автореферат диссертации по транспорту, 05.22.17, диссертация на тему:Увеличение пропускной способности водного пути по реке Алдан, вызванное выходом на Томмот Амуро-Якутской железнодорожной магистрали

■ Новосибирская государственная академия ,с 4 ^водного транспорта

На правах рукописи

/7\ / ^

МИХАЙЛОВ ВАЛЕНТИН СЕМЕНОВИЧ

УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВОДНОГО ПУТИ ПО р.АЛДАН, ВЫЗВАННОЕ ВЫХОДОМ НА ТОММОТ АМУРО-ЯКУТСКОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ МАГИСТРАЛИ

Специальность 05.22.17 - «Водные пути сообщения и

гидрография»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степенн кандидата технических наук

Новосибирск 1998

Работа выполнена в Новосибирской государственной академии водного транспорта.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки

РФ, доктор технических наук, профессор Дегтярев В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Попов Ю.А., кандидат технических наук Пронин В.И. Ведущая организация - Департамент внутренних водных путей Росречфлота Министерства транспорта РФ.

Защита диссертации состоится « д »^¿¿игЗ/г**- \ 998 г. в час. 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 « *7 » мо^с^/гл-_ 1998 г.

/

Ученый секретарь диссертационного совета Д.116.05.01

профессор С- ' С.Я.Зернов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационои работы. Водные перевозки традиционно были и остаются главной составляющей транспортного комплекса Республики Саха (Якутии). Несомненно, что и в перспективе они будут продолжать играть важную и незаменимую роль в хозяйственном развитии республики и не утратят своего значения после завершения и выхода на Якутск Амуро-Якутской железнодорожной магистрали (АЯМ).

В текущем 1998 г. АЯМ достигла верхнего Алдана у г.Томмот. Уже введение в эксплуатацию начального участка магистрали оказывает заметное влияние на направление и интенсивность водных перевозок не только на Алдане, но и на главной реке бассейна - Лене.

Ленское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства заблаговременно начало подготовку к реконструкции 1600-километрового водного пути по Алдану. За десятилетне до прихода железнодорожных строителей к Томмоту создана непрерывная судоходная трасса с гарантированной глубиной 140 см на 400-километровом участке от Томмота до устья р.Учур и с гарантированными глубинами ниже до Усть-Мая 165 см, затем до пос.Джебарнкн-Хая - 170 см и ниже по течению - вплоть до впадения Алдана в Лену - 200 см. Для решения этой проблемы были углублены земснарядами и выправлены регуляционными сооружениями более 60 перекатов; проведен огромный комплекс скалоуборочных работ. К сожалению, результаты этих гигантских усилии ленских путейцев, которые им помогали осуществить научные школы: Московского госуниверситета, возглавляемая профессорами: Н.И. Маккавеевым и P.C. Чаловым, и Новосибирской государственной академии водного транспорта, руководимая профессором В.В.Дегтяревым, оказались невостребованными из-за

так называемых «экономических реформ». Практически прекращение финансирования содержания внутренних водных путей заставило бассейновое управление полностью отказаться от проведения дноуглубительных и камнеуборочных работ и поставить на консервацию технический флот. Более того, снято освещаемое навигационное оборудование, ориентируясь по которому суда безопасно круглосуточно шли по Алдану.

Прекращение путевых работ на Алдане привело к снижению судоходных глубин до 90 см и засорению фарватера опасными для судоходства камнями-одинцами; в настоящий момент остро стоит вопрос о проведении комплекса дноуглубительных и камнеуборочных работ вновь. Десятилетний перерыв в работах привел русло реки в естественное состояние, период перевозки грузов по реке практически сократился до 10-15 дней и приходится на пик весеннего половодья; за это время грузовое судно может обернуться всего один раз.

Создавшееся положение ке только мешает эффективно использовать в транспортном комплексе Якутии имеющийся в бассейне современный речной флот, но и снижает темпы окупаемости строительства Амуро-Якутской магистрали. Восстановление роли водных перевозок по Алдану и создание надежного взаимодействия речного транспорта с железнодорожным весьма актуальная проблема для экономики Республики Саха (Якутия) в настоящее время, требующая научной разработки экономически оправданных мероприятий по восстановлению и реконструкции стабильной и безопасной судоходной трассы на реке, что и было целью диссертационной работы, которая выполнялась в Новосибирской государственной академии водного транспорта и Ленском государственном бассейновом управлении водного транспорта, и входила составной частью в федеральные целевые программы «Внутренние водные пути России в

1996-2000 гг.» к «Транспорт России». Конкретно решаемая проблема была включена в план научно-исследовательских работ департамента внутренних водных путей Росречфлота Министерства транспорта Российской Федерации (тема У-05-01).

