реки вместе с наносами химически растворённых веществ, в том числе биогенных. В результате перенасыщения малых рек твёрдым стоком и повышения минерализации речной воды, интенсивно развивается водная растительность, зарастают прирусловые отмели и береговые склоны, что приводит к усилению процессов евтрофирования. Это, в свою очередь, способствует дополнительному заилению русел наносами органического происхождения.

Устройство, так называемых, «противоэрозионных прудов» показало, что вместе с наносами в них аккумулируются и большие объёмы воды, которые «не доходят» до малых рек; большая часть этой воды испаряется (особенно в степной зоне), что снижает и без того малую водность этих рек.

По условиям транспортирования наносов малыми реками не весь твёрдый сток, поступающий в них из оврагов и балок, является нежелательным для реки. Часть твёрдого стока, которую река в состоянии транспортировать, может поступать в реку, а не задерживаться на подступах к ней. Для регулирования объёмов твердого стока, поступающего в малые реки из оврагов и балок, необходима разработка таких мероприятий и сооружений, которые обеспечивали бы благоприятный режим стока наносов по руслам рек и сохранение их водности за счёт поступающего в них жидкого стока с водосбора.

Целью диссертационной работы является разработка и научное обоснование сооружений по задержанию избытка наносов на подступах к малым рекам для предотвращения их деградации и восстановления подвергшихся деградации участков рек.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ влияния овражно-балочной эрозии на режим и состояние малых рек степной зоны;

- натурные исследования овражно-балочной сети, примыкающей к руслам малых рек, и оценка условий занесения русел наносами, поступающими из оврагов и балок;

- разработка и обоснование режима работы наносохранилищ, устраиваемых в оврагах и балках, примыкающих к русловой сети малых рек, а также водосбросных сооружений, обеспечивающих отвод воды из наносохранилищ;

- лабораторные исследования шандорного водосбросного сооружения наносохранилища для установления его параметров и водопропускной способности;

- разработка научно обоснованной методики расчёта наносохранилища и его водосбросного сооружения.

Научная новизна результатов проведенных исследований:

- впервые предложен критерий наносоудерживающей способности водоёма и обосновано условие возможности устройства наносохранилища в различных створах оврагов и балок;

- предложена усовершенствованная конструкция водосбросного сооружения наносохранилища, подтвержденная патентом на полезную модель 1Ш 84865 (зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 20.07.2009 г.);

- получены эмпирические формулы для вычисления коэффициента гидравлического сопротивления сооружения с шандорным входным оголовком для широкого диапазона параметров водосброса;

- предложена и внедрена методика расчёта и проектирования наносохранилища и его водосбросного сооружения.

Методы исследований. Работа выполнена путём проведения комплекс-

ных натурных, лабораторных и аналитических исследований. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках кафедры гидротехнических сооружений ФГОУ ВПО НГМА.

Достоверность научных результатов обусловлена проведением лабораторных гидравлических исследований с использованием законов подобия и гидравлического моделирования; применением при проведении лабораторных и натурных исследований средств измерения, аттестованных метрологической службой; применением современных методов обработки экспериментальных данных (ошибка расхождения 3-4%); сопоставлением полученных результатов по определению коэффициентов сопротивления шандорного перекрытия с результатами расчётов по известным зависимостям других авторов.

Практическую значимость работы составляют:

- усовершенствованная конструкция водосбросного сооружения наносо-хранилища, позволяющая регулировать твёрдый и жидкий сток в овражно-балочной сети и не допускать в реку заиливающие её фракции наносов;

- методика обоснования и расчёта наносохранилищ, а также рекомендации по её использованию в практике проектирования и эксплуатации.

Личный чклад автора. Постановка проблемы, формулирование задач, нахождение их теоретических и экспериментальных решений, научные и практические результаты, их анализ, а также окончательные выводы выполнены лично автором.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены в практику проектирования мероприятий по охране и восстановлению малых рек Ростовской области и, в частности, в проекте «Расчистка р. Глубокая в черте г. Миллерово Ростовской области», выполненном ФГУ «Южводпроект», г. Ростов-на-Дону, 2009 г. Расчётный экономический эффект составил 1,5 млн. руб. Результаты исследований также используются в учебном процессе в курсовом и дипломном проектировании при подготовке специалистов по направлению «Природообу-стройство и водопользование» и «Гидротехническое строительство».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на пленарных совещаниях Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых про-

цессов при МГУ им. М.В. Ломоносова (Новочеркасск, 2007 г.; Астрахань, 2010 г.) и девяти научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ФГОУ ВПО НГМА (Новочеркасск, 2000-2010 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, из них две работы в журналах, рекомендованных ВАК для публикаций результатов диссертационных работ, один патент на полезную «модель.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложений. Общий объём диссертационной работы составляет 184 страницы машинописного текста, включая 91 рисунок, 15 таблиц, 3 приложения, список использованных литературных источников из 91 наименования, в том числе 7 зарубежных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, определены цели и основные задачи работы, достоверность полученных результатов, изложены научная новизна и практическая значимость диссертационной работы, приведены сведения о структуре и объёме диссертации.

В первой главе дана характеристика овражно-балочной эрозии и её связи с состоянием русел рек-водоприемников; приведено обобщение и анализ существующих методов количественного прогноза овражно-балочной эрозии; рассмотрены современные методы защиты малых рек от избытка твердого стока; дан анализ состояния русел малых рек на участках интенсивной эрозии в «примыкающих» к ним элементах гидрографической сети.

Изучением овражно-балочной эрозии занимались многие исследователи, как в России, так и за рубежом, среди которых: Н.И. Маккавеев, И.И. Леви, Ц.Е. Мирцхулава, P.C. Чалов, Г.В. Железняков, Т.А. Неговская, М.Л. Прьггкова, В.Н. Гончаров, B.C. Лапшенков, Л.С. Кучмент, И.С. Румянцев, Е.Ф. Зорина, Г.В. Лопатин, В.Н. Голосов, А.П. Дедков, В.И. Мозжерин, W.H. Wishmeier, D.D. Smith, В.М. Ивонин, Ю.Г. Иваненко, Н.Г. Добровольская, Л.Ф. Литвин, Н.Т. Дандара, М.М. Мордвинцев, Н.К. Отверченко и др. Результаты этих исследований отражены в ряде научных трудов и широко используются в отечест-

венной водохозяйственной практике.

Наблюдаемый рост интенсивности водной эрозии почв на водосборах, а также недостаточность проводимых противоэрозионных мероприятий привели к значительному заилению русел малых рек (особенно в степной зоне Европейской части России). Большая часть наносов поступает в реки по овражно-балочным системам. Анализ условий формирования и развития оврагов и балок показывает, что антропогенные факторы играют здесь ведущую роль, а усилия по снижению интенсивности водоэрозионных процессов должны быть направлены на выявление и ликвидацию причин их возникновения.

Описанные в литературе методы расчёта смыва почвогрунтов с водосборов разработаны на основе наблюдений на ограниченных по размерам опытных участках, или на основе фиксации суммарного смыва почвенного покрова в пределах водосборов. Эти методы можно разделить на гидромеханические, учитывающие механизм процесса эрозии через донную размывающую скорость потока и физико-механические свойства грунтов, и статистические, учитывающие факторы образования и развития эрозии коэффициентами или параметрами, полученными на основе многолетних стационарных наблюдений.

