автореферат диссертации по транспорту, 05.22.17, диссертация на тему:Резервы обеспечения судоходных глубин на водных путях ибири при резком снижении производства землечерпательных работ

п 1з и и 2 3 01а 1335

НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи УДК 551.48:627.42.2.5

Кабанов Анатолий Васильевич

РЕЗЕРВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СУДОХОДНЫХ ГЛУБИН НА ВОДНЫХ ПУТЯХ СИБИРИ ПРИ РЕЗКОМ СНИЖЕНИИ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕМЛЕЧЕРПАТЕЛЬНЫХ РАБОТ

Специальность 05.22.17- "Водные пути сообщения

и гидрография"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Новосибирск 1995

Работа выполнена в Новосибирской государственной академии водного транспорта.

Официальные оппоненты:

Рощупкин Дмитрий Васильевич- докт. техн. наук, профессор, Стариков Александр Степанович- докт. техн. наук, профессор, Чалов Роман Сергеевич- докт. географ, наук, профессор.

Ведущая организация: Государственное предприятие "Водные пути Обского бассейна".

Зацита диссертации состоится " -И " пек&суэя 1995г. в - часов на заседании диссертационного совета Д 116.05.01 при Новосибирской государственной академии водного транспорта по адресу: 630099, г.Новосибирск, ул.Щетинкина, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГАВТа. Автореферат разослан " М " октА<&А 1995г.

Учёный секретарь диссертационного.совета Д 116.05.01 профессор

.Я.Зернов

ОНДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Б развитии экономики Сибири весомая роль принадлежит путевым работникам водного транспорта, обеспечивающим условия доставки массовых грузов в северные районы речных бассейнов- в низовья Оби, Енисея и Лены. Речникам ещё много предстоит сделать по доставке грузов. Более половины протяжённости водных путей бассейнов рек Сибири в потенциале имеют резервы дальнейшего освоения, особенно недостаточно исследованы малые (боковые) оекя глубинных районов. В Иртышском, Обском и Ленском бассейнах малые реки составляют общей протяжённости водных путей.

Наиболее перспективными в транспортном отношении являются реки районов газонефтяных месторождений и Обского Заполярья: Надым, Пур, Таз, Васюган, Парабель, Вах, Большой Балык, Аган, Аа-зым, Тромъегаи, Собь, Нщя-Монтого-^ока, Хейм-Паюте-Яха, Люмби-на. Ряд месторождений планируется эксплуатировать в ближайшее время совместно с иностранными компаниями в поймах рек Оби, Большой £ган, Большой Салым, Конда, Лямян и других.

Актуальной проблемой является научно обоснованное обеспечение судоходных условий на водных путях, тяготеющих к месторождениям полезных ископаемых в Сибири и требующих дополнительного выполнения технико-экономических и технологических решений, в первую очередь на боковых реках и протоках. Возникла необходимость в спрямлении излучин этих рек п в создании подходных судоходных каналов к обводнённым территориям на поймах.

Транспортное освоение рек обычно сопряжено с относительно большими капитальными вложениями на путевые мероприятия, а при повышении габаритных размеров судового хода на освоенных водных путях объёмы дноуглубления возросли в степенной зависимости. В настоящее время путевое хозяйство водного транспорта испытывает затруднения в финансовом бюджете. Заказы на строительство технического флота приостановлены из-за недостатка инвалютных средстг, так как ранее техническая политика размещения заказов на новое строительство земснарядов осуществлялась с учётом расчётных взаимопоставок и в основном была ориентирована на судоверфи стран бывшего СЭВ, По причине изменившихся экономических условий возможность обновления я пополнения землечерпательного порка новыми дяоугдуби?э.гы;':мп земснарядами пока ко предвидется.

Только в 1994 г. вывели из эксплуатации 50 земснарядов из 268, имеющихся на транзите.

Практикой ке показано, что при снижении интенсивности дноуглубления, а тем более после прекращения его, через 3-4 года утрачивается эффект достигнутого приращения судоходных глубин. Утрачивается также эффект достигнутого уровня выправления русл, поскольку современные сооружения строились прогрессивным способом- гидромеханизированный намыв из местного грунта с креплением профиля гравяйно-щебёночной и каменной наброской. К тому ке следует учесть, что реки сохраняют тенденцию возвращения к есте-" ственно-бытовому состоянию, при котором глубины на перекатах были в 2-3 раза меныяе современных. Наиболее сильно регрессивные изменения проявятся на свободных реках Иртышского, Обского и Ленского бассейнов. Поэтому изыскание резервов обеспечения транзитных глубин при резком уменьшении объёмов дноуглубительных работ своевременно и очень важно для сохранения пропускной способности рек и поддержания обоснованно-заданных габаритных размеров судового хода.

Задачи исследования. Из изложенного выше возникает потребность в обоснованном прогнозировании, пересмотре и переутверждении гарантированных габаритных размеров судового хода, вследствие чего становится вынужденной соответствушая передислокация транспортного и технического сипота. Актуальной стала проблема технико-экономического обоснования наивыгоднейших соотношений габаритных размеров расчётного судна и судового хода в связи с главными размерениями живого сечения динамически равновесного профиля русла. Возникла необходимость исследования резервов повышения эффективности дноуглубления на судоходных реках с учётом их гидрологических и морфологических особенностей, что очень важно при коренном улучшении и обеспечении судоходных условий. Б итоге актуальным для науки и производства стало решение следующих прикладных задач.

1. Анализ влияния одновременных изменений интенсивности землечерпания и водности навигаций на результаты обеспечения транзитных глубин, как основных определителей сохранения пропускной способности судоходных рек.

2. Прогнозирование оптимальных габаритных размеров судового хода по гидравлико-морфоыетрическам условиям реки и с учётом

4

требований охраны окружающей природной среды.

■ 3. Изыскание резервов повышения надёжности поддержания транзитных глубин судового хода за счёт дифференцированного стеснения речного потока.

4. Оценка сроков наступления предельно допустимых глубин судового хода для конкретных типов судов при спаде половодья на малых реках.

5. Оптимизация сооружений при боковом водостеснении русла с целью повышения их устойчивости в потоке.

6. Исследование работы в потоке шор и полузапруд с крутым продольным уклоном.

7. Изыскание резервов повышения устойчивости спрямлявших и подходных каналов.

Научная новизна. На основания выполненных автором исследований и разработок изложены научно обоснованные технико-экономические к технологические решения по прогнозированному обеспечению транзитных глубин судового хода в условию, резкого уменьшения производства дноуглубительных работ и влияния циклических изменений водности нгвиггций. Новизна исследований заключается в новом научном подходе п организаций дноуглубления а обеспечению транзитных глубин на судоходных реках. Получены принципиально новые расчётные зависимости, в частности, для определения предельных глубяя судового хода .1 главных размерений дина:личесг:а устойчивого русла. Получена обобщённая зависимость для оценки коэффициента руслового ревш<а с учётом многолетних циклических изменений водности навигаций. Установлена гидравлк-кс-Е,'.срфологическая связь й предложена зависимость длк определения проектной ширины русла в диапазоне сезонных келобанкй уровня воды. Разработана теоретическая схегл; расчёта сбтс-кекзя профиля полуззпруды новой конструкции г прсдлевакдей срсз:я активного регулирования речного потока. На основе творзгическкх и зкс-перкмонтэлыаа: исследований обобщена связь гидравлических я кор-фоазтричзсккх злсмвкгсв русла с водопропускной способнсстю криволинейного спркнллстзегэ кз.чя.га в излу^яках рек. Установлена оптимальная: сзше размещения протизофильтрацпокнсй згвеск на яеобляцовг>янск отпосв подходного канала акваторий«

II Р 8 К 7 0 0 !! и 5 Я 8 Ч К Н О О ! !, Р £ б О " II.

Дг»ос5ртацяя пг/ее? пркклядялг зкзпенво. Облэссь практического

использования научных результатов- отрасль. Внедрение их вносит значительный вклад в сохранение пропускной способности судоходных рек, так как на её восстановление потребуются большие средства, многократно превышающие систематические эксплуатационные расходы, а в, случае потери её отдельные населённые пункты Сибири станут изолированными в транспортном отношении со всеми негативными последствиями.