Задачи исследований. Путем сбора, анализа и аналитической обработки информации, включающей материалы гидрологических и геоморфологических изысканий, предложить новыми, прогрессивными методами надежные и экономичные пути проектирования и осуществления восстановления гарантированных судоходных глубин на р.Алдан.

Научная новизна. В работе созданы новые оригинальные аналитические методы расчета снижения меженного уровня в результате дноуглубления на реках с включениями в донный аллювий крупной гальки и валунов, расчета взаимосвязи уклона свободной поверхности реки с крупностью отмостки и подстилающего слоя аллювия, вычисления длины пути абразинного преобразования галечно-гравийных влекомых наносов в песок.

На защиту выносятся: региональные методы проектирования путевых работ по восстановлению и повышению гарантированных судоходных глубин, включающие новые способы оценки снижения меженных уровней воды, расчеты взаимосвязи крупности донных отложении с уклоном свободной поверхности реки, прогнозированию границ смены гранулометрического состава грунта в результате абразии.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Рекомендации, вытекающие из выводов по работе, включены в генеральную схему улучшения судоходных условий и безопасности судоходства на р.Алдан. Осуществление предложений будет реализовано при восстановлении нормального финансирования содержания внутренних водных путей России, что предусмотрено в Указе Президента

РФ от 14 августа 1997 г., № 881 «О мерах по обеспечению устойчивого функционирования внутренних водных путей России».

Публикации. Основное содержание диссертации раскрыто в 5-ти публикациях, помещенных в научные труды Московского госуниверситета, Новосибирской государственной академии водного транспорта, в Сибирский научный вестник Российской Академии естественных наук.

Апробация работы. Отдельные разделы диссертации докладывались на Всесоюзной научной конференции «Исследования русловых процессов для практики народного хозяйства» (Москва, 1983), научной конференции СО РАН, института философии и права, ЮНЕСКО «Культура, образование, право, инновации» (Новосибирск, 1996), Международной научно-практической конференции «Параметры перспективных транспортных систем Республики Саха (Якутии) (Якутск, 1995).

Структура и объем работы. Диссертация (в одном томе) содержит 160 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 9 таблиц, список литературы, включающий 68 наименований, из них 21 на английском языке.

В первой главе диссертационной работы «Река Алдан и перспективы развития по ней водных перевозок народнохозяйственных грузов» рассматривается экономическое значение реки в транспортной системе Республики Саха (Якутия). В главе подчеркивается, что бассейн резко отличается от других притоков Лены величиной водосборной площади более 700 тыс.км" и сложной архитектоникой охватываемой территории. Общая протяженность судоходного участка р.Алдан от г.Томмот до устья равна 1615 км и разделена на 4 плеса, отличающиеся друг от друга гидрологическими условиями и русловым режимом, составом и характером путевых работ по поддержанию судоходных условий, по направлению и величине грузопотоков.

Перевозки по Алдану с 2400 тыс.т в 1990-95 гг. снизились в 1997 г. до 166.7 тыс.т, в основном за счет доставки каменного угля с шахт в Джебарнкн-Хая, в Томпонский, Таттннский и Усть-Майскнй улусы, а также в Амгннские улусы. #

По проработкам АОТ «Сибречпроект» прогнозируется восстановление перевозок по Алдану на 2000 и 2005 гг. до 2.5 млн.т, в т.ч.: каменного угля более 1 млн.т, нефтеналнва до 250 тыс.т, леса до 200 тыс.т. Возможность реализации прогноза подтверждается наличием железных руд в непосредственной близости от коксующихся углей, предопределяющее рациональность создания на этой сырьевой базе крупного металлургического производства. Если добавить возможность расширения добычи слюды-флогопита, урановых руд, производства сельхозудобреннй на базе Селигдар-ского месторождения аппатнтов, то становится ясным, что этот промышленный комплекс потребует укрепления транспортных связей со всеми районами Республики Саха (Якутия), включая, в первую очередь - алданский. Будем надеяться, что промышленный потенциал прналданскнх районов будет широко реализован в посткрнзисный период, когда начнется освоение Нежданннского месторождения полиметаллических руд, повысится уровень технической оснащенности предприятий по добыче золота и олова в Алданском и Усть-Манском районах. Будут созданы новые добывающие отрасли: медно-вольфрамовая (Томпонский район), свинцово-цинковая (Усть-Майскнй район), получат дальнейшее развитие угольная и лесная промышленность, сельское хозяйство.