Типичным представителем гидромеханического подхода к оценке смыва почв при дождевой эрозии является метод Ц.Е. Мирцхулавы. Статистические методы представлены методами-«моделями» W.H. Wishmeier и D.D. Smith, ГТИ и ВНИИЗ и ПЭ. Анализ известных методов прогноза эрозии показал, что в расчётах достаточно полно учитывается большинство факторов этого процесса, однако практическая реализация этих методов требует долгосрочных стационарных региональных наблюдений. При этом использование имеющихся рекомендаций в условиях, отличающихся от тех, в которых они были получены, требует корректировки расчётных зависимостей.

Задержание наносов на подступах к реке, как защитное мероприятие, дополняется комплексом мер, направленных на борьбу с водной эрозией на водосборе и в овражно-балочной сети.

Многие гидротехнические противоэрозионные мероприятия основываются на задержании стока воды валами, канавами, прудами. Такие мероприятия нельзя считать экологически обоснованными (с позиции сохранения водности

рек), так как при их реализации к рекам не допускаются значительные объёмы воды (которые испаряются). Указанные противоэрозионные приёмы можно применять только в сочетании с отводом воды в элементы гидрографической сети.

Выполненный анализ литературных источников показал, что локальность применяемых мероприятий не позволяет исключить поступление избытка твердого стока в реки. При их реализации снижается поступление жидкого стока, что приводит к истощению малых рек и их деградации. В этой связи необходима научно обоснованная система защиты рек от поступления в них избыточного количества наносов, включая комплекс мероприятий и сооружений, последним звеном которой является строительство наносохранилищ.

Исследованию потенциально-возможных участков гидрографической сети для реализации многоступенчатой схемы защиты малых рек от овражно-балочных наносов предшествовал анализ состояния русел рек непосредственно на участках примыкания к ним элементов гидрографической сети, подверженных интенсивной эрозии.

Анализ обширных материалов натурных исследований состояния русел малых рек Ростовской области, выполненных сотрудниками кафедры гидротехнических сооружений НГМА, показывает, что на интенсивность эрозионной деятельности водных потоков существенно влияют именно примыкающие к ним овраги и балки, как основные поставщики твёрдого материала в речные системы.

Таким образом, проблема защиты малых рек от поступления в них наносов по овражно-балочной сети требует дальнейшего изучения на всех этапах движения наносов в пределах водосборной площади. Необходима разработка комплекса мероприятий по методическому обоснованию местоположения, конструкции и параметров водосбросных сооружений в составе наносохранилищ, включая технические решения.

Во второй главе приведены результаты натурных исследований овраж-но-балочных потоков в гидрографической сети малых степных рек Ростовской области по установлению условий, определяющих размещение наносохранилищ, выбор отметок подпора и конструкций водосбросных сооружений.

Для натурных исследований были выбраны объекты в бассейнах рек Туз-лов и Быстрая, состояние которых типично для степной зоны и характеризуется высокой водно-эрозионной активностью.

В задачи исследований входило: обследование водных объектов и их физико-географическое описание; топографические и инженерно-геологические изыскания на объектах исследования и определение их морфометрических характеристик; измерение жидкого и твёрдого стока по оврагам и балкам непосредственно после выпадения осадков; оценка степени заиленности участков русел рек в зависимости от расположения оврагов и балок по длине реки.

При проведении исследований применялись общеизвестные методики выполнения топографических и гидрометрических изысканий.

При исследовании морфометрии овражно-балочной сети в бассейнах рек Быстрая (балка Бирючья, овраг Песчаный) и Тузлов (балка на северном склоне Новочеркасского холма) для её описания в теоретических схемах аккумуляции наносов в наносохранилищах использован коэффициент формы балки (В.А. Большаков) в виде

К =0>5'(<л + »л )''г'> (1)

где ¡л, /я, ц - уклоны левого и правого склонов, тальвега оврага (балки).

Для исследованных объектов диапазон значений ке изменялся от 200 до 5000. Результаты сопоставления расчётных и фактических батиграфических кривых, принятых в качестве критерия оценки, удовлетворительно согласуются (К2 > 0,85). Фактические значение к6 в значительной степени зависят не только от отношения осредненного уклона склонов к уклону тальвега, но и от абсолютного значения уклонов склонов оврага (балки).

Для оценки необходимости и возможности устройства наносохранилища в любом створе оврага (балки) предложено использовать показатель наносо-удерживающей способности водоёма, выражаемый соотношением

где бо - расчётный расход водотока, м3/с;

П„ - площадь наносохранилища в расчётном створе, в тыс. м2;

U - расчётная гидравлическая крупность наносов, м/с. При выполнении условия (2) для заданного расчётного расхода воды в пределах бьефа могут быть задержаны наносы крупнее расчётной фракции и

часть мелких наносов, в противном случае (——— > 1) - расчётные фракции

^мг ' Upan

наносов будут выноситься, заиляя русло реки, следовательно, в таком створе устройство наносохранилища нецелесообразно.

Оценка потенциальной наносоудерживающей способности створа размещения наносохранилища с использованием безразмерного показателя Qtl/(0.,„ ■ и^1сч) на натурных объектах показала, что для балок достаточен подпор до 3,0 метров, чтобы выполнить условие (2) (балка Бирючья - 2,3+3,2 м); для оврагов величина подпора превышает 4-5 м (овраг Песчаный - 5,5 м), что требует устройства капитального подпорного сооружения с соответствующим водосбросным сооружением (рис.1).

1,2,3,4 - балка Бирючья; 5 - овраг Песчаный; 6 - балка на северном склоне Новочеркасского холма

Рисунок 1 - Зависимость наносоудерживающей способности наносохранилшц от уровней воды в них (по намеченным створам)

Оценка занесения русел малых рек наносами из оврагов и балок по натурным объектам показала, что различие в результатах воздействия овражно-балочного потока на русло реки связано: 1) с несовпадением максимумов выноса наносов из оврагов и балок с максимумом расходов воды в реке; 2) с углом подхода овражно-балочного потока к руслу реки. При этом «реакция» русла такова: а) при большом угле входа величина дополнительного подпора уровня в реке от овражно-балочного потока больше, чем при малом угле, и в половодье

заносится в основном участок выше слияния потоков, а в межень наносы из оврага (балки) при ливневых расходах воды формируют конус выноса; б) при малом угле занесению подвергается преимущественно участок ниже слияния потоков.

В третьей главе разработана методика прогноза заиления наносохрани-лища с учётом особенностей его работы, а также схемы осаждения наносов в нём.

Наносохранилища являются небольшими прудами с кратковременным наполнением в процессе притока талых и ливневых вод, предназначенными для трансформации стока с целью осаждения фракций наносов крупнее расчётной (это наносы, которые речной поток не в состоянии транспортировать по руслу в данных конкретных условиях). Устройство наносохранилшц целесообразно только на эрозионноопасных оврагах и балках, в их устьевой части. Наносохранилища требуют периодической очистки, частота которой зависит от морфологии оврага (балки) и количества поступающего твёрдого стока.

В гидравлическом отношении режим течения в наносохранилище неустановившийся и неравномерный.

Водопропускное сооружение наносохранилища должно выполнять двойную функцию: во-первых, обеспечить при изменчивости расхода притока воды соответствующую этому расходу величину подпора уровня, необходимую для осаждения наносов; во-вторых, обеспечить пропуск максимальных расходов заданной вероятности превышения без перелива воды через гребень плотины. Если выполнение второго требования имеет вполне конкретное техническое решение (пропуск обеспечивается соответствующими размерами сооружения), то для выполнения первого требования необходимо нетрадиционное исполнение входного оголовка с гидравлическим обоснованием его конструкции.