Реализация а ап&робация р а б от ы. На' основе результатов исследования и научных выводов автора диссертации разработана методика прогнозирования транзитных глубин судового хода с учётом циклических изменений водности и резкого уменьшения объёмов землечерпательных работ. Разработан способ определения габаритных размеров судового хода на перекатах, как завершающий этап технико-экономического обоснования. Разработана методика обоснования дифференцированного бокового зодо-стеснения и проектирования полузапруд с активным регулированием речного потока в диапазоне уровней воды. Разработан способ прогнозирования конечных сроков экспедиционных завозок грузов на малые реки различными типами судов. Разработана методика оценки глубины и расхода воды в криволинейном канале, спрямляющем излучину. Обоснована рациональная схема размещения противофильтраци-онной завесы на откосе необлицованного подходного канала. Обоснована перспектива использования эластичных заполняемых оболочек при устройстве бун.

Рекомендаций автора диссертационной работы используют на реках Обь-Иртышского бассейна, начиная с 1976 года в различных формах по мере их поступления. Формами являются: предоставление заказчикам отчётов по завершённым НИР (для плёсов рек Иртыша, Туры, Тобола, Конды, Агана, Тромъегана, Оби, Лямин, Чарыш и Пим), включение рекомендаций в дипломные проекты студентов-заочников с последующим внедрением в производство, использование рекомендаций из опубликованных статей и докладов при разработке перспективных схем и навигационных производственно-оперативных планов путевых работ. Так, например, по заявке Омского РВП определены размеры и компоновка полузапруд с большими продольными уклонами гребней в зоне дюкерных переходов на перекате "Н.Ч. Захламенской протоки" реки Иртыш, где исключена возможность применения землечерпательной техники. По рекомендациям автора выполнено коренное улучшение судоходных условий на 5-6 км протоки Лагарма. Спрямле-

6

на излучина на засемафоренном 227 га.! реки Аган. Осуществлено выправление Н.Старичного и Л.Путинского перекатов реки Конда', Му-ромцевского переката реки Тара. Начато приведение русла малых рек к обоснованным главным размеренном динамически устойчивых сечений.

По материалам исследований доклады с научными сообщениями были представлены на:

научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ШИВТа и инженерно-технической общественности речников сибирских бассейнов (1973-1990 г.г.);

межкафедральном теоретическом семинаре по гидромеханике при НИИВТа (1974 г.);

семинаре-совеаанки "Повышение эффективности производства путевых работ но реках бассейна", проведенном Западно-Сибирским бассейновым управлением НТОВТ (1977 г.);

координационном совете по проблеме "Улучшение организации и технологии путевых работ" при МРФ (1977 г.- Ленинград, Новосибирск) £

расширенном заседании секции пути п гидросооружений ЦП НТОВТ (1977 г.- Тобольск);

техническом совете Иртышского ЕУП (1978, 1981, 1989 г.г.Омск, 1988 г.- Тшэкь);

техническом совете Волжского БУП (1978 г.- Горький); совместном заседании Научных соьетов СО /Л по проблемам окружающей природной среды V. перераспределения водных ресурсов Сибири (1983 г.- Новосибирск);

научно-техническом совете Лекгипроводхоза (1983 г.); техническом совете Сургутского РВП (1983 г.); второй всесоюзной конференции "Динамика к термккз рек,, водохранилищ к эстуариев" (1984 г.);

техническом совете Тюменского РВП (1985 г.); координационном мегаузовском семикпре по проблеме зрозиос-ккх, русловых к устьевых процессов (1983 г.- Новосибирск);

Сибирской конференции по прикладной к» индустриальной математике (1994 г.- Новосибирск);

конференции Российского НТО водного транспорта, Гллвводлутк департамент речного транспорте с Ш "Казводпуть" на тему "Функционирование предприятий водного транспорта в новых экономических условиях" (1994 г.- Усгх-Каконогорск)«

Публикация. Основные результаты исследования изложены в 35 публикациях центральных издательств и в сборниках научных трудов Новосибирской государственной академии водного транспорта. Часть вопросов вошли в изданные учебно-справочные пособия. Рассмотренные -задачи по мере их решения отражены в шести отчётах по отраслевой тематике научно-исследовательских работ, одобрены заказчиками и приняты ими к использованию в производственной деятельности..

Структура и объём работ. Диссертация состоит из введения, 6 глав и списка литературы. Она содержит /80 страниц машинописного текста, В В рисунков, 34 таблиц и 146 наименований использованной литературы.

СОДЕРЯАНИЕ РАБОТЫ

Во введ-ёнии раскрыты актуальность и направление работы, практическая значимость и сущность исследования.

В первой главе научно обосновано определение наивыгоднейших соотношений габаритных размеров расчётного судна и судового хода при снижении интенсивности дноуглубления и тенденции возвращения русл к естественно-бытовому состоянию. Чтобы в большей мере сохранить эффект дноуглубления в достижении современных глубин судового хода предложен новый подход к организации дноуглубления с учётом совместного влияния изменений интенсивности землечерпания и цикличности водности навигаций на результаты поддержания транзитных глубин на свободных реках. Установлено, что систематическое землечерпание приводит к устойчивому среднему приращению глубин, однако в дисперсии по годам фактические изменения транзитных глубин синхронно следуют за годовыми гармониками колебаний уровней воды.

На основе анализа выявлено, что коэффициент плёса, предложенный Х.М.Полиным, не является устойчивым параметром для данного участка реки. Он зависит от особенностей гидрологического и руслового режимов реки, однако определённый по осреднённым гид- | рологическим элементам не учитывает широкий диапазон изменения факторов для многоводных и маловодных навигаций, от чего изменяются условия обеспечения водного пути и объёмы дноуглубления. Установлено,*что для плёсов расчётные уравнения должны иметь локальное значение при оценке объёмов землечерпания. При этом за-

8

висимости для удельных объёмов землечерпания включают параметры-, относительно изменяющиеся во времени

где оС - отношение прогнозируемой глубины к естественно-бытовой; Л - коэффициент плёса; К - число Лохтина. Для оценки естественно-бытовых глубин получена зависимость

в виде

Тбыт=АКпСЛШ/^)°'\ ' (2)

■где & - расход воды; - ускорение свободного падения;

В - ширина русла; А - обобщённый коэффициент, диапазон численных значений которого составляет от 0,008 до 0,032 при величинах Кпот 10,6 до 0,7. В диссертации показано, что коэффициенты плёсов зависимы от водности года. Поэтому предложено введение в расчётное уравнение численных отношений расходов и уровней воды, прогнозируемых

1 период:

^гЛ 100 сап-&н)/(ип-нм)

где Зм и Н „ - .'¿еженные расходы и уровни воды, береднённые за 20 лет;

9П ц Ип - паводковые расходы и уровни воды, осреднённке за 20 лег;

О Дй/аН- производная пра среднемег.енных расходах и уровням

Ч7ТО„, V- „ СвгОсп • - СНп-Нп^ср . л Здесь оС,- ( , ^ а ("Нп-НиН ' 2

ккевдио численшй значения для маловодных п полноводный лет: сс^ - от 1,22 до 3,3 и от 0,28 до 0,78 при коэф^ЕЦЕекто кор-

рздяцяЕ '¿' = -0,614; <£п- о? 0,87 до 1,85 в от 0С70 до 1г41гпрд коэффициенте корреляции г =-0(420; - о? 1,03 до 2,65 е ог 0,28 до 0,80 пра коэффициенте корреляции г =-0,548.

Кроме того, результаты анализа показали продолжительность серий наступления многоводных а маловодных навигаций, что может повысить надёжность гидрологических расчётов, проектирования вы-правительных и землечерпательных работ, прогнозирования глубин судового хода и обоснованности типовых графиков колебания уровней воды в пределах многолетнего цикла.

В порядке реализации результатов исследования при разработке перспективных схем и производственно-оперативных планов путевых . работ рекомендовано учитывать, что многоводные и маловодные годы сгруппированы поочерёдно в циклах гидрологических изменений. Следовательно, имеется возможность более конкретно устанавливать вариации соотношений объёмов землечерпательных я выправятелъных работ на предстоящую навигацию или по годам. Соответственно появляется^ возможность более обоснованного внесения коррективов в дислокацию транспортного флота с различными габаритными размерами.

На основе выполненного анализа предложено осуществлять обоснование глубин судового хода с подразделением перспективы на два этапа. Первый- на ближайшую перспективу по программе Главводпути на основе данных о минимальных гарантированных глубинах судового хода за 1991 год и ожидающейся водности навигации на очередной год. Второй- при полном износе земснарядов и необходимости принятия за основу обоснования выполнение гидравлако-морфометриче-ских расчётов по определению возможных транзитных глубин в условиях гидродинамического равновесия профиля речного русла.