В этой главе диссертационной работы на основе экономического анализа и изучения правительственных программ развития транспортного комплекса Республики Саха (Якутии) обоснованы целесообразность и необходимость восстановления гарантированных судоходных глубин на

р.Алдан в связи с выходом на реку у г.Томмот Амуро-Якутской магистрали (АЯМ), что создает новое направление грузопотоков по реке на Хандыгу и Якутск до завершения строительства АЯМ и внутрибассейновым перевозкам после выхода железной дороги к столице Республики.

С целью восстановления объема перевозок по Алдану в ближайшем будущем в главе вносится предложение грузить суда, идущие на быстро мелеющие реки Маю и Ам-гу, не в Осетрово - на Лене, а в Томмоте - на Алдане, что дает возможность начать перевозки раньше на 15-20 суток и сократить дальность пути в 3 раза.

Вторая глава «Характеристика гидрографии и русловых процессов р.Алдан» начинается с описания нового оборудования и методов его использования на гидрографических съемках реки и исследованиях русловых процессов, примененных автором при работе над диссертацией.

В 1997 и 1998 гг. на р.Алдан были проведены гидрографические съемки с применением программно-аппаратного комплекса «Промер-Р» наиболее затруднительных и характерных перекатов: Эльконский, Джилнгднн-ские, Тунгусский, Марнинский, Еловый, Сахарный, Новый, Соболевский, Васькина Протока; проведен промер по осевой линии фарватера, а также выполнена гндролокацнон-ная съемка дна.

В состав комплекса входили: эхолот LMS-350A, гидролокатор, навигационная плата GG-24, GPS-GLONASS. Запись глубин, координат и гидролокационная съемка велись на диск портативного компьютера, совместимого с IBM. Управление работой комплекса осуществлялось компьютером с помощью программ Vojdenie, Obzor, Map и др. Современный спутниковый приемник DGPS дал возможность точно координироваться на местности без дифференциальной поправки.

В дальнейшем предполагается использовать комплекс в работах по картографированию ареалов распространения придонной флоры и фауны, т.е. для целей экологического мониторинга.

Изыскания с использованием комплекса позволили получать информацию о динамике русловых процессов в судоходной зоне и о результатах дноуглубительных работ. Быстрое обследование фарватера на р.Алдане, где после весеннего половодья местоположение навигационных опасностей может сильно измениться, позволило эффективно повысить безопасность судоходства.

Далее в главе, на основании изучения гидрографических материалов прошлых лет и, главным образом, изысканий 1997 и 1998 гг., проведен анализ геоморфологических особенностей русловых процессов на р.Алдан и дан прогноз эффективности дноуглубления для увеличения судоходных глубин.

Опыт проведения дноуглубительных работ показывает, что в галечно-валунном русле Алдана целесообразна разработка капитальных прорезей с расчетом, что устойчивость прорези обеспечит поток, сформирующий отмостку. Чем больше разница между крупностью материалов отмос-ткн и толщи аллювия, тем более устойчива прорезь.

Анализ русловых деформаций на разработанных перекатах показал, что от г.Томмот до устья р.Тнмптон прорези сильно занесены, особенно там, где осуществлялись лон-гкулуарные отвалы грунта.

Ниже устья Тимптона многие прорези сохранились, но на судовом ходу обнаруживаются скопления камней-одннцов.

Нижележащие перекаты - вплоть до Усть-Учурского - не требуют дноуглубления. Исходя из результатов изучения последних съемок, можно сделать вывод, что объемы эксплуатационных дноуглубительных работ не являются

несоизмеримо большими. Значительные трудности встретятся при повторной камнеуборке, хотя осмотр дна перекатов показал, что количество камней, поступивших в русло за десятилетний период, существенно меньше, чем их было до начала дноуглубительных и камнеуборочных работ в 70-х гг.

