автореферат диссертации по транспорту, 05.22.17, диссертация на тему:Стабилизация судоходной трассы и обеспечение безопасности судоходства в комплексе с защитой от размыва вогнутых берегов на меандрирующих реках

/ / л в—/ ,

/?9/'....... ч

НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

КРУГЛЕНКО ЮРИЙ ДМИТРИЕВИЧ

СТАБИЛИЗАЦИЯ СУДОХОДНОЙ ТРАССЫ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ СУДОХОДСТВА В КОМПЛЕКСЕ С ЗАЩИТОЙ ОТ РАЗМЫВА ВОГНУТЫХ БЕРЕГОВ НА МЕАНДРИРУЮЩИХ РЕКАХ

Специальность 05.22.17-«Водные пути сообщения

и гидрография»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -Заслуженный деятель науки РФ, профессор, доктор технических наук В.В.Дегтярёв

НОВОСИБИРСК, 1998

ВВЕДЕНИЕ

Береговые укрепления, как известно, являются одним из важнейших мероприятий по обеспечению стабильности судоходных трасс и обеспечению безопасности движения флота на внутренних водных путях Широко используются они и в других видах гидротехнического строительства. Поэтому проблема проектирования, строительства берегоукреплений во все времена привлекала внимание учёных и инженеров. Однако, несмотря на многочисленные серьёзные исследования научных учреждений и многолетний практический опыт строительства и эксплуатации берегоукреплений на внутренних водных путях, как нашей страны, так и за рубежом, нередки случаи неудачных работ, разрушения и аварий берегоукреплений, что свидетельствует о целесообразности и необходимости дальнейшего усовершенствования проектирования, строительства и эксплуатации сооружений и. средств защиты берегов от разрушения. Об этом свидетельствуют работы

В.В.Дегтярёва, впервые создавшего расчётные методы проектирования берегозащитных шпор и берегозащитного пляжа, которые описаны в ряде его работ [8], [9], [12], опубликованных в 50-80 годах, а также других отечественных и зарубежных учёных и практиков [l], [4], [14], [17], [21], [37], [39], [43].

Накопленный за последние десятилетия большой производственный опыт и многие капитальные научные исследования по проектированию, строительству и экс-

плуатации берегоукреплений позволяют на базе этого опыта и разрозненных результатов научных проработок провести новые теоретические и экспериментальные работы и предложить новую, более совершенную методику проектирования берегозащитных шпор и пологого пляжа, как наиболее надёжных и экономичных креплений берегов для обеспечения стабильности судоходных трасс и безопасности судоходства на реках с меандрирующим руслом, широко распространённых в Сибири.

ГЛАВА 1. ОБОБЩЕНИЕ НАУЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ И ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОПЫТА ПО БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЮ

1.1. Краткая история берегоукрепления в России

Берегоукрепление, т.е. защита берегов от разрушения течением, волнами и ледоходом, широко применяется на реках, каналах и водохранилищах.

Нет ни одного объекта гидротехнического или водохозяйственного строительства, благоустройства прибрежных зон городов или крупных посёлков, где бы не требовались берегозащитные сооружения или мероприятия. Протяжённости укреплённых от размыва течением и волнами берегов измеряются многими километрами, а объёмы работ достигают сотен тысяч квадратных метров.

На свободных реках берегоукрепительные работы проводятся при коренном улучшении судоходных условий на затруднительных участках рек в комплексе с землечерпанием и строительством русловых выправитель-ных сооружений, а нередко и как самостоятельное средство воздействия на русловые процессы. Берегоукрепление даёт возможность закрепить судоходную трассу , ликвидировать источники интенсивного поступления наносов в речной поток.

Укрепление берегов необходимо при устройстве мостовых переходов и прокладке трубопроводов через реки, для защиты набережных в городах, береговой

полосы и причалов в портах, на пристанях и судоремонтных предприятиях. Значительные берегоукрепительные работы ведутся на вновь создаваемых водохранилищах при гидроэнергетическом строительстве и межбассейновой переброске стока рек. В этих случаях особенно интенсивно происходит разрушение

(переработка) берегов и, если их не укреплять, может возникнуть серьёзная угроза смыва жилых массивов , предприятий, дорожных сооружений и ценных сельскохозяйственных земель и лесов.