Конструкции водосбросов из наносохранилшц могут быть весьма разнообразными: фильтрующая дамба, низконапорный порог с биологическим или бетонным креплением водосливной части, приёмный лоток с шандорным перекрытием, водоприёмная колонна и прочие. К исследованиям была принята конструкция входного оголовка водосбросного сооружения с шандорным (щелевым) перекрытием водоприёмного лотка (рис. 2).

4—: 1 - приемный поток; 2 -шандоры; 3-наносы Рисунок 2 - Водосброс-водоспуск с шандорным перекрытием

Топографическая схематизация наносохраниятца, как водоёма, принята по форме треугольной призмы с введением осреднённых по оврагу (балке) характеристик: уклона тальвега, уклонов правого и левого склонов.

Баланс притока и сброса водных масс в наносохранилищах за время Л выражается дифференциальным уравнением вида:

[&(')-&(*)]«* = П(й)«й , (3)

Используя приёмы приближенного интегрирования, получают уравнение (3) в конечных интервалах времени:

Оск = ЫОсг ~ 0.5&Л + к6 (й> - ^)/з]/'0,5Дг , (4)

где 2СР = (б0р + б»«)/2 - расход притока воды за расчётный интервал времени Д /; &к> боя - приток на конец и начало интервала; 0.СК - сброс на конец расчётного интервала (он же является сбросом на начало следующего интервала времени); Qcн - расход сбросного сооружения, может быть выражен зависимостью:

= (5)

где А = - параметр, характеризующий размеры и гидравлические сопро-

тивления конструкции входного оголовка водосбросного сооружения; принимается постоянным для принятой конструкции.

Совместное решение (4) и (5) позволяет получить неизвестные величины

к,,, и Оск для принятого интервала времени Ы:

й„ =

0,5ЛД/ + .|0,25Л2ДГ2 +4 --к.

2-й,

Для установления условий осаждения наносов в наносохранилище был выполнен анализ динамики изменения скорости потока по длине подпертого бьефа. Известно, что скорость потока в струе изменяется по длине обратно пропорционально расстоянию ¿от входного сечения:

и, =и0а/4Щ, (7)

где и0 - скорость потока на входе в наносохранилище (начальный створ); 60 - ширина потока в начальном створе; а - параметр изменения продольной скорости в струе.

Аналитическая оценка изменения параметра а, как функции глубины наполнения бьефа ( й ) и уклона тальвега (г',.) выполнена по зависимости

и, -^¿/Ь0

при и,

а

и ( = к/1т .

(8)

График зависимости приведен на рис. 3.

: А / / /

/

У /» / / 2-А /

у* ь У -А'' .-а

—п--

1,6 V о

Шкс): ♦ - 0,0002; Д - 0,0003; о - 0,0004;о - 0,001; 0-0,0013; в - 0,002; • - 0,0027 Рисунок 3 - Изменение параметра а от морфологических характеристик наносохранилища

Аналитическое выражение для параметра а (при Д2 =0,80^-0,97) имеет

вид:

а = 0№-(И/квУ»-иГ. (9)

Оценка динамики скорости в наносохранилшце по зависимостям теории турбулентных струй показала, что параметр изменения продольной скорости в струе обратно пропорционален коэффициенту формы балки и прямо пропорционален начальной скорости струи.

Возможность использования модели «квазиламинарного» режима осаждения взвеси при расчётах наносохранилища ограничивается расходами притока до 10,0 м3/с, при этом величиной необходимого подпора уровня воды варьируют в пределах 2-6 м.

Влияние неустановившегося режима (аккумуляция и сработка объёмов воды в наносохранилище) на изменение скорости потока по длине и во времени по отношению к установившемуся режиму определяют через скорость подъёма (сработки) уровня

(10)

а о, '

где 0,1 - площадь зеркала водоёма на всей длине; Ос - расход воды, сбрасываемый через створ наносохранилища; а = {д„ - параметр аккумуляции или сработки объёмов воды, можно выразить через скорость изменения уровня воды

« = —. (11)

(ОМ

Отношение названо нами гидролого-морфологическим показате-

лем наносохранилища (м/с), по результатам натурных исследований и обработки данных по существующим водоёмам па оврагах и балках (М.Я. Прыткова, И.В. Семенцов; М.М. Мордвинцев) варьируется в пределах 1 - 400-10~5. Время движения локальной массы воды составит:

' = =г,-М , (12)

где Го - время продвижения массы при установившемся движении с начальными параметрами ()д и IVо;

М = — = —--параметр неустановившегося движения для всего бьефа при

(„ 1 -а

Ci, = Q, (no B.C. Лапшенкову).

Анализ влияния неустановившегося режима движения потока в наносо-ранилище на про до лжите л ы юсть осаждения наносов показал, что при скоро-"П1 изменения уровня воды U2 до 1,0 м/сут. неустановившееся движение прак-ически не влияет на прохождение локальных масс воды в водоёмах (рис. 4). При больших значениях скорости изменения уровня физически обоснованные начеши параметра аккумуляции воды в наносохранилище (а) связаны с интенсивностью изменения уровня и реализуются только при вполне определенных значениях гидролого-морфологического показателя наносохранилища (Q0/Q2).

и, = I о

14 = 20

е.; = :

1.6 :10"5Jg (Oq/Qz)

Рисунок 4 - Изменение параметра неустановившегося движения в зависимости от гидролого-морфологического показателя и интенсивности подъема уровня воды м/сут.

Учитывая достаточно сложный режим движения потока в пределах наносохранилища, следует отметить особенности отложения наносов в нём. Так при неустановившемся режиме глубина погружения «потолка» мутного потока за время / снизится на величину

и Л

ь^м.

а

i+

{к\

(13)

где (/г, )0 - глубина потока в граничном створе, м.

При условии А, >(/!, )„ расчётные фракции наносов останутся в наносохранилище. В процессе заиления первоначальный объём наносохранилища уменьшится на величину объёма заиления - У,, и глубина погружения «потолка» мутного потока будет

16 а,

А/'

1 +

у;

(14)

Из зависимости (14) определяют время одного этапа заиления наносохра-нилшца (до установки дополнительных шандор):

Л„бо

б

•1п

(15)

По мере занесения наносохранилища расчётный подпорный уровень воды необходимо периодически поднимать.

В четвертой главе приведены результаты лабораторных исследований водосбросного сооружения наносохранилища с входным оголовком в виде сквозного шандорного перекрытия. Масштаб модели сооружения (1: 20) обоснован существующими методами гидравлического моделирования, исходя из критериев подобия гидравлических явлений Фруда /> и Рейнольдса Ке (рис 5).

ШШШШ&

ТУШ///Ж ! 5 \Ш/МЩ

1 - гидравлический лоток; 2 - плотина; 3 - подпорная решетка.

Рисунок 5 - Схема модели водопропускного сооружения наносохранилища

Параметры потока на модели измерялись с помощью мерного водослива (расход), шпиценмасштаба (уровни), металлической линейки (размеры элементов сооружения). Выполнена оценка погрешностей измерений физических величин в лабораторных условиях, относительная величина которых не превышала 3-4%.