В главе дается вывод, что р.Алдан, несомненно, может быть превращена во второй - после Лены - важнейший водный путь Якутии.

Третья глава диссертации «Прогнозирование русловых деформаций и влияния на них дноуглубительных и вы-правительных работ аналитическими методами гидравлики и геоморфологии с учетом региональных особенностей р. Алдан» обобщает результаты теоретических и экспериментальных исследований автора.

Глава начинается с оценки гидравлического сопротивления русла р.Алдан с учетом региональных особенностей - крупности отмостки и аллювия, наличия валунов и скальных выходов, многолетней стабильности берегов и од-норукавностн на верхнем участке реки (до устья р.Учур). Определяющие геоморфологические и гидравлические характеристики, приводимые в работе, установлены натурными наблюдениями русловых экспедиций.

В результате выполнения этого цикла исследований получен прогноз понижения меженных уровней воды на наиболее лимитирующем участке в начале судоходной трассы - от Томмота до устья р.Тимптон - при различных вариантах восстановления и увеличения гарантированных судоходных глубин. Одновременно оценено влияние изменения уклона свободной поверхности от половодья к межени на транспорт наносов и аллювиальные отложения. Как известно, в настоящее время сокращения финансирования русловых изысканий нередко отсутствуют или те, или другие исходные данные из-за высокой стоимости, большой трудоем-

кости и продолжительности натурного определения уклона свободной поверхности реки и гранулометрического состава отмостки и толщи аллювия. Поэтому мы посчитали цепесо-образным разработать региональные эмпирические методы при известном одном из двух аргументов определения второго камеральным, т.е. аналитическим путем, чтобы по уклону оценить гранулометрический состав аллювия или наоборот по информации о грунте найти местный уклон.

Для получения эмпирической зависимости, связывающей средний диаметр аллювия и отмостки и позволяющей прогнозировать процессы стабилизации русла на реках с галечно-гравинно-песчаным дном, были проведены натурные исследования.

Ввиду значительного разброса экспериментальных точек (рис. 1), автором было произведено исключение грубых ошибок, пользуясь критерием Шовене, позволяющим определить границы допустимых отклонений от средних.

За аппрокснмацнонную кривую связи между средними диаметрами аллювия (1Х1 и отмостки (!<,,« была принята квадратичная парабола вида

¿ал = а + В(10ТМ + сс! 2<1ти . (1)

Система исходных уравнений для определения коэффициентов а, в и с в искомой зависимости имела следующий вид:

па + (Ес1оТ„1)в + (1(1 )с = 1(1аЛ| ] (1(101м1)а + (1(1 ;„„„ )в + (2(13отш )с = ^„„.Д,, Ь (2) (Ы 1,„ )а + (Ы1Ш1 )в + (Ы )с = 1(1 ;;„„„ I.

Решение системы уравнений производилось на ЭВМ методом Гаусса, в результате чего получено эмпирическое уравнение, описывающее процесс формирования аллювия = 6.49 + 0.72(1ОТМ - 0.0026(1 • (3)

Кривая, построенная по полученному уравнению, представлена на рис. 1.

Аппроксимация результатов натурного эксперимента линейной зависимостью дает следующее выражение для среднего диаметра отмостки и аллювия, как функции уклона свободной поверхности Л

с1отм = 6.3 + 225Л , (4)

<1М = 10.92 + 154.63Л - 131.62Л2. (5)

Выведенные зависимости классифицируются нами как региональные и рекомендуемые только для р.Алдан.

В продолжение исследований аналитическим путем с использованием натурных данных получены зависимости для расчета протяженности реки, на котором за счет абразии влекомых наносов начинают появляться в русле песчаные образования, а затем происходит полная смена галечно- ч гравийного дна на песчаное.