На первом этапе для меженного периода связь транзитных глубин с уровнями воды за многолетний цикл предложено аппроксимировать линейным уравнением вида

Т - а ич

'шр 'баг - -¡^<=С° { '

где Ттр - прогнозируемая транзитная глубина;

Тбаз - минимальная глубина по базовому 1991 году;

АН - прогнозируемая водность (прогнозируемые превышения меженного уровня относительно проектного); + а- коэффициент, учитывающий угол наклона обобщённого

прямолинейного отрезка связи Т (йЮк оси абсцисс "и значения которого для ряда рек установлены автором

по натурным данным за циклический период с 1970 по -' 1993 годы. Диапазон изменений коэффициента,от 1,02 до 5,72, оценён по 20 плёсам рек Сибири.

На втором этапе вместо глубины следует в уравнение (4) подставлять расчётную глубину, определяемую гядравлико-морфо-метрическкм способом. Автором'выявлено, что функциональные связи предельных соотношений ширин и глубин судового хода с глав-ккмк разорениями сечения устойчивого русла можно учесть совместным решением двух уравнений

(5)

^внакс.бр У4^ „ 1 Ибр~Н{ } ^

где ОнвшЛ" макокмальаая глубина при I -том меженном уровне вода с учётои синоптического прогноза водности навигации, которую можно вычислить по формуле СТиакв^в ОЛ/пТо^ • Здесь и ■ коэффициенты плёса и меженный расход воды при рассматриваемой. водаостй навигации;

О - ширина судового хода с глубиной на кромках Т^ ;

Е>- - ширина русла реки пре • I -том меконнои уровне; 123,3208 'ленду левой к правой бровками русла;

Н^ - положение уровня вода на Бнсоте бровок русла.

На основе полученных зависимостей оценены перспективы повышения габаритных размеров судового хода с учётои габаритных размеров судовых составов на примере плёс об малых рек Аган и Тромъе-ган. Наивыгоднейшими габаритными размерами судоеого- хода оказались величины, приводима© ниже.

Участок реки, кы Глубина, и iifcpSRS, М Радиус кривизны, м

Аган (у.р,-232) 1,40 35 210

Аган (232-335) 1,15 25 ISO

Тромъегак (64-83) 1,40 35 210

Тромъегак (83-I6S) 1,15 25 190

Троиъегзк (188-299) 1,00 25 ' 190

T^cwJI-^)1

Во второй главе анализированы способы обоснования глубин судового хода на отдельных перекатах. Показана необходимость комплексного решения этой задачи, так как широко распространённый способ технико-экономического обоснования глубин по флотской и путейской слагаемым даёт лишь наивыгоднейшую глубину по- приведённым затратам и не учитывает гидравлико-ыорфо-метрические возможности реки и природоохранные требования. Такой способ обоснования следует принимать как вариант прогнозирования, в первом приближении, ибо существует закономерное соответствие глубин расходам воды при предельном и подвижном равновесии русла.

Поэтому для обоснования минимальных гарантированных и дифференцированных глубин судового хода целесообразно трансформировать коэффициент плёса и параметр устойчивости русла-на перекатные участки, что возможно при совместном использовании их в функциональной связи для рассматриваемого расхода воды

где Кр - коэффициент руслового режима (коэффициент плёса);

М - параметр устойчивости русла, принимаемый по рекомендациям К.В.Гришанина на устойчивых или слабо деформируемых песчаных перекатах равным 0,4-0,8 при меженных-уровнях воды, порядка 0,9 в начале спада уровней, а при аккумуляции наносов в половодье значение 1,05;

6 - коэффициент полноты сечения русла, определяемый отношением средней глубины к максимальной в поперечном сечении и зависящий от степени кривизны профиля;

В и ^ - ширина русла и ускорение свободного падения.

Из-за отложения наносов в весенний паводок профили поперечных сечений на перекатах уполакаваются и доля эллиптических сечений возрастает (более 40%). Для условий сближения параболических и эллиптических профилей сечений в период сезонной аккумуляции наносов на перекатах получена обобщённая связь коэффициента руслового -режима с уровнями, расходами воды и ширинами русла по длине потока (локальными ширинами потока)

где. Тг - минимальная гарантированная глубина судового хода;' дН - срезка уровней воды (разность между рабочим и проектным уровнями воды); 0„ - расход воды, соответствующий рассматриваемому уров-

Полученныб зависимости для определения коэффициента руслового режима явно включают в себя морфометрические элементы русла, что позволяет его вычисление в любом поперечном сечении (по длине русла). Исследования подтвердили, что коэффициент руслового режима не должен быть постоянным при сезонных колебаниях уровней воды. Это иллюстрировано.практическими расчётами по рекам Конда, Тобол и Тура.

Для вновь осваиваемых малоизученных приточно-бокзвых рек, для которых исходных данных недостаточно, рекомендован приближённый способ прогнозирования габаритных размеров судового хода на перекатах по гидравлико-ыорфометрическим зависимостям при значениях М =0,75-0,80 и б =0,785, что соответствуем устойчивому и слабо деформируемому руслу, то есть подвижному равновесия русла, для которого коэффициент руслового реяима получает упрощённый частный вид

где В - ширина русла при расчётном уровне в рассматриваемом поперечном сечении. При этом максимально возможные глубины предложено оценивать по оси судового хода Шо стрежню) в виде

где Кг,„- коэффициент корректировки расхода воды за счёт асимметрии сечений естественного русла, принимаемый по рекомендациям Б.В.Дегтярёва равным 0,75-0,85. Переход от глубин на оси судового хода к глубинам на кромках здесь целесообразно выполнять по зависимости

ню.

(9)

(10)

где т=4 при б =0,800- для выправленных русл (перекатов), не требующих производства землечерпательных работ; гп =3 при 6 =0,750- для русл с меньшими коэффициентами

и с неинтенсивным землечерпанием; т=2 при <э'=0,667- для русл с малыми коэффициентами Кр и с приближением перекатов к естественно-бытовому состоянию;

т =1 при 6 =0,500- для русл на изгибе с треугольной формой поперечного сечения.

. ■ Доверительность результатов расчёта по полученным уравнениям оценена по 62 перекатным участкам реки Тура и по 20 перекатам реки Тобол. Среднее арифметическое отклонение от эталона (единицы- отношения вычисленной глубины к измеренной в натуре) составило: для реки Тура- 0,9710 и для река Тобол- 0,9335. Средняя квадратичэская ошибка соответственно 'определилась: 0,0885 и 0,0975. Таким образом, доверительная оценка удовлетворяет условию трёх сигм

-I Зб

а в цифрах- 10,029 | < 0,0343 для реки Тура и 1 0,0665 | ^ 0,066 для реки Тобол. Следовательно, полученные расчётные зависимости можно использовать при прогнозировании габаритных размеров судового хода на малых и средних реках Западной Сибири.

Для завершающего этапа прогнозирования глубин судового хода разработана методика контрольного расчёта величин посадки уровней зоды при землечерпании на гребнях перекатов. Методика оценки прогнозируемых глубин судового хода с учётом выполнения природоохранных требований включает следующий порядок расчёта.

1. Принимаем нормативное значение допускаемой посадки уровней воды на верхнем конце плёса, например, ¿^доп=0,Ю м в меженный период навигации.

2. Вводим ограничительные условия для посадки уровня воды на плёсе (ЛИВТа):

г/

дгп=»Тг^д51ср<28оп , (12)

где К - коэффициент, учитывающий эффект гашения по длине плё-<3а посадок уровней воды на отдельных перекатах. Здесь

К =0,9 при числе перекатов п > £0, К =0,65-0,Ь5 при п > 25 и К » 0,5 при п < 25; д£ср- средневзвешенная посадка уровней воды, отнесенная к

отдельному перекату. 3. Определяем среднюю посадку уровня воды по соотношения

п

~ » ' (13)

1

где Ц - длина верхней плёсовой лоцины I -того переката; дТ..- посадка уровней воды на I -том перекате.

4. Вычисляем посадку уровней воды для I -того переката

■ (Н)

где 1п„- длина землечерпательной прорези;

дЗ|- изменения продольного уклона водной поверхности после устройства землечерпательной прорези.