В результате исследований установлено, что напор на сооружении

ЛЯ, = Я, - И2 при изменении поступающего на сооружение расхода 0 зависит

£

от сквозности шандорного перекрытия р =-, (где 3 - величина отверстий

между шандорами, м; .V - ширина шандоры) и расстояния между напорной гранью плотины и шаццорным перекрытием. В общем виде эту зависимость можно представить:

Щ =*Л-д\ (16)

где А = С, • р1 - Сг • р + С}; С, = 94,40а-0''"; С2 = 74,63а^1; С, = 15,22И'г1;

В = С4 • р2 - С, • р + С6; С4 = 3,97а"0,50; С5 = 2,87а-0'38; С6 = 1,09а-°17; Установлены закономерности изменения величины коэффициента сопротивления сооружения с шандорным входным оголовком и получены эмпирические зависимости для его определения

а) при /7=0,17 = 1,21 -7,88-^ + 108,55 Я2 = 0,951;

б) при Р =0,23 <;сжр = 0,74 • ^ - 7,14~- + 80,85 Я2 = 0,858; (17)

в) при р =0,33 с„„„ = 0,54.^1 -3,26^ + 39,55 Я2 = 0,908.

Диапазон использования полученных зависимостей ограничивается сквозностью шандорного перекрытия 0,17 < р <0,33.

Сопоставление полученных коэффициентов сопротивления решётки из шандор с данными других авторов указывает на общую закономерность его изменения. Вместе с тем, значительный разброс в данных различных исследователей свидетельствует о зависимости коэффициента сопротивления от параметров конструкции и условий протекания потока. Как видно из рисунка 6, наибольшее совпадение результатов автора наблюдается с результатами С.И. Егоршина и данными ВНИИГ им. Веденеева.

I - по Киршмеру; 1Г-поВОДГЕО(а-/ст1/(5 = 10,/)-1с„/б = 3,3); III - по Альтшулю; 1У-поВНИИГ(<1,6);

У-поЕторшииу(.Я-/ся/4' = 2,6 — /5 = 0,67); \'1-ло автору (а - Я,/о = 5, 6-Я,/а = 10) Рисунок 6 - Сопоставление полученных сР„, с данными различных авторов

Результаты исследований позволили разработать методику расчёта предлагаемой конструкции водосбросного сооружения наносохранилища.

В пятой главе даны рекомендации по установлению режима работы наносохранилища при пропуске паводка (половодья) и расчётных его параметров.

Расчет трансформации гидрографа паводка (половодья) наносохранили-щем при переменном притоке сводится к отысканию связи между сбрасываемым расходом воды и глубиной в наносохранилище на основе уравнения водного баланса и пропускной способности водосброса-водоспуска.

Приведены рекомендации по гидравлическому расчету водосбросного сооружения, включающие подбор параметров шандорного перекрытия при расчётных значениях сбросного расхода и глубины потока перед сооружением; по определению гидравлических сопротивлений сооружения.

Разработаны рекомендации по прогнозу объёмов и сроков заиления нано-сохранилищ. Продолжительность этапа заиления наносохранилища от начала работы до времени необходимости «наращивания» шандорной стенки определяется по зависимости (15). Большое значение имеет достоверность определения стока наносов, который потенциально может быть задержан в наносохранилище.

Предложены рекомендации по эксплуатационным мероприятиям. Сооружение не требует постоянной эксплуатации, но ему необходимы предпаводко-

вый и послепаводковый осмотры.

Разработаны рекомендации по определению экономической эффективности сооружения сопоставлением затрат на расчистку русла от наносов с затратами на строительство и эксплуатацию наносохранилища.

Схема алгоритма расчета наносохранилища представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Схема алгоритма расчета наносохранилища

Предложена усовершенствованная конструкция устройства водосбросного сооружения наносохранилища, позволяющая повысить эффективность осаждения наносов в хранилище в автоматическом режиме, новизна, которой подтверждена патентом.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Интенсивная водная эрозия почв на водосборах привела к значительному заилению русел малых рек и сокращению их длины, особенно в степной зоне Европейской части России. Анализ материалов натурных исследований малых степных рек Ростовской области показывает, что на интенсивность заиления и занесения рек наносами существенно влияют примыкающие к ним овраги и балки, как основные поставщики твердого материала'в речные системы. Локальность применяемых противоэрозионных мероприятий на водосборах не позволяет остановить поступление избытка твёрдого стока в реки, при этом снижается поступление жидкого стока, что приводит к истощению малых рек и их деградации. В этой связи необходима научно-обоснованная схема защиты рек от наносов, включающая комплекс мероприятий и сооружений, последним звеном которого является устройство наносохранилищ на оврагах и балках.

2. Оценка занесения русел малых рек наносами из оврагов и балок, выполненная по результатам натурных исследований показала, что различие в результатах воздействия потока оврага (балки) на русло реки связано: во-первых, с несовпадением максимумов выноса наносов из оврагов и балок с максимумом расходов воды в реке; во-вторых, с углом подхода овражно-балочного потока к реке. При большом угле входа величина дополнительного подпора уровня в реке от овражно-балочного потока больше и в половодье заносится, в основном, участок выше слияния потоков, а в межень наносы из оврага (балки) при ливневых расходах воды формируют конус выноса; при малом угле занесению подвергается преимущественно участок ниже слияния потоков.

3. В результате натурных исследований определены условия возможности устройства наносохранилища в расчётном створе оврага (балки) и требования, которые выражаются соотношением £?0/'Ця • V<1, позволяющие при заданном расчётном расходе воды в пределах бьефа обеспечить задержание наносов крупнее расчётной фракции и части мелких наносов. При £?0/£2„ -О^ > 1 -устройство наносохранилища в створе нецелесообразно.

4. На основе анализа условий движения потока в наносохранилище и

саждения наносов в нём сформулированы основные требования к водосброс-ым сооружениям в составе гидроузла наносохранилищ, которые должны еспечить каждому расходу соответствующую величину подпора уровня, не-ходимую для осаждения наносов крупнее расчётной фракции, а также про-ск максимальных расходов заданной обеспеченности.

5. В результате выполненных лабораторных исследований на модели андорного водосбросного сооружения наносохранилища получены зависимо-и для определения:

- действующего напора на сооружении от поступающего расхода воды и различной сквозности перекрытия р, а также при переменном расстоянии жду напорной гранью плотины и шандорным перекрытием;

- коэффициента сопротивления сооружения с шандорным входным ого-вком (диапазон использования этих зависимостей ограничивается сквозно-ью шандорного перекрытия 0,17 < р < 0,33);

- коэффициента сопротивления решетки из шандор, которые удовлетво-тгелыю согласуются с данными по 5-ти существующим зависимостям разных торов;

- относительного коэффициента расхода водосброса-водоспуска наносо-анилища.

6. Разработаны рекомендации по: расчету трансформации паводка (поло-дья) наносохранилищем; гидравлическому и статическому расчёту водо-росного сооружения наносохранилища; оценке объёмов и сроков заиления носохранилища.

Экономическая эффективность наносохранилища, установленная сопос-влением расчёта затрат на периодическую расчистку русла р. Глубокая в чер-г. Миллерово Ростовской области от вторичного заиления с затратами на роительство и эксплуатацию сооружения составила 1,5 млн. руб.

Диссертационная работа соответствует п. 5 «Создание условий для по-пнения экологической устойчивости речных экосистем» и п. 6 - «Восстанов-ние водных объектов и речной сети» паспорта научной специальности

05.23.07 - «Гидротехническое строительство».

Список работ, в которых опубликованы основные положения диссертации:

в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Лапшенков, B.C. Устойчивые русла малых рек в связных грунтах /

B.C. Лапшенков, М.М. Мордвинцев, JI.B. Персикова // Известия Орел ГТУ. Вып. 6. -2010 г. -0,32 п.л. (лично автором- 0,13 п.л.).

2. Персикова, Л.В. Гидравлический режим наносохранилищ 1 JI.B. Персикова, М.М. Мордвинцев // Мелиорация и водное хозяйство. - 2007.- №4. - 0,20 п.л. (лично автором - 0,1 п.л.).