В результате анализа и обобщения отечественных и зарубежных работ, опубликованных в последние 2 года, к реализации была принята система уравнений:

¿(ЯаР,)

1 П+Ъ 3(!//(2) Д^,

(б)

= -(1 - Ла - рс1а {Р] + ^ ) + -

РЯс

01(2)

/Л

(1х

РЧа Рх +

(7)

(8)

зе»(2) А^,

В уравнениях приняты обозначения: Яо - объемный расход гальки и гравия на единицу ширины русла; Яя - объ

60 -

50-

40-

I

1 30 ъ

10

100 150 200 250

Средний диаметр отмостки, мм

300

Рис. 1 . Сравнение натурных измерений крупности отмостки и аллювия на участке Томмот-устье р.Тимптон реки Алдан

О 0,1 0,2 аз 0,4 0,5 0,6 Уклон водной поверхности, промиме

но

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 йб Уклон водной поверхности, пропилле

Рис. 2> ■ Результаты натурных измерений уклонов свободной поверхности и крупности

та э тт тт утътст ня ПРКР Аллан

емный расход песка на единицу ширины русла; X« - пористость галечно-гравийных отложений; 9 - параметр, учитывающий влияние извилистости русла и гидравлики потока на отрыв твердых частиц; У5 - скорость разрушения гранул гальки и гравия; р - объемный коэффициент абразии; р -масса фракции в ¡-том интервале между отмосткой и подстилающим слоем; - отношение содержания песка к количеству гальки и гравия в расчетном створе; х - продольная координата; у/ - показатель степени в выражении размера гранул донных отложений в логарифмической шкале

В исследовании рассматриваются осаждения и абразии частиц и используется выражение Торо-Эскобара flj=0.7Pj+0.3Fj, в котором Г] - объем фракции гальки и гравия ^ого размерного интервала в отмостке и Е - параметр,

характеризующий степень обнажения гравия в каждой фракции, определяемый по зависимости

Предложенное аналитическое решение позволяет описать три вида гравийно-песчаных переходов. Расход гальки и гравия падает до нуля; все гранулы достигают размеров песка; количество песка преобладает над галькой и гравием.

Если одновременно наблюдаются и абразия, и осаждение, то верхняя граница галечно-гравийного участка определяется по формуле

(1=2 г.

2(3

1

К сожалению, аналитическое решение по предлагав мой методике невозможно в силу нелинейности исходны: уравнений. Однако, осуществимо численное решенне ил! полуэмпнрическое решенне на основе натурных наблюде ний.

Считаем, что для условий р.Алдан при составлена регионального расчетного графика можно воспользоваться результатами численных решений американских исследова телей, выбрив из таблиц результатов вычислений те, в ко торых исходные данные совпадают с гидравлическими 1 геологическими условиями р.Алдан, а затем, введя в расче ты натурные данные, откорректировать рекомендации.

На основе анализа результатов численного и модель ного экспериментов нами были составлены графики, позво ляющие рассчитать уклоны свободной поверхности русл 1 расходы песчаной и гравийной фракции для любого участк реки (рис. 2). Графики позволяют по известным длине гра вийного участка и русловому расходу воды определять ук лон свободной поверхности, расход гравия и песка в любог створе участка.

Так, для участка верхнего Алдана - Томмот-усть Учура, на котором согласно натурным исследованиям объ емный коэффициент абразии р=1.5-105, длина гравийног участка составит 350 км. Ниже начинают появляться песча ные участки донных отложений. Граннца полной смены ал лювия на гравнйно-песчаное без гальки приходится на 100С ый км от устья, что подтверждается натурными данными.

В четвертой главе «Рекомендации по реконструкцт и эксплуатации судового хода на р.Алдан при выходе АЯ1\ на Томмот и в перспективе на Якутск» кратко дается ин формация о конкретных практических рекомендациях эе тора по проектированию и осуществлению дноуглубитель ных и выправительных работ.

Кроме того, вносятся предложения по переходу на р.Алдан от лоцманских методов судовождения к навигационным, что позволит сократить плавучую и береговую судоходную обстановку, а также повысить безопасность плавания транспортных судов. Для этих целен необходимо приобрести соответствующее оборудование и переподготовить судоводителей.

Минимально необходимый для навигационного судовождения набор приборов на многих судах есть (магнитный компас РЛС, на некоторых - гидрокомпас и авторулевой, лаг). Дополнительно к ним на всех судах полезно иметь лаг и прибор ночного видения.

Для осуществления предлагаемого перехода государственным бассейновым управлениям водных путей и судоходства надо выполнить подготовительные работы по корректировке лоцманских карт под нужды навигационных методов, заменить знаки судоходной обстановки на береговые радиолокационные ориентиры и отработать с плавсоставом навигационные методы судовождения.

На втором этапе навигационные методы судовождения ориентируются на использование спутниковой навигации (СН), которая обладает достаточной для внутренннх водных путей точностью и может открыть перед Департаментом внутренннх водных путей Минтранса РФ новые каналы финансовых взаимоотношений с судовладельцами.