5. Находим изменение продольного уклона водной поверхности для перекатов с песчаными грунтами по уравнению

Т \'о/3' 1 ср \

- и

1 -

0,8 Т

(15)

где ТГГ) - средняя глубина в поперечном сечении русла по гребню

переката до устройства прорези; (0,8Т__)*»Т — средняя глубина в поперечном сечении русла по гребню

С А

переката после устройства землечерпательной прорези 3 - продольный уклон водной поверхности в естестЕенно-бы-товом состоянии русла, определяемый при относительной крупности наносов на перекате ¿ср/Т 4 Ю"3 (при саморегулировании шероховатости потоком) по известной зависимости па ь

и п

л рагрЩ/ч

Если ограничительные условия для посадки уровней воды на плёсе не выполняются, то необходимо уменьшить прогнозируемую глубину судового хода Т и повторить поверочный расчёт.

В третьей главе исследованы условия повышения надёжности поддержания транзитных глубин судового хода при диф-

1Т

ференцированном стеснении речного потока в диапазоне уровней воды. При этом установлено, что совместное использование коэффициента руслового режима и параметра устойчивости русла могут иметь противоположные связи с водопропускной способностью русла ( с блоком Ц. и 'В )'

/400М (Тг+аН)4

■ирж г

В этом гидразлико-морфометрическом уравнении сохраняется общепризнанное соотношение- расходу воды пропорциональна глубина в квадрате. Физический смысл обратной зависимости ширины русла от .расхода воды (в квадрате) объясняется тем, что в половодье русловой процесс склонен к заилению русла, а сужение потока должно предотвращать заиление при одновременном увеличении жидкого и твёрдого'расходов. Большим значениям параметра И должны соответствовать больп&е ширины (высокие уровни), а большим значениям коэффициента узкие русла.

В целом получена принципиально новая обобщённая связь русловых элементов, учитывающая сезонные колебания уровней воды. Она характерна предельными граничными условиями при Н =ТГ+ДН ; если Цт^О и Н ~~0 , то В--О (точечный источник); если и Н — =» , то В -»•<*» (затопление русла); если Н^О и Й-*-0 , то В-*- 00 (море, водохранилище); если Н 0 и , тоВ-'О

(щелевой источник). Следовательно, диапазон связи включает большие и малые водотоки.

Выявленная зависимость позволяет расширить область применения параметра устойчивости русла. При выправлении русла и достижении максимальных глубин судового хода в дальнейшем необходимо лишь предотвращать заиление русла, то есть целесообразно принимать значение параметра устойчивости И =1,05 (реки Тура, Тобол, подобные им).

Если на реке половодья затяжные во времени и перекатные участки русла обильно заносятся, а к наступлению кратковременного меженного периода'навигации энергии речного потока недостаточно и перекаты не промываются, то главной задачей выправления является уменьшение объёмов заиления на перекатах при исключении излишних эрозий русла. Таким образом, здесь целесообразно вво- ■ дить в расчёты нижнее предельное значение параметра устойчивости русла М =0,75 (река Конда).

16

В порядке иллюстрации нового подхода к обоснованию дифференцированного водостеснения в главе выполнены расчёты ширин русл для рек Тура, Тобол и Конда в диапазоне уровней воды. Результаты расчёта соответствуют реальным условия:;..

Здесь не разработаны рекомендации по сохранению объёма воды в русле за счёт боковых емкостей при проектировании выправятель-ных работ, что ослабляет интенсивность сброса в низовье реки и снижает посадку уровней воды. Полное перекрытие (изолирование) боковых ёмкостей русла продольными дамбами нецелесообразно.

При обосновании бокового водостеснения в диапазоне уровней воды следует принимать в качестве расчётных уровней, как минимум, три значения их: при меженном (проектном) расходе, при нижнем п верхнем руслоформируюиих расходах воды. Им должны соответствовать главные размерения поперечного сеченая русла, параметр устойчивости русла и коэффициент руслового режима для перекатных участков. Кая показал анализ, необходимо при этом учитывать, что в многоводные навигации коэффициент руслового режима может иметь малые величины, а в маловодные- наоборот. По этой причине расчётные ширины русла получаются утг.е в маловодные годы, то есть соответствуют в проектном состоянии большим величинам стеснения речного потока, что положительно при кратковременном спаде уровней весеннего паводка и для низкой межени.

Разработан способ прогнозирования конечных сроков (по гидрологическим условия:.!) при экспедиционных завозках грузов на малые реки судами с различными грузовыми осадками. Способ основан на оценке сроков наступления предельных транзитных глубин судового хода на спаде половодья на малых реках по времени добегания на нижний участок соответственного расхода воды (соответственного минимальным допускаемым глубинам судового хода)

_ ^г,аиакс~1п'0прг3^макс ? (17)

где йкакГ - максимальный расход водк в весенний паводок;

® прей ~ соответственный расход воды,»фиксируемый или прогнозируемый по срокам наступления в верхнем гидро-створо и ожидаемый в нижнем створе реки через период времени о ; - время перемещения максимального расхода воды, оп-

ределяемое по отношению х„„ . = 1. „/(1,35-0)

г . пике t-a' 4

одесь 1 - расстояние от верхнего гидроствора до

нижнего, а.Зб-О )- скооость перемещения воды на

спаде уровней весеннего паводка, где V - средняя

скорость течения при установившемся движении (после

паводка);

Qt - расход воды в замыкающем створе на момент времени t - начала движения соответственного расхода от верхнего створа.

'Иллюстрация расчёта по приведённой зависимости на примере относительно короткого участка реки Тура (г".Тюмень- с.Покровское) показала, что расчётные величины соответствуют реальным значениям. Способ оценки рекомендуется к использованию при организации и регулирования работ на малых реках Сибири.

В четвёртой главе экспериментально обоснованы резервы повышения эффективности путевых работ за счёт оптимизации сооружений при боковом водостеснении русл. Исследованы влияния плановых конфигураций водостеснительных сооружений на скорости обтекания и перелива воды. Теоретически и экспериментально выявлены качественные характеристики влияния соотношения главных размеров бокового водостеснительного сооружения на скоростной режим обтекания и перелива воды. Показано, как при обтекании боковых выступов, по мере придания ему плавности очертаний контура, удлиняется участок прижима транзитной струи, но скорости у вершины выступа уменьшаются. Максимальные скорости обтекания выступа функционально зависимы от соотношения длины tt и ширины 5 контура: UN[m =0(1+ а/В) . Эта зависимость устойчиво сохраняется при разных затоплениях и степенях стеснения потока. Следовательно, сооружения с распластанной конфигурацией в плане работают в потоке в более облегчённых условиях. Скорости перелива чарез гребень у широких боковых выступов так не снижаются вследствие уполаживания уклонов водной поверхности на участке перепада уровней воды.

Установлено, что крутой продольный уклон гребней полузапруд и тар даёт положительный эффект при обтекании и переливе воды. Создаются более облегчённые условия для сохранения устойчивости голоеных частей сооружений за счёт выравнивания величин скоростей перелива на гребне и уменьшения скоростей обтекания на II-

14^. Выявлено, что наиболее неблагоприятному режиму соответствуют "толщины слоя перелива воды от 0,5 до 1,0 м. Соорукения с'Таким профилем оказывают меньшее сопротивление при пропуске ледохода (меньшее стеснение акватории). Лолузапрулы с крутыми продольными уклонам гребней в состоянии регулировать речной поток в течение всего навигационного периода. Оптимальный профиль полузапруд рекомендован для малых и средних рек равнинного типа. Разработана методика расчёта модернизированных полузапруд.

Гидравлическое обоснование высоты полузапруд с крутыми продольными уклонами гребней определяются зависимостями

где йи/0о - отношение расхода воды, переливающейся через гребень полузапруды, к общему расходу воды в русле при расчётном уровне;

т г - заложение продольного уклона гребня подузапруды; „»„—--отношение площадей ( со„,- часть площади живого

0 п сечения, расположенная над гребнем лолузапрудо до расчётного уровня воды; СО 0 - общая площадь живого сечения; СО п - часть площади живого сечения, перекрываемая полузапрудой); ^сН^о ~ отношение расхода воды, проходящего в свободной части живого сечения при естественном режиме, к общему расходу воды в русле; ]5=>-"--отношение площадей ( сОс5 - площадь живого сечена ^ с& ник в свободной части русла при расчётном уровне воды);

Ъг - средняя высота гребня полузапруды;

1.П - длина полу запруды;

Нр - расчётный уроЕень, соответствующий руслоформяру-юаему расходу воды.