а также в других изданиях:

3. Персикова, Л.В. Роль балок и оврагов в заилении русел малых рек / JI.B. Персикова, М.М. Мордвинцев // Эрозионные и русловые процессы: сб. тр. пленарного совещания Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ им. М.В. Ломоносова. Вып. 5 / Под ред. проф. P.C. Чалова. - М.: МАКС Пресс, 2010. - 0,45 п.л. (лично автором - 0,23 п.л.).

4. Персикова, Л.В. Задержание наносов на подступах к реке, как средство защиты нерестилищ от заиления / Л.В. Персикова, М.М. Мордвинцев //Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: сб. ст. Вып. 3 / Акад. водохозяйственных наук России; Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2001.— 0,23 п.л. (лично автором - 0,14 п.л.).

5. Персикова, Л.В. К вопросу задержания наносов в поймах малых рек / Л.В. Персикова // Актуальные проблемы мелиорации и водного хозяйства Юга России: сб. науч. тр. науч.-практ. конф. сотрудников, аспирантов и студентов НГМА (16-17 октября 2002 г.) / Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2002. - 0,14 п.л.

6. Персикова, Л.В. Некоторые результаты лабораторных исследований подпорного сооружения наносохранилища / Л.В. Персикова // Актуальные проблемы мелиорации и водного хозяйства Юга России: сб. науч. тр. науч.-практ. конф. сотрудников, аспирантов и студентов НГМА (16-17 октября 2002 г.) /

Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2002. - 0,32 п.л.

. Персикова, JI.B. Гидравлические исследования на модели шандорного подпорного сооружения наносохранилища / JI.B. Персикова // Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: сб. ст. Вып. 4 / Акад. водохозяйственных наук России; Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2003. -0,36 п.л.

. Персикова, JI.B. Оценка состояния русел рек на участках интенсивной эрозии в «примыкающих» элементах гидрографической сети / JI.B. Персикова // Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: сб. ст. Вып. 5 / Акад. проблем водохозяйственных наук России; Новочерк. гос. мелиор. акад.; отв. ред. П.А. Михеев. - Новочеркасск: ООО НПО «ТЕМП», 2005. - 0,32 п.л.

. Персикова, Л. В. Анализ условий осаждения наносов в наносохранилище / JI.B. Персикова, М.М. Мордвинцев//Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: сб. ст. Вып 6 / Акад. проблем водохозяйственных наук России; Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2007. - 0,23 п.л. (лично автором-0,12 п.л.).

0. Устройство водосбросного сооружения хранилища наносов: пат. RU 84865 U1 Рос. Федерация: МПК Е02В 8/02 (2006.01) / Персикова Л.В., Мордвинцев М.М.; заявитель и патентообладатель Новочерк. гос. мелиор. акад. -№2008146903/22; заявл. 27.11.2008; опубл. 20.07.2009, Бюл. №20. - 2 е.: ил.

Формат б0х841/16

/4 .11.2010 г.

Подписано в печать

Объём 1,0 уч. изд. листов. Тираж 100 экз. Заказ Л 263

№ Типография НГМА, 346428, г. Новочеркасск, у л. Пушкинская, 111

ВВЕДЕНИЕ

1 ВЛИЯНИЕ ОВРАЖНО-БАЛОЧНОЙ ЭРОЗИИ

НА ФОРМИРОВАНИЕ РЕЖИМА РЕК И ИХ СОСТОЯНИЕ

1.1 Характеристика овражно-балочной эрозии и её связь с состоянием русел рек

1.2 Анализ методов количественного прогноза овражно-балочной эрозии

1.3 Современные методы защиты малых рек от избытка твердого стока

1.4 Анализ состояния русел рек на участках интенсивной эрозии в «примыкающих» элементах гидрографической сети

Выводы по главе

2 НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОВРАЖНО-БАЛОЧНЫХ ПОТОКОВ В ГИДРОГРАФИЧЕСКОЙ СЕТИ МАЛЫХ РЕК РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

2.1 Цель, задачи и общая характеристика объектов исследования

2.2 Методика исследований и оценка точности измерений

2.3 Результаты исследований на балках и оврагах

2.4 Оценка занесения русел рек овражными наносами 81 Выводы по главе

КОНСТРУКЦИЯ СООРУЖЕНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ

ПАРАМЕТРОВ НАНОСОХРАНИЛИЩА

3.1 Принцип работы и обоснование местоположения наносохранилища

3.2 Конструкции водопропускных сооружений и требования к их параметрам

3.3 Обоснование характеристик и режима работы наносохранилища

3.4 Расчетная схема осаждения наносов в наносохранилище 118 Выводы по главе

4 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ШАНДОРНОГО ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ НАНОСОХРАНИЛИЩА

4.1 Цель и задачи лабораторных исследований

4.2 Экспериментальная установка и методика исследований

4.2.1 Экспериментальная установка

4.2.2 Методика проведения исследований и состав опытов

4.2.3 Контрольно - измерительная аппаратура и оценка погрешностей результатов измерений

4.3 Результаты лабораторных исследований

4.4 Сопоставление результатов определения коэффициента сопротивления решетки по известным зависимостям

Выводы по главе

5 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ НАНОСОХРАНИЛИЩ

5.1 Водно-балансовые расчеты наносохранилищ

5.2 Расчет водосбросного сооружения наносохранилищ

5.2.1 Гидравлический расчет водосбросного сооружения

5.2.2 Статический расчет водосбросного сооружения

5.3 Оценка объёмов и сроков заиления наносохранилищ

5.4 Эксплуатационные мероприятия

5.5 Рекомендации по оценке экономической эффективности строительства наносохранилищ

Выводы по главе

Актуальность проблемы. Малые реки, как водотоки низких порядков (первого, второго), находятся в прямом контакте со своими водосборами, принимая значительную часть смываемого с их площади материала. По мере увеличения порядка реки (по старшинству) эта связь становится все более опосредованной. Например, в русле и на поймах малых рек бассейна р. Дон годовой слой аккумуляции наносов (в том числе продуктов смыва с распаханных земель) составляет при длине рек до 10-25 км от 3 до 20-50 мм, более 100 км меньше 1 мм.

Более 50% от общего количества наносов поступает в малые реки по овражно-балочной сети, что способствует накоплению в руслах избыточного количества твёрдого материала и нарушает естественный баланс наносов в водотоках. Избыток наносов создает условия для отложения в руслах наносов, транспортируемых с вышерасположенных участков рек, что приводит к необратимым изменениям экологического состояния и морфометрических характеристик малых рек, их заилению и деградации. Развитию деградаци-онных процессов способствует поступление в малые реки вместе с наносами химически растворённых веществ, в том числе биогенных. В результате перенасыщения малых рек твёрдым стоком и повышения минерализации речной воды, интенсивно развивается водная растительность, зарастают прирусловые отмели и береговые склоны, что приводит к усилению процессов ев-трофирования. Это, в свою очередь, способствует дополнительному заилению русел наносами органического происхождения.

Устройство, так называемых, «противоэрозионных прудов» показало, что вместе с наносами в них аккумулируются и большие объёмы воды, которые «не доходят» до малых рек; большая часть этой воды испаряется (особенно в степной зоне), что снижает и без того малую водность этих рек.