В заключении по работе обобщается содержание глав.

Диссертационная работа докладывалась на научных конференциях МГУ и НГАВТ.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Русловые процессы, принципы регулирования и результаты выправления русла средней и нижней Лены. /В кн. Исследование русловых процессов для практики народного хозяйства. Изд-не МГУ, 1983. - с. 268-269.

2. Развитие судоходства и путевых работ на р.Алдан -как важной составной части водно-железнодорожных коммуникаций Республики Саха (Якутия). /В сб. «Современные проблемы технических наук». НГАВТ. 1996. - с. 29-30.

3. Анализ эффективности путевых работ на верхнем Алдане. /В материалах науч.конференции СО РАН, института философии и права, НГАВТ, ЮНЕСКО «Культура, образование, право, опыт, инновации». Новосибирск. 1996. - с. 179-181.

4. Первые шаги в развитии железнодорожно-водных коммуникаций Республики Саха (Якутии). /В сб. материалов науч. конференции СО РАН, института философии и права, НГАВТ, ЮНЕСКО «Культура, образование, право, опыт, инновации». Новосибирск. 1996. - с. 201-203.

5. Прогноз понижения меженных уровней на р.Алдан при увеличении гарантированной глубины. /В сб. науч. тр. НГАВТ «Проблемы внутренних водных путей Сибири и Якутии. Новосибирск. 1997. - с. 71-73.

6. Экспериментально-аналитическое прогнозирование изменений уклона свободной поверхности и крупности отмостки и аллювия при дноуглубительных работах на реке Алдан. /В сб. науч.тр. НГАВТ «Улучшение судоходных условий и обеспечение безопасности движения флота на внутренних водных путях Сибири и Якутии». Новосибирск. 1998. - с. 2-24.

ВВЕДЕНИЕ.2

РЕКА АЛДАН И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НА НЕЙ

ВОДНЫХ ПЕРЕВОЗОК НАРОДНОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

ГРУЗОВ .5

1.1. Экономическое значение р.Алдан в транспортной системе Республики Саха (Якутии) .5

1.2. Прогноз изменения объемов и корреспонденции грузов, перевозимых речным транспортом по р.Алдан, в период выхода АЯМ на Томмот и после полного строительства железнодорожной маги -страли. 23

1.3. Транспортный флот, технические средства бассейнового управления водных путей и судоходства на р.Алдане в

1998 г. .37

ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОГРАФИИ И РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ РЕКИ АЛДАН. 44

2.1. Новые оборудование и методы гидрографических съемок реки и исследований русловых процессов, примененных на реке Алдан. 44

2.2. Геоморфологические особенности русловых форм и берегов реки Алдан . 59

2.3. Гидрологический режим. 64

2.4. Русловые процессы на реке Алдан и прогноз возможного влияния на них интенсивного дноуглубления для увеличения судоходных глубин. б б

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РУСЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И ВЛИЯНИЯ НА НИХ ДНОУГЛУБИТЕЛЬНЫХ И ВЫПРАВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ АНАЛИТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ГИДРАВЛИКИ И ГЕОМОРФОЛОГИИ С УЧЕТОМ РЕГИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕКИ АЛДАН . .'. 73

3.1. Оценка гидравлического сопротивления русла реки Алдан с учетом региональных особенностей . 73

3.2. Изменения уклона свободной поверхности от половодья к межени и его влияние на транспорт наносов и аллювиальные отложения в русле, характерном для реки Алдан 90

3.3. Аналитические методы описания процессов деформации русла реки Алдан . 122

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕКОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВОГО ХОДА ПО РЕКЕ АЛДАН ПРИ ВЫХОДЕ АЯМ НА ТОММОТ И В ПЕРСПЕКТИВЕ НА ЯКУТСК.128

4.1. Краткий анализ судоходных условий реки Алдан.128

4.2. Пути восстановления габаритов пути и повышения безопасности движения флота . . 137

4.3. Опыт ранее проводившегося комплекса дноуглубительных работ с камнеуборкой и предложения по усовершенствованию технологии работы и модернизации технического флота.144

163

4.4. Перспективы усовершенствования и удешевления навигационного оборудования водного пути по реке Алдан.14 6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа выполнена в Новосибирской государственной академии водного транспорта и Ленском государственном бассейновом управлении водных путей и судоходства в 1995-98 гг. и является составной частью реализации федеральных целевых программ «Внутренние водные пути России в 1996-2000 гг.» и «Транспорт России». Конкретно решаемая в диссертации проблема была включена в план научно-исследовательских работ департамента внутренних водных путей службы Росречфлота Министерства транспорта Российской Федерации (тема У-05-01).