Наряду с зткм изложены проработки перспективных возможностей использования эластичных заполняемых оболочек для бун, предложены их конструктивные усщйства, испытанные в лабораторных условиях.

Разработана методика расчёта бун с эластичной оболочкой. Оболочку буны предусмотрено заполнят** путём регулирования грунта по грунтопроводу землесоса. Экспериментом подтверждено, что скорость движения пульш? в полости цилиндрической оболочки буяы интенсивно

гасится за счёт устройства отверстий вдоль верхней образующей, то есть за счёт отвода через них более осветлённого верхнего слоя пульпы. На оболочку буны диаметром при этом будут воздействовать растягивающие усилия

. ' • (19)

где (Нпр)см- приведённый н^пор пульпы в оболочке буны, равный

(НПр)ем~4- к'ь • Здесь дй^ - расход, отдаваемый оболочкой с одной единицы её длины Ц при устройстве через I м отверстий диаметром 0 1Нпр>с1п<у I),; ; К - модуль расхода, равный К =• со С >/Бд/4т. В пятой главе выполнено теоретическое исследование перелива воды и обтекания шпор и полузапруд с крутым продольным уклоном гребня. Обосновано использование комплексного потенциала для оценки скоростей течений применительно к откосам и гребню

)> (20)

где сопряжённая скорость течения на поверхности профиля;

ГУв.,!- модуль скорости набегающего потока; 2й - комплексная переменная на физической плоскости, равная 5?*- х+ ;

С - расстояние в плане от оси гребня до крайних точек подошвы по контуру профиля; б^ - стрела прогиба дуги параболического профиля, аппроксимирующего поперечное сечение тела сооружения и описываемого уравнением у*= "р!¡г)-Получены уравнения для расчёта скоростей течения при обтекании напорной грани и в створе полузапруды

где 8' и х 0 - коэффициенты сжатия ц стеснения потока при обте-

и'

кании. Здесь х0= 1 —г— ;

вр

175 - средняя скорость естественно-бытового потока; сС*- угол между осью полузапруды и динамической осью потока;

4 - комплексная переменная на конформно отображённой

области, представленная в связи с переменной на физической плоскости уравнением 1 1

¿2 -

*-А 1-г

(22)

df ,

Р [.УГ-^Т?^1

где А = (6х0)+(£х0) "при .

При расчёте скоростей обтекания с переливом на поверхности полузапруды с крутым продольным уклоном гребня предложено рассматривать сложный набегающий поток как комбинацию скоростей течения на подходе и обтекающего течения вдоль напорной грани

. (23)

В результате анализа и теоретического решения разработана методика оценки скорости течения по поверхности откосов и гребня жор и полузапруд с крутым продольным уклоном с последующим определением границ крепления и крупности гравийно-щебёночного по- . 1рытия профиля.

В шестой главе анализируются резервные возможности повышения устойчивости спрямляющих и подходных каналов. На натурном материале излучин исследуются причины разрушительных деформаций- образование дублирующих естественных прорывов перешейков с сильными затяжными течениями.

Спрямление излучин в завершённой форме развития с относительно небольшой водопропускной способностью спрямляющих каналов не может приостановить плановые деформации перешейков. Вследствие сужения перешейков на их поверхности усиливаются эрозионные воздействия весенних паводковых вод- при переливе через них с большими продольными уклонами. Интенсивность высотных деформаций перешейков является следствием плановых деформаций и соответствует критическому меандрированию, сопровождающемуся разрушением излучины- образованием естественного прорыва даже при наличии спрямляющего канала.

На основе выполненного анализа рекомендуется: спрямления излучин следует осуществлять до достижения излучинами завершённых форм развития и с предварительной оценкой водопропускной способности спрямляющих каналов. В качестве критерия предельного развития излучины можно принять величину угла разворота излучины в

21

200 градусов.

Оценку водопропускной способности криволинейного русла предложено выполнять по уравнению

где А н - коэффициент, равный 0,0019-0,0025, по натурным данным для рек Оби и Иртыша? ^р - центральный угол поворота русла, в радианчах;

радиус кривизны по оси судового хода; К - модуль расхода воды. Для канала К = ш г С V 'а г ' .

Здесь площадь поперечного сечения и глубину в канале следует вводить расчёт с учётом местных .потерь энергии Ь„п-^мп'Т^Г • Разработана методика определения глубины и расхода води в криволинейном спрямляющем канале, так как если на плёсе преобладающим типом руслового процесса является меандрированио, то спрямлявший канал должен быть криволинейным. С целью повышение устойчивости длинного спрямляющего канала рекомендуется изменят! знак кривизны его русла, но с учётом обеспечения сопрягающих условий при слиянии с потоком основного русла (ослабления разрушающего воздействия на берег, противоположный устью канала). Кривизна канала оказывает положительное влияние на режим движения наносов. Анализ показал, что гидравлически допустимо назначать кривизну спрямляющего канала соответственно гарантированному радиусу кривизны судового хода.

Исследованиями подтверждено, что фильтрация грунтовых вод ь подходные каналы вызывают суффозию грунта, от чего деформируются поперечные сечения и разрушаются откосы. Устройство противо-фильтрационных "завес может предохранить устойчивость каналов. Теоретические исследования определили граничные значения, в пределах которых вертикальные завесы могут активно влиять на положение депресионной кривой и отжимать точку высачивания грунтовых вод к дну канала.

В общем виде граничные значения точек по линии отжатой деп-рессвонной кривой, то есть в зоне влияния завесы на отрывное обтекание грунтовыми водами, представлены уравнениями

йх = ■йу-

где X и

1% У

1Л2-1

Е+Ч

сог

'Ж

1

51П

(25)

(26)

9

- координаты точки на физической плоскости течения (начало координатной системы- в точке пересечения шпунтовой завесы с естественно-бытовой деп-рессяонной линией);

» ширина канала по дну;

- угол наклона откоса канала (в радианнах);

- угол, равный 8 =■ адс^- Р

- переменная в сегменте

(2,

3 частном виде, при размещении начала'координат в точке сопряжения откоса с дном канала и шпунтовой завесой в середине откоса граничное возможное положение конца шпунтовой завесы определена как

У

¿6 Л

и

зс

(27)

Предельная глубина забивки шпунтовой завесы с учётом допускаемой скорости фильтрации на выходе грунтовых вод через дно канала принята

е _

1

где Ы.

3 Зоп

напор грунтовых вод;

(28)

1 9оп

допустимый еыходной градиент, рекомендуемый для несвязных грунтов от 0,20 до 0,40.

На основе теоретических а лабораторных исследований установлено, что наиболее оптимальная схема размещения противофальтраци-онной завесы в середине откоса с забивкой шпунта от плоскости дна на глубину, равную величине напора грунтовых вод. Установлено так же, что противофильтрационная завеса может понижать влажность суглинистого грунта на откосах до 15$. Это повышает сопротивляемость сдвигу откосов в 2,0-2,5 раза.

В заключении обобщены результаты исследований,

В

выполненных с целью содействия развитию отрасли- водного транспорта. Научно обоснованные решения по прогнозированному обеспечению транзитных глубин на судоходных реках в условиях резкого уменьшения производства дноуглубительных работ вносят значительный вклад в сохранение пропускной способности рек Сибири. В частности, анализированы результаты поддержания глубин судовых ходов ■при одновременных изменениях интенсивности землечерпания и водности навигации. Предложен способ прогнозирования транзитных глубин, как основных определителей сохранения пропускной способности судоходных рек. Обосновано наивыгоднейшее соотношение габаритных размеров судна, судового хода и главных размерений поперечного сечения русла с динамически равновесным профилем. Получена гид-равлико-морфометрическая обобщённая связь русловых элементов в зависимости от сезонных колебаний уровней воды и циклических изменений водности по годам. Разработан способ прогнозирования по гидрологическим условиям конечных сроков экспедиционных завозок грузов по малым рекам судами с различными грузовыми осадками б период спада половодья. Анализированы возможности оптимизации боковых водостеснительных сооружений. Исследована работа в потоке пол:,'запруд и шпор с крутым продольным профилем. Изысканы резервы повышения устойчивости спрямляющих и подходных каналоь.