По условиям транспортирования наносов малыми реками не весь твёрдый сток, поступающий в них из оврагов и балок, является нежелательным для реки. Часть твёрдого стока, которую река в состоянии транспортировать, может поступать в реку, а не задерживаться на подступах к ней. Для регулирования объёмов твердого стока, поступающего в малые реки из оврагов и балок, необходима разработка таких мероприятий и сооружений, которые обеспечивали бы благоприятный режим стока наносов по руслам рек и сохранение их водности за счёт поступающего в них жидкого стока с водосбора.

Целью диссертационной работы является разработка и научное обоснование сооружений по задержанию избытка наносов на подступах к малым рекам для предотвращения их деградации и восстановления подвергшихся деградации участков рек.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ влияния овражно-балочной эрозии на режим и состояние малых рек степной зоны;

- натурные исследования овражно-балочной сети, примыкающей к руслам малых рек, и оценка условий занесения русел наносами, поступающими из оврагов и балок;

- разработка и обоснование режима работы наносохранилищ, устраиваемых в оврагах и балках, примыкающих к русловой сети малых рек, а также водосбросных сооружений, обеспечивающих отвод воды из наносохранилищ;

- лабораторные исследования шандорного водосбросного сооружения наносохранилища для установления его параметров и водопропускной способности;

- разработка научно обоснованной методики расчёта наносохранилища и его водосбросного сооружения.

Научная новизна результатов проведенных исследований:

- впервые предложен критерий наносоудерживающей способности водоёма, выражаемый соотношением ———<1; и обосновано условие воз

•иР можности устройства наносохранилища в различных створах оврагов и балок;

- предложена усовершенствованная конструкция водосбросного сооружения наносохранилища, подтвержденная патентом на полезную модель 1Ш 84865 (зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 20.07.2009 г.);

- получены эмпирические формулы для вычисления коэффициента гидравлического сопротивления сооружения с шандорным входным оголовком для широкого диапазона параметров водосброса;

- предложена и внедрена методика расчёта и проектирования наносохранилища и его водосбросного сооружения.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты натурных и аналитических исследований по обоснованию необходимости и возможности устройства наносохранилищ;

- требования к водосбросным сооружениям наносохранилищ;

- результаты экспериментальных гидравлических исследований и полученные зависимости для оценки пропускной способности сооружений шандорного типа;

- методики расчета наносохранилища и его водосбросного сооружения;

- положения по эксплуатации и обеспечению надежности работы сооружений наносохранилища, включая оценку его занесения наносами.

Методы исследований. Работа выполнена путём проведения комплексных натурных, лабораторных и аналитических исследований. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках кафедры гидротехнических сооружений ФГОУ ВПО НГМА.

Достоверность научных результатов обусловлена проведением лабораторных гидравлических исследований с использованием законов подобия и гидравлического моделирования; применением при проведении лабораторных и натурных исследований средств измерения, аттестованных метрологической службой; применением современных методов обработки экспериментальных данных (ошибка расхождения 3-4%); сопоставлением полученных результатов по определению коэффициентов сопротивления шандорного перекрытия с результатами расчётов по известным зависимостям других авторов.

Практическую значимость работы составляют:

- усовершенствованная конструкция водосбросного сооружения нано-сохранилища, позволяющая регулировать твёрдый и жидкий сток в овражно-балочной сети и не допускать в реку заиливающие её фракции наносов;

- методика обоснования и расчёта наносохранилищ, а также рекомендации по её использованию в практике проектирования и эксплуатации.

Личный вклад автора. Постановка проблемы, формулирование задач, нахождение их теоретических и экспериментальных решений, научные и практические результаты, их анализ, а также окончательные выводы выполнены лично автором.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены в практику проектирования мероприятий по охране и восстановлению малых рек Ростовской области и, в частности, в проекте «Расчистка р. Глубокая в черте г. Миллерово Ростовской области», выполненном ФГУ «Южводпроект», г. Ростов-на-Дону, 2009 г. Расчётный экономический эффект составил 1,5 млн. руб. Результаты исследований также используются в учебном процессе в курсовом и дипломном проектировании при подготовке специалистов по направлению «Природообустройство и водопользование» и «Гидротехническое строительство».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на пленарных совещаниях Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ им. М.В. Ломоносова (Новочеркасск, 2007 г.; Астрахань, 2010 г.) и девяти научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ФГОУ ВПО НГМА (Новочеркасск, 2000-2010 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, из них две работы в журналах, рекомендованных ВАК для публикаций результатов диссертационных работ («Мелиорация и водное хозяйство, 2007 г., «Известия Орел ГТУ», 2010 г.), патент 1Ш 84865 Ш на полезную модель по заявке №2008146903/22; от 27.11.2008 г.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложений. Общий объём диссертационной работы составляет 192 страницы машинописного текста, включая 91 рисунок, 15 таблиц, 3 приложения, список использованных литературных источников из 91 наименования, в том числе 7 зарубежных.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Повышение, в современных условиях, интенсивности водной эрозии почв на водосборах привело к значительному заилению русел малых рек, особенно в степной зоне Европейской части России. Большая часть наносов поступает в реки по овражно-балочным системам. Анализ условий формирования и развития оврагов и балок показывает, что антропогенные факторы играют здесь ведущую роль, а усилия по снижению интенсивности водоэро-зионных процессов должны быть направлены на выявление и ликвидацию причин их возникновения.

2. Анализ материалов натурных исследований малых степных рек Ростовской области показывает, что на интенсивность заиления и занесения рек наносами существенно влияют примыкающие к ним овраги и балки, как основные поставщики твёрдого материала в речные системы. Локальность применяемых противоэрозионных мероприятий на водосборах не позволяет остановить поступление избытка твёрдого стока в реки, при этом снижается поступление жидкого стока, что приводит к истощению малых рек и их деградации. В этой связи необходима научно обоснованная схема защиты рек от наносов, включающая комплекс мероприятий и сооружений, последним звеном которого является устройство наносохранилищ на оврагах и балках.

3. Оценка занесения русел малых рек наносами из оврагов и балок, выполненная по результатам натурных исследований показала, что различие в результатах воздействия потока оврага (балки) на русло реки связано: во-первых, с несовпадением максимумов выноса наносов из оврагов и балок с максимумом расходов воды в реке; во-вторых, с углом подхода овражно-балочного потока к реке. При большом угле входа величина дополнительного подпора уровня в реке от овражно-балочного потока больше и в половодье заносится, в основном, участок выше слияния потоков, а в межень наносы из оврага (балки) при ливневых расходах воды формируют конус выноса; при малом угле занесению подвергается преимущественно участок ниже слияния потоков.

4. В результате натурных исследований обосновано условие возможности устройства наносохранилища в расчётном створе оврага (балки), которое выражается соотношением -ир <1. При выполнении условия при заданном расчётном расходе воды в пределах бьефа могут быть задержаны наносов крупнее расчётной фракции и часть мелких наносов. При О0/О.11Х -ир >1

- устройство наносохранилища в створе нецелесообразно.

5. Оценка потенциальной наносоудерживающей способности створа размещения наносохранилища по безразмерному показателю <20/(П1а-ир) на натурных объектах показала, что для балок достаточен подпор до 3,0 метров, чтобы выполнить условие О0/О.„х - ир< 1; для оврагов величина подпора превышает 4-5 м, что требует устройства капитального подпорного сооружения с соответствующим водосбросным сооружением.

6. Разработан режим движения потока в наносохранилище: осаждение происходит в относительно коротком бьефе, при неустановившемся режиме; предложена расчётная схема осаждения наносов в наносохранилище; выявлено влияния неустановившегося режима движения потока в наносохранилище на продолжительность осаждения наносов.