Актуальность диссертационной работы подтверждается тем, что водные перевозки традиционно были и остаются главной составляющей транспортного комплекса Республики Саха (Якутии) . Несомненно, что и в перспективе они будут продолжать играть важную и незаменимую роль в хозяйственном развитии республики и не утратят своего значения после завершения Амуро-Якутской железнодорожной магистрали (АЯМ) .

В 1998 г. АЯМ достигла верхнего Алдана у г.Томмот. Уже введение в эксплуатацию начального участка магистрали оказывает заметное влияние на направление и интенсивность водных перевозок не только на Алдане, но и на главной реке бассейна - Лене.

Ленское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства заблаговременно начало подготовку к реконструкции 1600-километрового водного пути по Алдану. За десятилетие до прихода железнодорожных строителей к Томмоту создана судоходная трасса с гарантированной глубиной 140 см от Томмота до устья р.Учур и с гарантированными глубинами вплоть до впадения Алдана в Лену 170-200 см. Для решения этой проблемы были углублены земснарядами более 60 перекатов; проведены скалоуборочные работы. К сожалению, результаты усилий путейцев оказались невостребованными из-за «экономических реформ».

Прекращение путевых работ на Алдане привело к снижению судоходных глубин до 90 см и засорению фарватера опасными для судоходства камнями-одинцами; в настоящий момент остро стоит вопрос о проведении комплекса дноуглубительных и камнеуборочных работ вновь.

Создавшееся положение мешает эффективно использовать в транспортном комплексе Якутии имеющийся в бассейне современный речной флот и снижает темпы окупаемости строительства АЯМ. Восстановление водных перевозок по Алдану и создание надежного взаимодействия речного транспорта с железнодорожным весьма актуальная проблема для экономики Республики Саха (Якутия), что подтверждает проработки АОТ «Сибречпроект», по которым прогнозируется восстановление перевозок по Алдану на 2000-2005 гг. до 2.5 млн.т.

В работе созданы и выносятся на защиту новые методы расчета снижения меженного уровня в результате дноуглубления на реках с включениями в донный аллювий крупной гальки и валунов, расчета взаимосвязи уклона свободной поверхности реки с крупностью отмостки и подстилающего слоя аллювия, вычисления длины пути абразийного преобразования галечно-гравийных наносов в песок.

Рекомендации, вытекающие из работы, включены в генеральную схему улучшения судоходных условий р.Алдан, реализация которой будет осуществлена в порядке выполнения

151

Указа Президента РФ от 14 августа 1997 г., № 881 «О мерах по обеспечению устойчивого функционирования внутренних водных путей России».

Основное содержание диссертации раскрыто в 5-ти публикациях, помещенных в научные труды МГУ и НГАВТ, в Сибирский научный вестник Российской Академии естественных наук.

Содержание диссертации докладывалось на Всесоюзной научной конференции «Исследования русловых процессов для практики народного хозяйства» (Москва, 1983), научной конференции СО РАН, института философии и права, ЮНЕСКО «Культура, образование, право, инновации» (Новосибирск, 1996) , Международной научно-практической конференции «Параметры перспективных транспортных систем Республики Саха (Якутии) (Якутск, 1995).

1. Водный кодекс Российской Федерации (введен в действие Президентом РФ 16 ноября 1995 года, № 167-ФЗ).

2. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» (введен в действие Президентом РФ 19 декабря 1991 года, № 2060-1).

3. О мерах по обеспечению устойчивого функционирования внутренних водных путей России. (Указ Президента Российской Федерации от 14 августа 1997 года, № 881) .

4. Закон Российской Федерации «О недрах» (подписан Президентом РФ 21 февраля 1992 года, № 2395-1).

5. Барышников Н.Б. Антропогенное воздействие на русловые процессы. Л.: Изд-ие ЛГМИ, 1990. - 140 с.