Результаты исследования имеют прикладное значение и могут быть полезны для аспирантов и студентов по специальности 29.04 "Гидротехническое строительство. Водные пути и порты", а также для проектировщиков и производителей путевых работ на незарегул!.-рованных-реках. Основные выводы и рекомендации по практическому использованию полученных автором научных результатов сводятся г. следующему.

I. Резкое уменьшение объёмов дноуглубительных работ стало реальным вследствие недостатка средств у Главводпути для обновлены и пополнения землечерпательного парка новыми земснарядамя. Де£= ствующие земснаряды тлеют износ порядка 80$. Анализ отчётных денных ГП водных путей Иртышского, Обского и Ленского бассейнов показал, что эффект, достигнутый за счёт интенсивного землечердения, может быть утрачен в первую очередь на малых к средних реках в течение 1-2 навигаций. Со временем будет утрачиваться и эффект выправления русл сооружениями, построенными гидромеганизированнны способом.

'¿. Анализ изменений водности навигаций и интенсивности землечерпания подтвердил их совместное непосредственное влияние на состояние транзитных глубин судового хода. Систематическое землечерпание приводит к устойчивому среднему приращению глубин, однако в дисперсии по годам фактические изменения транзитных глубин синхронно следуют за годовыми гармониками колебаний уровней воды.

3. Вследствие чередований в регионах серий многоводных и маловодных навигаций амплитуды колебаний меженных уровней воды за годы смежных серий на порядок превышают посадку, вызываемую интенсивным дноуглублением и разработкой русловых карьеров. Причиной 'посадки уровней является уменьшение коэффициента сопротивления русла движению потока, то есть гидравлический фактор. Циклические колебания меженных уровней вода относятся к гидрологическим факторам, однако они могут быть в неблагоприятном сочетании с антропогенными посадками. В совокупности следует учитывать оба процесса при экстремальной ситуации.

4. Установлена актуальность обоснования наивыгоднейших соотношений габаритных размеров расчётного судна и судового хода при реальном снижении интенсивности дноуглубления и тенденции возвращения русл к естественно-бытовому состоянию. Чтобы сохранить эффект дноуглубления в достижении сойременных глубин судового хода необходимо при наступлении серий многоводных лет заблаговременно смещать удельный вес коренного улучшения судоходных условий в сторону развитая выправления русл, используя для этого исследованную цикличность водности навигаций и совершенствуя технологии строительства выпразительных сооружений с ограниченным- использованием дноуглубительной техники.

5. Путём анализа выявлено, что коэффициент плёса, предложенный Х.М.Полиным, не является во времени устойчивым параметром для данного участка реки. Он зависит от особенностей гидрологического и руслового режимов реки, однако определённый по осреднён-ным гидрологическим элементам не учитывает широкий диапазон изменения факторов для многоводных и маловодных навигаций, от чего изменяются условия обеспечения водного пути и объёмы дноуглубления. Для повышения надёжности расчётов необходимо вводить корректив в расчётную зависимость для Енчисления коэффициента плёса

с учётом хронологии цикличности водности навигаций.

6. Результаты анализа определили продолжительность серий мно-

25

говодных и маловодных навигаций, что на практике может повысить надёжность гидрологических расчётов, проектирования выправитель-ных и землечерпательных работ, прогнозирования глубин судового хода и обоснованности типовых графиков колебания'уровней воды в пределах цикла (20 лет) или серии (3-4) года.

7. В порядке реализации результатов исследования при разработке перспективных схем и годовых производственно-оперативных планов путевых работ рекомендовано учитывать, что многоводные и маловодные годы сгруппированы поочерёдно сериями в циклах гидрологических изменений. Следовательно, имеется возможность экстраполировать их при прогнозировании и более конкретно устанавливать вариации соотношений объёмов .землечерпательных и выправи-тельных работ, поочерёдно форсируя их на предстоящую навигацию или по годам. Соответственно появляется возможность более обоснованного внесения коррективов в дислокацию технического и транспортного флота с различными габаритными размерами.

8. В сложившееся современной ситуации целесообразно осуществлять обоснование глубин судового хода с подразделением перспективы на два этапа. Первый- на ближайшую перспективу по программе Главводпути на основе данных о минимальных гарантированных глубинах судового хода за 1991 год и ожидающейся водности на предстоящий очередной год. Второй- при полном износе земснарядов и необходимости принятия за основу обоснования выполнение гид-равлико-морфометрических расчётов по определению возможных транзитных глубин в условиях стремления реки к естественно-бытовому состоянию. Для двух этапов предложены способы прогнозирования транзитных глубин.

9. На основе полученных зависимостей оценены перспективы оптимальных габаритных размеров судового хода с учётом габаритных размеров судовых составов на примере плёсов малых рек Аган я Тромъеган. Показана необходимость комплексного решения этой задачи, так как широко распространённый способ технико-экономического обоснования глубин по флотской и путейской слагаемым даёт лишена ивыгоднейщую глубину по приведённым затратам и не учитывает гидраЕлико-морфометрические возможности реки, а так же природоохранные требования. Такой способ ооосноЕания следует принимать как вариант прогнозирования в первом приближении, ибо существует закономерное соответствие глубин расходам воды и основным показателям в русловом потоке. Для обоснования минимальных гаранти-

рованных и дифференцированных глубин судового хода предложено трансформировать коэффициент плёса и параметр устойчивости русла на отдельные перекатные участки, причём при совместном использовании их в функциональной связи.

10. Для вновь осваиваемых малоизученных приточно-боковых рек, для которых исходных данных недостаточно, разработан приближённый способ прогнозирования габаритных размеров судового хода на отдельных лимитирующих перекатах по гидравлико-морфометрическим за-хясимодтям. Доверительность результатов расчётов по полученным уравнениям оценена на 62 перекатных участках реки 1Ура и на 20 перекатах реки Тобол. Среднее арифметическое отклонение от эталона (единицы- отношения вычисленной глубины к измеренной в натуре) составило: для река Тура- 0,9710 и для реки Тобол- 0,9335. Средняя квадратическая ошибка соответственно определилась: 0,0885 и 0,0975. Следовательно, полученные расчётные зависимости можно использовать при прогнозировании габаритных размеров судового хода на малых и средних реках Западной Сибири. Способ оценки прогнозируемых глубин судового хода учитывает природоохранные требования.

11. Из-за отложения наносов в весенний паводок профили поперечных сечений на перекатах уполаживаются и доля эллиптических сечений возрастает (более 40$). Для условий сближения параболических и эллиптических профилей сечений в период сезонной аккумуляции наносов на перекатах предложена обобщённая связь коэффициента руслового режима с уровнями, расходами воды и ширинами русла по длине потока (локальными ширинами потока). Полученные комбинированные зависимости для определения коэффициента руслового режима явно включают в себя морфометрические элементы русла, что позволяет его вычисление в любом поперечном сечения по длине русла. Исследования подтвердили, что коэффициент руслового режима не ■ должен быть постоянным при сезонных колебаниях уровней воды. Это иллюстрировано практическими расчётами по рекам Конда, Тобол и Тура.

12. В результате анализа исследованы условия повышения надёжности поддержания транзитных глубин судового хода на спаде половодья. При этом установлено, что совместное использование коэффициента руслового режима и параметра устойчивости русла могут иметь противоположные связи с водопропускной способностью потока. В предлагаемом обобщённом гидравлико-морфометрическом уравнении

27

сохраняется общепризнанное соотношение- расходу воды пропорциональна глубина в квадрате. Для заданного расхода воды с увеличением глубины должна уменьшаться ширина потока и наоборот- малые глубины будет иметь'распластанное по ширине русло. Физический смысл обратной зависимости ширины русла от расхода воды (в квадрате) объясняется тем, что в половодье русловой процесс склонен к заилению русла, а сужение потока должно предотвращать заиление при одновременном увеличении жидкого и твёрдого расходов. Большем значениям параметра М должны соответствовать большие ширины (высокие уровни), а большим значениям коэффициента Кр- узкие русла.