При строительстве гидроузлов более трети объёма бетонных работ выполняется для защиты от разрушения откосов земляных плотин, направляющих и оградительных дамб, аванпортов, подходных каналов к шлюзам, берегов реки в нижнем бьефе гидроузла и т.д.

Берегоукрепление необходимо не только для транспорта и гидроэнергетики. Оно выполняет важную роль в сохранении прибрежных земель. С развитием народного хозяйства страны и ростом населения проблема сохранения земельных ресурсов будет иметь всё более важное значение, что потребует интенсификации проведения берегоукрепительных работ, которые обеспечат не только сохранение земель, прилегающих к рекам и водохранилищам, но и создание искусственных территорий, отвоёванных у моря и рек.

Берегоукрепительные сооружения и средства весьма разнообразны и их выбор определяется назначением, расположением в плане и по высоте, гидрологическими и ледовыми условиями и наличием строительных материалов и техники.

Немалое значение имеет промышленная и жилищно-бытовая значимость прибрежных территорий, а также вписываемость берегоукреплений в природный и антропогенный ландшафт местности.

Средства защиты берегов от разрушения течением,

волнами и льдом по предложению В.В.Дегтярёва [12] принято подразделять на берегозащитные сооружения активного действия, которые отклоняют речной поток от берега, создавая вдоль последнего зоны тиховодов с малыми скоростями течения, и береговые укрепления пассивного действия, не меняющие существенно структуру потока, а повышающие устойчивость естественных или искусственно отсыпанных, а также уположенных берегов. Пассивная защита, главным образом, осуществляется устройством различных видов покрытий берега.

В качестве берегозащитных сооружений активного действия используются берегозащитные шпоры, струена-правляющие глухие или сквозные дамбы, донные буны. К мероприятиям активного действия относятся и спрямления каналами излучин меандрирующих рек.

Средствами пассивной защиты берегов служат каменная наброска, различные конструкции бетонных и асфальтовых одежд, химическая пропитка грунта берега для его искусственного отвердения, шпунтовые и ряжевые стенки и т.д. Накоплен в берегоукреплении и позитивный, и негативный опыт намыва пологих пляжей и искусственного уполаживания берега.

В России берегоукрепительные работы насчитывают почти тысячелетнюю историю. Первое письменное упоминание о них имеется в летописи по Ипатьевскому списку, в которой описывается укрепление берега

Днепра у Видубецкого монастыря в 1147 году. Сохранилось и имя руководителя этих работ - Петра Ми-лонога.

Крупные, по тому времени, берегоукрепительные работы велись в начале 18 века, т.е. в Петровские времена, в связи со строительством Волго-Балтийских судоходных каналов. Тогда же, в 1708 году, появилось первое русское руководство по гидротехнике «Книга о способах, творящих восхождение рек свободное». В 1716 году была осуществлена весьма примечательная защита от разрушения берега у губернской

столицы Сибири - Тобольска [9], когда искусственно

было перенесено устье реки Тобол, впадающей в Иртыш напротив города.

Тобольск - один из старейших городов Сибири (основан в 1587 г.). Проект застройки его создан известным сибирским летописцем и картографом Семёном Ульяновичем Ремезовым. Им же был составлен первый сибирский географический атлас. В атласе был и «чертёж земли Тобольского города» (рис. 1), на котором ясно видно, что Тобол в те времена впадал в Иртыш напротив нагорной части города. Воды Тобола отклоняли течение Иртыша к правому берегу и интенсивно размывали его, создавая угрозу разрушения каменного Кремля и городских строений. Тогда тобольский губернатор князь Гагарин и решил организовать в 1716 году работы для направления реки Тобола по новому руслу с тем, чтобы устье его располагалось в стороне от города.

Работы оказались весьма удачными. Тобол протекает по искусственно прорытому руслу до настоящего

времени, впадая в Иртыш почти на 4 км выше по течению от старого устья. Город был сохранён. Разрушение берега не наблюдается.