На основе анализа условий движения потока в наносохранилище и осаждения наносов в нём сформулированы основные требования к водосбросным сооружениям в составе гидроузла наносохранилищ. Водосбросные сооружения должны обеспечить при изменчивости расхода притока воды соответствующую каждому расходу величину подпора уровня, необходимую для осаждения наносов крупнее расчётной фракции, а также пропуск максимальных расходов заданной обеспеченности без перелива воды через гребень плотины.

7. В результате выполненных лабораторных исследований на модели шандорного водосбросного сооружения наносохранилища получены зависимости для определения:

- действующего напора на сооружении ЛЯ, = Я, - Я2 от поступающего расхода воды при различной сквозности перекрытия р, а также при переменном расстоянии между напорной гранью плотины и шандорным перекрытием а;

- коэффициента сопротивления сооружения с шандорным входным оголовком (диапазон использования этих зависимостей ограничивается сквозностью шандорного перекрытия 0,17 < р <0,33);

- коэффициента сопротивления решетки из шандор, и выполнено сопоставление результатов с расчетами по 5-ти существующим зависимостям других авторов, которое дает удовлетворительную степень сходимости;

- относительного коэффициента расхода для гидравлического расчета водосброса-водоспуска наносохранилища, как сооружения с шандорным перекрытием, а также без него.

8. Разработаны рекомендации по: водно-балансовому расчету наносохранилища; гидравлическому и статическому расчету его водосбросного сооружения; оценке объёмов и сроков заиления наносохранилища, где большое значение имеет достоверность определения стока наносов, который потенциально может быть задержан в наносохранилище. Предложены рекомендации по эксплуатационным мероприятиям сооружений наносохранилища и оценке экономической эффективности от строительства наносохранилищ.

Экономическая эффективность наносохранилища, установленная сопоставлением расчёта затрат на периодическую расчистку русла р. Глубокая в черте г. Миллерово Ростовской области от вторичного заиления с затратами на строительство и эксплуатацию сооружения составила 1,5 млн. руб.

1. Алиев ТА., Тарабанов И.В. Приложения гидравлики и динамики русловых потоков в задачах охраны малых рек степной зоны Российской Федерации: рекомендации / под ред. Д.В. Штеренлихта. М.: АВН, 1997. 228 с.

2. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов. Л.П. Гидравлика и аэродинамика: учеб. для вузов. М.: Стройиздат, 1987. 414 с.

3. Березинский А.Р. Гидротехническое строительство. М., 1958. 46 с.

4. Водосбор: управление водными ресурсами на водосборе / Рос. науч.-иссл. ин-т комп. исп. и охр. водн. ресурсов; под ред. A.M. Черняева. Екатеринбург: Виктор, 1994. 160 с.

5. Временные карты и номограммы для выполнения гидрологических расчетов / Южводпроект. Ростов н/Д., 1990. 103 с.

6. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: справ, пособие / ред. кол. Д.Д. Лаппо и др.. М.: Энергоатомиздат, 1988. 624 с.

7. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. Л.: ГИМИЗ, 1962. 374 с.

8. Грушевский М.С. Неустановившееся движение воды в реках и каналах. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 288 с.

9. Дедков А.П., Мозжерин В.И. Основные подходы к изучению изменений режима стока и их геоморфологических следствий // Причины и механизм пересыхания малых рек. Казань: Изд-во КазГУ, 1996. С. 9-26.

10. Дедков А.П., Мозжерин В.И. Соотношение между продуктами русловой и бассейновой денудации в стоке взвешенных наносов // тез. докладов Гидрологического съезда / Гос. гидрол. ин-т. М.: Гидрометеоиздат, 2005. С. 211-213.

11. Егоршин С.И. Водоприемники и сороудерживающие устройства гидроэлектростанций // Обзорная информация. М.: Информэнерго, 1978. С. 68-72.

12. Железняков Г.В., Неговская Т.А., Овчаров Е.Е. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока. М.: Колос, 1984. 432 с.

13. Зегжда А.П. Теория подобия и методика расчета гидротехнических моделей. JL: Госстройиздат, 1938. 164 с.

14. Зорина Е.Ф. География овражной эрозии / под ред. Е.Ф. Зориной. М.: Изд-во МГУ, 2006. 324 с.

15. Иваненко Ю.Г. Устойчивые потоки в неразмываемых и размываемых руслах. Новочеркасск: НПО Югмелиорация, 1990. 223 с.

16. Иванов А.Н., Неговская Т.А. Гидрология и регулирование стока. М.: Колос, 1979. 384 с.

17. Ивонин В.М. Экологическое обоснование земельных улучшений. Новочеркасск, 1995. 196 с.

18. Инженерные конструкции: учеб. пособие для вузов: В 2 ч., ч. 2 /

19. B.А. Волосухин и др.; Новочерк. гос. мелиор. акад.; Юж.-Рос. гос. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. 544 с.

20. Инструкция по определению расчетных гидрологических характеристик при проектировании противоэрозионных мероприятий по Европейской части СССР / Гос. гидрол. ин-т. JL: Гидрометеоиздат, 1979. 56 с.

21. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. М.: Энергия, 1972.313 с.

22. Костяков А.Н. Основы мелиорации. М.: Сельхозгиз, 1960. 621 с.

23. Кузнецов М.С. Противоэрозионная стойкость почв. М.: Изд-во МГУ, 1981.135 с.

24. Кусков JI.C. Гидрологические и водохозяйственные расчеты при эксплуатации водохранилищ. М.: Речной транспорт, 1957. 248 с.

25. Кучмент JI.C. Модели процессов формирования речного стока. Д.: Гид-рометеоиздат, 1980. 144 с.

26. Кюнж Ж.А., Холи Ф.М., Вервей А. Численные методы в задачах речной гидравлики: практическое применение / пер. с англ.. М.: Энерго-атомиздат, 1985. 256 с.

27. Лапшенков B.C. Гидротехническая рекультивация малых и средних рек в бассейне Дона: рекомендации, Ростов н/Д: Рост. кн. изд-во, 1979. 29 с.

28. Лапшенков B.C. К методике расчета заиления водохранилищ при неустановившемся движении потока // Тр. / Южгипроводхоз. Ростов н/Д, 1973. Вып. 14, ч. 1.С. 56-63.

29. Лапшенков B.C. Прогнозирование русловых деформаций в бьефах речных гидроузлов. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 239 с.

30. Лапшенков B.C. Противоэрозионные гидротехнические сооружения / Новочерк. гос. мелиор. акад. Новочеркасск, 1996. 100 с.

31. Лапшенков B.C. Расчет заиления водохранилищ при постоянном уровне и квазиламинарном режиме течения // Изв. АН Уз ССР. серия Техн. науки. 1965. №2. С. 58-63.

32. Лапшенков B.C. Русловая гидротехника: практ. пособие / Новочерк. гос. мелиор. акад. Новочеркасск, 1999. 408 с.

33. Лапшенков B.C., Отверченко Н.К., Мордвинцев М.М. Мелиорация малых и средних рек / Новочерк. инж.-мелиор. ин-т. Новочеркасск, 1994. 302 с.

34. Лапшенков B.C., Мордвинцев М.М., Персикова Л.В. Устойчивые русла малых рек в связных грунтах // Известия Орловского гос. техн. ун-та.2010. Вып. 6. С. 88-93.

35. Ларионов Г.А., Чалов P.C. Эрозионно-аккумулятивные процессы на водосборах и в руслах малых рек: проблемы и природоохранные вопросы // Малые реки центра русской равнины, их использование и охрана. М.: Моск. фил. Географ, о-ва СССР, 1988. С. 3-14.