13. Получена принципиально новая гибкая связь русловых элементов, учитывающая сезонные колебания уровней воды, а при необходимости- циклическую водность по годам. Выявленная комплексная зависимость позволяет расширить область применения параметра устойчивости русла. При выправлении русла и постижении максимальных глубин судового хода в дальнейшем необходимо лишь предотвращать заиление русла, то есть для плёса целесообразно принимать значение параметра устойчивости М =1,05, в результате чего ь расчётах будет исключаться излишнее стеснение русла и обеспечиваться наносотранспортирующзя способность потока (реки Тура, Тобол и подобные им). Если на реке половодья затяжные во времени и перекатные участки русла обильно заносятся, а к наступлению меженного периода навигации энергии речного потока недостаточно и перекаты не промываются, то главной задачей выправления является уменьшение объёмов заиления на перекатах при исключении излишних эрозий русла. Таким образом, для плёса целесообразно вводить в расчёты нижнее предельное значение параметра устойчивости русла

М =0,75 (река Конда). В порядке иллюстрации нового подхода к обоснованию дифференцированного водостеснения выполнены расчёты ширин русл для рек Тура, Тобол и Конда в диапазоне уровней воды. Результаты расчёта соответствуют реальным условиям.

14. Даны рекомендации по сохранению объёма воды в русле за счёт боковых ёмкостей -при проектировании выпразительных работ, что ослабляет интенсивность сброса воды в низовье реки и снижает посадку уровней воды. Полное перекрытие (изолирование) боковых ёмкостей русла продольными дамбами нецелесообразно. При обосновании бокового водостеснения в диапазоне уровней воды следует принимать в качестве расчетных уровней в совокупности три их

26

значения- при ыаяенном (проектном) расходе, при нижнем и верхнем руслоформирупщис расходах.вода. Ям должны соответствовать главные размерэния поперечного сечения русла, параметр устойчивости русла а коэффициент руслового режима для перекатных участков. Как показал анализ, необходимо при этом учитывать, что в многоводные навигации коэффициент руслового режима может иметь малые величины, а з маловодные- наоборот. По этой причине расчётные ширины русла получаются узе в маловодные годы, то есть соответствуют з проектном состоянии большим величинам стеснения речного потока, что положительно при кратковременном спаде уровней ве- ' генного паводка а для низкой межени.

15. Разработан способ прогнозирования по гидрологическим условиям конечных сроков экспедиционных завозок грузов на малые, реки судами с различными грузовыми осадками. Способ основан на сценке наступления предельных транзитных глубин судового хода при спаде половодья на малых реках по времени добегания на нижний участок соответственного расхода воды (соответственного минимальным допускаемым глубинам судового хода). Иллюстрация расчёта по приведенной зависимости на примере относительно короткого участка реки Туры (г.Тюмень- с.Покровское) показала, что расчётные величины соответствуют реальным значениям. Способ оценки рекомендуется к использованию при организации и регулировании работ на малых реках Сибири.

16. Обоснованы резервы повышения эффективности путевых работ за счёт оптимизации сооружений при боковом водостеснении русл. Исследованы влияния плановых конфигураций водостеснительных сооружений на скорости обтекания и перелива воды. Теоретически и экспериментально выявлены качественные характеристики влияния соотношения главных размеров бокового водостеснительного сооружения на скоростной режим обтекания и перелива воды. Показано, как при обтекании боковых выступов, по мере придания ему плавности очертаний контура, удлиняется участок прижима транзитной струи, но скорости у вершины Еыступа уменьшаются. Максимальные скорости обтекания выступа функционально зависимы от соотношения злины и ширины контура. Эта зависимость устойчиво сохраняется при разных затоплениях и степенях стеснения потока. Следователь-ю, сооружения с распластанной конфигурацией в плане работают в ютокв в более облегчённых условиях. Скорости перелива через гребень у широких боковых выступов так же снижаются вследствие

29

уполаживания уклонов водной поверхности на участке перепада уровней води.

17. Экспериментально установлено, что крутой продольный уклон гребней полузапруд и шпор даёт положительный эффект при обтекании и переливе воды. Создаются более облегчённые условия для сохранения устойчивости головных частей сооружений за счёт выравнивания величин скоростей перелива на гребне и уменьшения скорости обтекания на 11-14$. Выявлено, что наиболее неблагоприятному режиму соответствуют толщины слоя перелива воды от 0,5 до 1,0 м. Сооружения с таким профилем оказывают меньшее сопротивление при пропуске ледохода (меньшее стеснение акватории). Полузапруды с крутым продольным .уклоном гребней в состоянии регулировать речной поток в течение всего навигационного периода. Новый профиль полузапруд рекомендован для малых и средних рек равнинного типа. Разработана методика расчёта модернизированных полузапруд.

18. С учётом выполненных теоретических проработок исследовано обтекание шпор я полузапруд с крутым продольным уклоном. Обосновано использование комплексного потенциала для оценки скоростей перелива воды через наклонный гребень.полузапруды. Получены расчётные уравнения для скоростей обтекания напорной грани, экранирующей поток. При этом рекомендовано рассматривать сложный поток-перелив с обтеканием, что характерно для распределения скоростей течения по профилю и в створе полузапруды с крутым продольным уклоном гребня. Разработана методика расчёта локальных скоростей ь принципиально новой схеме- с комбинацией скоростей набегающего и обтекающего течений.

19. Изложены проработка перспективных возможностей использования эластичных заполняемых оболочек для бук, предложены их конструктивные устройства, испытанные в лабораторных условиях. Разработана методика расчёта бун с эластичной оболочкой. Оболочку буны предусмотрено заполнять путём рефулирования грунта по грунтопроводу землесоса. Экспериментом подтверждено, что скорость движения пульпы в полости цилиндрической оболочки буны интенсивно гасится за счёт устройства отверстий вдоль верхней образующей, то есть за счёт отвода через них более осветлённого верхнего слоя пульпы. Буна транспортируется в виде рулона, легко монтируется и демонтируется.

20. На натурном материале исследованы причины разрушительных

30

деформаций спрямлённых излучин- дублирующих естественных прорывов перешейков с сильными затяжными течениями. Установлено, что спрямление излучин в завершённой форме развития с относительно небольшой водопропускной способностью спрямляющих каналов не монет приостановить деформации перешейков. Вследствие сужения перешейков на их поверхности усиливаются эрозионные воздействия весенних паводковых вод- при переливе через них с большими продольными уклонами. Интенсивность высотных деформаций перешейков является следствием плановых деформаций и соответствует критическому меандрированяю, сопровождающемуся разрушением излучины- образованием естественного прорыва даже при наличии спрямляющего канала. Процесс такого разрушения излучины происходит до достижения пределов критического меандрирования.

21. На основе выполненного анализа рекомендуется: спрямления излучин осуществлять до достижения излучинами завершённых форм развития я с предварительной оценкой водопропускной способности спрямляющих каналов. В качестве критерия предельного развития излучины следует принять величину угла разворота излучины в 200 градусов .и предельную ширину перешейка — . На основе

п.прэи. зкр i

выполненного анализа рекомендованы расчётные зависимости и разработана методика оценки глубины и расхода воды в криволинейном спрямляющем канале. Если на плёсе преобладающ.™ типом руслового процесса является меандрирозание, то спрямляющий канал должен быть криволинейным. С цельтз повышения устойчивости длинного спрямляющего канала рекомендуется изменять знак кривизны его русла, но с учётом обеспечения сопрягающих условий при слиянии с потоком основного русла (ослабления разрушающего воздействия на берег, противоположный'устью канала). Кривизна канала оказывает положительное влияние на режим движения наносов. Анализ показал, • что гидравлически допустимо назначать кривизну спрямляющего канала соответственно гарантированному радиусу кривизны судового хода.

22. Исследованиями подтверждено, что фильтрация грунтовых вод в подходные каналы вызывает суффозию грунта, от чего деформируются поперечные сечения и разрушаются необлицованные откосы. Устройство противофильтрационных завес может предохранить устойчивость каналов. Теоретические исследования определили граничные значения, в пределах которых вертикальные завесы могут активно

влиять на положение депрессионной кривой а отжимать точку высачи-вания грунтовых вод ко дну канала. На основе теоретических и лабораторных исследований установлено, что наиболее оптимальная схема размещения противофильтрационной завесы в середине откоса с забивкой шпунта от плоскости дна на глубину, равную величине напора грунтовых вод. Установлено так же, что противофильтрацион-ная завеса может понижать влажность суглинистого грунта в надводной части откосов до 155?. Это повышает сопротивляемость сдвигу откосов в 2,0-2,5 разе.