Старое устье Тобола обозначалось на географических картах вплоть до начала нашего века. На картах более позднего времени старое русло уже не наносилось и о прокопе стали забывать. Да и на местности староречье найти непросто. За 250 лет оно настолько заилилось и заросло кустарником, что превратилось в ряд неглубоких ложбин. Современное расположение устья Тобола можно видеть на рис. 2.

Приведенный пример переноса устья притока с целью защиты от разрушения противоположного городского берега главной реки представляет собой блестящий образец русского гидротехнического искусства начала ХУШ в. К сожалению, история не сохранила нам имени автора оригинального проекта.

В конце XIX и в начале XX веков велись успешные берегоукрепительные работы на Иртыше и его притоках, в Северном бассейне у г. Великий Устюг (рис.3) и на Вычегде, на Волге у г. Саратова и других реках.

. Ч/ ч^

В советский период истории нашей страны осуществлены очень крупные берегоукрепительные работы на реках и водохранилищах, входивших в комплекс гидроэнергетического и транспортного строительства при создании каналов Беломоро-Балтийского, имени Москвы, Волго-Донского, Днепро-Бугского, Волго-Балтийского водного пути, каскадов ГЭС на Волге, Днепре, Енисее, Иртыше, Оби и других реках, постройке современных портов на Волге и реках Сибири в Омске,

Рис. 1. Устье реки Тобола в 1716' году

Рис. 2. Современное устье р. Тобол

а)

В)

Рис. 3. Берегоукрепительные работы в Северном бассейне

у г.Великий Устюг: а) набережная у города; б) набережная после ледохода

2)

Рис. 3. Берегоукрепительные работы в Северном бассейне 4

у г,Великий Устюг: в) производство берегоукрепительных работ; г) набережная после ремонта

Новосибирске, Нижневартовске, Сургуте, Тюмени, Томске, Красноярске, Якутске, Осетрово.

В последние перед перестройкой десятилетия началось благоустройство набережных не только в Ленинграде и Москве, но и на периферии. Очень крупные работы, повернувшие города к реке и создавшие цивилизованный, красивый вид на них с воды, осуществлены в Омске, Хабаровске, Иркутске.

Оригинальные экономичные методы предотвращения размыва берегов рек и водохранилищ были предложены и осуществлены в 50-60 годах В.В.Дегтярёвым путём намыва пологого песчаного пляжа на Иртыше в г. Омске и Новосибирском водохранилище у Академгородка. По инициативе В.В.Дегтярёва и А.З.Ильина были построены системы берегозащитных шпор на ряде перекатов рек Туры и Тобола, устроены такие шпоры у незатопляемых регуляционных дамб в Омске, Якутске, Семипалатинске и других водных объектов.

В годы так называемой перестройки берегоукрепительные работы, как и другие виды путевых работ, практически прекратились почти во всех бассейнах. Тяжёлые последствия этой ситуации отразились на современном состоянии внутренних водных путей России.

Экономическое реформирование в России, к сожалению, резко снизило востребованность речных перевозок во всех бассейнах страны. Так прежде на главной и грузонапряжённой реке России Волге самое крупное в стране Волжское объединённое пароходство стало жертвой непродуманной приватизации, в ходе которой флот распродавался за бесценок, появилась уйма мелких судовладельцев, но работы для них нет.

Объём перевозок уменьшился в б раз. Единый транспортный процесс, к которому стремились государственные мужи ещё более ста лет назад, разорван. Волгари, доставлявшие до реформ 100-120 миллионов тонн грузов, теперь считают их на килограммы.

Примером резкого падения грузоперевозок в Сибири на северо-востоке страны может служить река Лена с притоками Алданом, Вилюем и Витимом, реки арктической зоны Яна, Колыма, Индигирка, Оленёк. В Якутии и на северо-востоке водные перевозки массовых грузов всегда были превалирующими и жизнеобеспечивающими, поскольку только водой можно доставить массовые грузы во все населённые и промышленные пункты региона . Сейчас вместо единого Ленского объединённого пароходства водные перевозки в Республике Саха выполняют пять судоходных компаний, Якутский и Хан-дыгский речные порты, Верхне-Ленское пароходство Иркутской области. Объёмы перевозок по сравнению с 1993 годом упали в 4 раза, причём особенно резкий спад наблюдался в последние 3 года (более чем в два раза).