36. Леви И.И. Динамика русловых потоков. М. Л.: Госэнергоиздат, 1948. 224 с.

37. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений. Л.: Энергия, 1967. 254 с.

38. Лопатин Г.В. Наносы рек СССР. М.: Географгиз, 1952. 189 с.

39. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в её бассейне. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 346 с.

40. Маккавеев Н.И. Сток и русловые процессы. М.: Изд-во МГУ, 1971. 115 с.

41. Маслов Б.С. Комплексная мелиорация: становление и развитие. М.: Россельхозакадемия, 1998. 280 с.

42. Маслов Б.С., Минаев И.В., Губер К.В. Справочник по мелиорации. М.: Агропромиздат, 1989. 384 с.

43. Методические рекомендации по прогнозу водной (дождевой) эрозии почв / ВАСХНИЛ, НТС Минводхоза СССР, ГрузНИИГиМ; разраб. Ц.Е. Мирцхулава. М., 1978. 61 с.

44. Методические рекомендации по проектированию комплексов противо-эрозионных мероприятий на расчетной основе / Ин-т ВНИИЗиЗПЭ. Курск, 1985. 167 с.

45. Мирцхулава Ц.Е. Надежность гидромелиоративных сооружений. М.: Колос, 1974.218 с.

46. Мирцхулава Ц.Е. Надежность систем осушения. М.: Агропромиздат, 1985.239 с.

47. Мирцхулава Ц.Е. Основы физики и механики эрозии русел. Л.: Гидро-метеоиздат, 1988. 303 с.

48. Мордвинцев М.М. Восстановление рек и водоемов: учебник для вузов по мелиоративным спец. / Новочерк. гос. мелиор. акад. Новочеркасск, 2003. 363 с.

49. Мордвинцев М.М. Научно-технические основы оценки состояния, защиты, восстановления и управления природно-техническими системами малых степных рек Нижнего Дона: дис. на соиск. учен, степени д-ра техн. наук. Новочеркасск, 2002. 321 с.

50. Мордвинцев М.М. Речные водохозяйственные системы на малых степных реках. Ростов н/Д: СКНЦ ВШ, 2001. 382 с.

51. Отверченко Н.К. Заиление водохранилищ при переменном уровне воды у плотины: автореф. Дис. канд. техн. наук. Ташкент, 1977. 24 с.

52. Панадиади А.Д. Вопросы проектирования регулирующей сети на осушаемых землях // Режим орошения и методика полевых научных исследований. М.: Колос, 1971. С. 113-116.

53. Персикова Л.В., Мордвинцев М.М. Анализ условий осаждения наносов в наносохранилище // Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: сб. ст. / Акад. проблем водохоз. наук России; Новочерк. гос. мелиор. акад. Новочеркасск, 2007. Вып 6. С. 80-84.

54. Персикова Л.В., Мордвинцев М.М. Гидравлический режим наносохра-нилищ // Мелиорация и водное хозяйство, 2007. №4. С. 63-64.

55. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик / Гос. гидрол. ин-т; под ред. A.B. Рождественского и др.. Л.: Гидроме-теоиздат, 1984. 448 с.

56. Прыткова М.Я. Географические закономерности осадконакопления в малых водохранилищах. Л.: Наука, 1986. 88 с.

57. Прыткова М.Я., Семенцов И.В. Методика комплексного изучения осадконакопления в малых водохранилищах. Ростов н/Д: Изд-во Рост, ун-та, 1989. 88 с.

58. Разработка научных основ создания гидротехнических мелиоративных систем на базе малых рек Нижнего Дона: отчет о НИР / Новочерк. гос. мелиор. акад.; рук. B.C. Лапшенков. Новочеркасск, 1985. 208 с.

59. Расход влаги лесом и полем в районах защитного лесоразведения / А.И. Михович и др. // Лесоводство и агролесомелиорация: респ. меж-вед. сб. Киев, 1970. Вып. 22. С. 61-63.

60. Расход жидкости в открытых потоках. Методика выполнения измерений при помощи стандартных водосливов и лотков: МИ 2122-90. Казань: ВНИИР, 1990. 73 с.

61. Руководство по определению расчетных гидрологических характеристик. Л., Гидрометеоиздат, 1973. 112 с.

62. Румянцев И.С. Природоприближенное восстановление и эксплуатация водных объектов / под ред. И.С. Румянцева. М., 2001. 285 с.

63. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов / пер. с англ.. М.: Мир, 1979. 287 с.

64. СН 423-71. Инструкция по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительстве, изд. офиц. М., 1979. 45 с.

65. СНиП 2.01.07-87. Нагрузки и воздействия взамен СНиП 2.01.07-85.. изд. офиц. / Госстрой России. М.: ФГУП ЦПП, 2004. 44 с.

66. СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений взамен СНиП 11-57-77. срок введ. 01.01.88.. изд. офиц. М.: Минэнерго, 1988. 32 с.

67. СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения срок введ. 01.01.04. / Госстрой России, изд. офиц. М., 2004. 34 с.

68. СП-33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик / Гос. гидрол. ин-т. Л., Гидрометеоиздат, 2003. 42 с.

69. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. В.А. Большакова. Киев: Вища школа, 1977. 280 с.

70. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. В.А. Большакова и др.. Киев: Вища школа, 1984. 343 с.

71. Теория турбулентных струй / Г.Н. Абрамович, Т.А. Гиршович и др.; под ред. Г.Н. Абрамовича. 2-е, перераб. и доп. изд. М.: Наука, 1984. 716 с.

72. Фидман Б.А. Измерение турбулентности водных потоков // Вопросы гидрологического приборостроения. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. С. 190-195.

73. Цивин М.Н. Электронная приставка для измерения скорости водного потока частотными датчиками: информ. листок № 595-84 / Ростовский ЦНТИ. Ростов н/Д, 1984. 4 с.

74. Чугаев P.P. Гидравлика: учебник для вузов. 4-е изд. Л.: Энергоатомиз-дат, 1982. 672 с.

75. Шарп Дж. Гидравлическое моделирование / пер. с англ.; под ред. С.С. Григоряна. М.: Мир, 1984. 280 с.

76. Шкура В.Н. Рыбопропускные сооружения. В 2-х ч. ч. 2. М.: Рома, 1999. 285 с.

77. Шнеер И.А. Переформирование русел рек: науч. тр. / Ташкент: Изд-во Ташкентского гос. ун-та, 1970. 165 с.

78. Экология Новочеркасска: проблемы, пути решения / Л.М. Родионова и др.. Ростов н/Д: СКНЦ ВШ, 2001. 410 с.

79. Экология эрозионно-русловых систем России: учебник / М.Ю. Бело-церковский, K.M. Беркович, P.C. Чалов и др.. М.: Географ, ф-т МГУ, 2002. 163 с.

80. Эрозия почв / Под ред. М.Дж. Киркби, Р.П.К. Моргана; пер с англ.. М., 1984.415 с.

81. Flood Studies Report. Vol. 3. Flood Routing Studies. Natural Environment Research Council 27 Charging Cross Road. London, 1975. 76 p.p.

82. Förthman E. Über turbulente Strahlausbreitung. Ing. Archiv, 1934. V.5. №1.

83. Gutmark E.,Wignanski I. The planar turbulent jet. I. Fluid Mech., 1976. v. 73. p. 3.

84. Wishmeier W.H. Predictinq Rainfall-Erosion Losses from Grolland East of the Rocky Mountains. Conservation. Agricultural Handbook, № 282. Agricultural Reseasch Service U.S. Departament of Agriculture, 1965.