По теме диссертации опубликованы следующие работы автора:

1. Кабанов A.B. Провести анализ судоходных условий и обосновать комплекс путевых работ на реках Аган и Тромъегак на период до 2000 года: отчёт о НИР / НИИВТ, МТ 01.830043601.- Новосибирск, 1985,- 5'п.Яг

2. Кабанов A.B. К определению эффективных габаритов судового хода на малых реках. // Повышение эффективности путевых работ в восточных бассейнах: Сб.науч.тр. / НИИВТ.- Новосибирск, 1985.-С.74-77.

. 3. Кабанов A.B. // Провести анализ судоходных условий е эффективности путевых работ.на реках Тура и Тобол : отчёт о НИР; в 2-х ч. / НИИВТ: Рук. темы А.В.Кабанов ; ЖТ 850050959.- Новосибирск, 1988.- 218 с с

4. Кабанов A.B. О связи профиля сечения параболического русл, с габаритами судового хода. // Гидротехнические и путевые работ« на судоходных реках: Труда / НИИВТ.- Новосибирск, 1977.- Вып.120.-С. 43-45;

5. Кабанов А'.В. Обоснование дифференцированных габаритных размеров судового хода на примере реки ТУры. /,/ Улучшение судоходных условий на сибирских реках: Сб.науч.тр. / НИИВТ.- Новосибирск, 1988.- &. 112-12?с

6. Кабанов A.B. Совершенствование коэффициента Полина каг; показателя руслового режима перекатов. // Вопросы гидравлического обоснования путевых работ на реках: Сб.науч.тр, / НШЗТ.- Новосибирск, 1989.- С. 15-20.

7. Кабанов A.B. Экспресс-анализ глубин на перекатах малоизученных рек равнинного типа // Вопросы гидравлики русловых потеков : Сб.науч.тр. / НИИВТ.- Новосибирск, 1990.- С.4-6,

8. Кабанов A.B. Моделирование Артукского повороте peius Иртыш:

отчёт о НИР / НИИВТ, щ> 0187.0014232,- Новосибирск, 1989.- 134 с с1

32

9. Кабанов A.B. Анализ эффективности выправительных и землечерпательных работ на реках Иртышского бассейна: отчёт о НИР /, ЛГР' 78050187.- Новосибирск, 1981.- 147 с.

10. Кабанов A.B. Исследование регулирования речного потока полузапрудами весеяне-меженного действия: Авторе®, дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук.- Ленинград, 1980.- 20 с.

. II. Кабанов A.B. Проектирование продольного профиля "ныряющих" полузапруд. // Гидротехнические и путевые работы на судоходных реках: Труды / ШЖВТ. 1977.- Вып.120.- С. 50-60.

12. Кабанов A.B. Обоснование профиля полузапруды. // Речной транспорт. 1978.- ЖГ2.- С. 3S-39.

13. Кабанов A.B. Совершенствование способа определения высоты гребня полузапруды. // Речная гидравлика и-путевые работы на судоходных реках: Сб. науч. тр./ НИИВТ.- Новосибирск, 1986,- С. 1317.

14. Кабанов А.В"., Седых А.И. Количественная оценка скоростей течения у полузапруд. // Методы улучшения судоходных условий на реках Сибири: Труды / НИИВТ.- Новосибирск, 1974.-Вып. 88,- С. 1621.

15. Кабанов A.B., Летягин S.A. К расчёту высокой полузапруды. // Технический прогресс на водном транспорте: Труды / ШЖВТ.- Новосибирск, 1976.- Вып. ИЗ.- С. 126-132.

16. Кабанов A.B. Возведение донной буны с эластичной оболочкой. // Гидравлика русловых потоков: Сб. науч. тр./ НИИВТ.- Новосибирск, 1991,- С. 17-27.

17. Шабанов A.B. О регулировании русла земляных каналов.

// Гидротехнические и, путевые работы на судоходных реках: Труды/ НИИВТ,- 1979.- Вып.143.- С. 49-56.

18. Кабанов A.B. Анализ существующих методов обеспечения устойчивости откосов в дренирующих грунтах. // Исследование устойчивости откосов Кулундинского канала: отчёт о НИР / НИИВТ;

JffP 0I82800I6I0, 1983.- Ч.1.- С. 25-38.

19. Кабанов A.B. Проведение лабораторных исследований по стабилизации откосов на малой гидравлической модели для условий изотропной среды / откос с устройством дрен, противофильтрацион-ных завес и с укреплением набросшэй крупнообмолочным материалом/. // Исследование устойчивости откосов Кулундинского канала: отчёт о НИР /, НИИВТ, да 0188001610, 1983.- Ч.2.- С. 4-18.

20. Кабанов A.B. Оценка влияния факторов нестациокарносги гидравлического режима канала на устойчивость откосов. // Исследование устойчивости откосов Кулундинского канала: отчёт о НИР / НИИВТ; Ш> 0188001610,-1983.- 4.2.- С. 52-62,

21. Кабанов A.B. Теоретическая модель дренирующего откоса с устройством противофильтрационной завесы. // Исследование устойчивости откосов Кулундинского канала: отчёт о НИР / НИИВТ;

Ш> 0I8800I6I0.- 1983.- 4.2.- С. 76-89.

22. Кабанов A.B. и др. Устройство для защиты откосов гидротехнических сооружений. / А.В.Кабанов, Е.Н.Грачёв, И.А.Петров. Изобретение. Авт. свидетельство JSII6I626, 15 февраля 1985 года.

23. Кабанов A.B. и др. К исследованию влияния противофильтрационной завесы на изменение влажности грунта дренируемого откоса канала / А.В.Кабанов, Е.Н.Грачёв, Л.Г.Доренко. // Повышение эффективности путевых работ в восточных бассейнах: Сб. науч. тр/ НИИВТ,- Новосибирск, 1985,- С. 32-39.

24. Кабанов A.B. и др. Влияние противофильтрационных завес на положение депрессионных кривых. / А.В.Кабанов, Е.Н.Грачёв, Л.Г.Ыоренко, В.Н.Малыгин //Речная гидравлика и путевые работы на судоходных реках: Сб. науч. тр. / НИИВТ.- Новосибирск, 1985.-

С. 28-32.

25. Кабанов A.B. Перекрытие больших проток на примере рек Иртышского БУП. // Улучшение судоходных условий и технологии путевых работ на малых реках: Сб. научс тр./.- Новосибирск, 1987.-С. 40-52.

26. Кабанов A.B. и др. К вопросу стабилизации откосов оросительных каналов / А.В.Кабанов, Е.Н.Грачёв, И.А.Петров // Динамика и терыика рек, водохранилищ к эстуариев: Тез. докл. Второй Всесоюз. Конф.- М., 1984.- Т.2.- с.22.

27. Кабанов A.B. О способе расчёта скоростного поля в зоне сжатия потока незатопленной полузапрудой. // Материалы ХУ научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава НИИВТа.- Новосибирск, 1974.- С. I22-I3I.

28. Кабанов A.B. К расчёту главных размеров верхней водово-ротной области у корня полузапруды // Материалы ХУ1 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава НИИВТа.- 1976.- С. 45-47.

29. Кабанов A.B. к др. Научная организация транспортного

процесса на линии Касимов-Горький / А.В.Кабанов, Н.А.Иванов, Б.ИДеваноз,- М.т типография МИ1, 1969,- 40 с.

30. Кабанов A.B.., Белов В.Н. О соотношении грузовой осадки судна дифференцированным я гарантированным глубинам на реке Оке // Материалы Х1У научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ШИВТа.- Новосибирск, 1972.- С.179-184.

31. Кабанов A.B. Опыт работы коллектива землесоса "Москов-ский-603" // Речной транспорт,- 1968.- IS4.- с.

32. Кабанов A.B. Исследование обтекания сооружений типа "ныряющих" полузапруд / I- очередь работ / : Отчёт о НИР /;

И ГР 770II670.- Новосибирск, 1977.- 142 с.

33. Кабанов A.B. Прогнозирование транзитных глубин при резком уменьшении объёмов землечерпательных работ на реках. Монография.- Новосибирск, 1995.- 120 с.

34. Кабанов A.B. Влияние снижения производства дноуглубительных работ на обеспечение глубин судового хода // Развитие внутренних водных путей Сибири и Саха-Якутии: Сб.науч.тр. /НГАВТ,-Новосибирск, 1994.- С.45-49.

35. Кабанов A.B. Методика расчёта глубин судового хода с учётом охраны окружающей среды // Развитие внутренних водных путей Сибири а Саха-Якутии: Сб.науч.тр. / НГАВТ.- Новосибирск, 1994.- С.63-66.