Самым разрушающим фактором для внутренних водных путей является недофинансирование их содержания.

На судоходных путях не только погашены огни на знаках, показывающих безопасный путь кораблям. Прекращено траление для обнаружения подводных препятствий, удар о которые может привести к гибели судна, тем более нет средств на извлечение этих затопленных предметов из воды. Судопропускные гидротехнические сооружения, в которые входят и берего-укрепления, многие годы не ремонтируются. А это

уже не только высокая вероятность гибели судов и людей при движении флота по затемнённой реке, а проблемы национальной безопасности, поскольку аварийное разрушение шлюзов и плотин ГЭС может повлечь огромные человеческие жертвы в больших городах, по которым прокатится волна прорыва. Это будет по-страшнее катастрофических наводнений при цунами или чрезвычайном затоплении городов и сёл при ледяных заторах на Лене и Алдане в этом году.

Из-за невыделения бюджетных средств во всех бассейнах России свёрнуты дноуглубительные, берегоукрепительные и выправительные работы для поддержания судоходных глубин. Глубины резко уменьшаются, разрушение берегов беспрепятственно увеличивается, а в то же время мощные дноуглубительные снаряды ржавеют без дела, превращаясь в металлолом.

Уменьшаются судоходные глубины, значит экономичные большегрузные суда вынуждены идти полупустыми, себестоимость увеличивается, поднимаются тарифы, что бьёт и по предпринимателям и по населению. Предприятия не в состоянии оплатить доставку сырья и продукции, а жители в отдалённых приречных районах уже оказываются вне возможности выживания.

Деградация состояния внутренних водных путей России сказывается не только на транспортном процессе, удорожая перевозки из-за недогрузки флота при уменьшении судоходных глубин.

В странах европейского экономического союза наций дноуглубление и берегоукрепление на внутренних водных путях рассматривается как мощное средство экологического оздоровления рек. Разработана много-

летняя программа прекращения размыва берегов и снятия загрязнённых донных отложений земснарядами с последующим обеззараживанием и устранением токсических загрязнений извлечённого грунта и переработки на строительные материалы. Для организации и контроля выполнения программы создана межнациональная комиссия во главе с итальянским профессором Рипа Ди Миано. Программа успешно выполняется и привела к существенному экологическому оздоровлению рек Темзы, Рейна, Эльбы, Сены, По и других [30].

В нашей стране в 60-70 годы, т.е. ранее европейских стран, были проведены успешные работы по очистке русла реки Москвы в границах столицы. Дноуглубительные снаряды канала имени Москвы выполнили огромный объём работ по удалению из русла реки в зоне города загрязнённых и токсичных донных отложений . Взамен их в русло был уложен чистый песок. Санитарное состояние реки существенно улучшилось. Свёртывание дноуглубления и берегоукрепления приведёт к ещё большему загрязнению русла, чем оно было до очистных работ.

Новое загрязнение и обмеление рек, без сомнения, негативно отзовётся на водоснабжении столицы, ухудшив качество питьевой и хозяйственно-бытовой воды из-за повышения концентрации вредных веществ вследствие затруднения разбавления сточных вод.

Ещё одно неприятное последствие отказа от проведения дноуглубительных и берегоукрепительных работ на внутренних водных путях, которыми были сделаны пологими с укреплёнными берегами десятки крутых поворотов на реках Лене, Иртыше, Оби, Конде, Чулыме,

Каме, Белой и других, главным результатом которых была ликвидация участков с односторонним движением судов, т.е. увеличение пропускной способности пути. Вторичным эффектом мероприятий было существенное снижение вероятности ледяных заторов при весеннем или осеннем ледоходе. На Иртыше опасные заторы прекратились. На Лене и Алдане трагические события наводнения 1998 года, в какой-то мере, были вызваны и прекращением руслоформирующей деятельности и защиты берегов от размыва, в том числе по регулированию ледообразования и наблюдения за вскрытием ледового покрова на реках не только на гидрологических постах Госгидромета, но и по всему протяжению реки, что ранее осуществ