6. Баула В. А. Упрощенный метод определения границ зон мутности при работе земснарядов. В сб.науч.тр. НГАВТ

7. Развитие внутренних водных путей Сибири и Саха (Якутии)». 1994. С. 100-108.

8. Беркович K.M., Зайцев A.A., Лодина Р.В., Чалов P.C. Русловые процессы на больших реках Восточной Сибири с галечно-валунным аллювием и особенности их регулирования. //В вестнике МГУ, серия 5 «География». 1985, № 3. -С. 35-41.

9. Ботвинков В.М. Проектирование дноуглубительных и выправительных работ на малых реках. Новосибирск. Изд-ие НГАВТ. 1995. - 85 с.

10. Водные пути бассейна р. Лены. Иркутск. Иркутское областное изд-во. 1938. - 711 с.

11. Водные пути бассейна р. Лены. М. : Изд-во «Микис». 1995. - 600 с.

12. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат. 1979. - 211 с.

13. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русел. С.-Петербург: Гидрометеоиздат. 1992. - 182 с.

14. Гришанин К.В., Дегтярев В.В., Селезнев В.М. Водные пути. М.: Транспорт, 1986. - 400 с.

15. Дегтярев B.B. Выправительные сооружения из грунта. М.: Транспорт, 1970. - 247 с.

16. Дегтярев В.В. Улучшение судоходных условий сибирских рек. М.: Транспорт, 1987. - 176 с.

17. Дегтярев В. В. Охрана окружающей среды. М. : Транспорт, 1989. - 208 с.

18. Дегтярев В.В. Проектирование и эксплуатация вы-правительных сооружений на внутренних водных путях. М. : Транспорт, 1981. - 224 с.

19. Дегтярев В. В. (мл.) Антропогенные изменения гидрологического режима и русловых процессов рек (на примере сибирских бассейнов): Автореферат дисс. докт.техн.наук. М.: Совинтервод, 1992. - 40 с.

20. Долженко Ю.А. Исследование русловых процессов на реках бассейна реки Лены в связи с воднотранспортным использованием. //Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях. М. : Изд-ие МГУ, 1987. - С. 232-264.

21. Долженко Ю.А. Опыт использования теории руслового процесса для улучшения условий судоходства в Ленском бассейне. //В сб. «Исследование русловых процессов для практики народного хозяйства». М. , Изд-ие МГУ. 1983. -С. 266-267.

22. Долженко Ю.А. Повышение роли водных путей в транспортном комплексе Республики Саха. //Тезисы докладов54 научно-технической конференции НГАС. Новосибирск, 1997. - С. 33.

23. Долженко Ю.А. Водные пути Ленского бассейна в период завершения строительства АЯМ. Новосибирск, тр. НГАВТ, 1997.- С. 17-19.

24. Долженко Ю.А. К вопросу о принятии неотложных мер по восстановлению внутренних водных путей северо-востока России. //В сб. науч. тр. «Проблемы внутренних водных путей Сибири и Якутии». Новосибирск, НГАВТ, 1997. - С. 5-10.

25. Зернов С.Я., Михайлов B.C. Первые шаги в развитии железно-дорожно-водных коммуникаций Республики Саха (Якутия). /Материалы научной конференции. Новосибирск, изд-ие НГАВТ. 1996. - С. 201-203.

26. Инструкция по содержанию навигационного оборудования внутренних судоходных путей. М. : Изд-ие департамента внутренних водных путей Минтранса РФ. 1997. -147 с.

27. Кирик О.М., Чалов P.C., Михайлов B.C. Русловые процессы, принципы регулирования и результаты выправления русла средней и нижней Лены. М. : Изд-ие МГУ, 1983. -С.268-269.

28. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 272 с.

29. Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. -М.: Изд-ие МГУ, 1986. 263 с.

30. Михайлов B.C. Анализ эффективности путевых работ на верхнем Алдане. //Сб. Материалы научной конференции. Новосибирск, НГАВТ, 1996. - С. 179-181.

31. Николаев М.Е. По новому фарватеру (к 100-летию Ленского речного пароходства; взгляд в прошлое и проблемы будущего. //В газете «Республика Саха», 24 марта 1994 года.

32. Проблемы оценки экологической напряженности территории России : факторы, районирование. М. , Изд-ие МГУ, 1993. - 120 с.

33. Проектирование судовых ходов на свободных реках. М.: Транспорт, 1964. - 262 с.

34. Попов И.В. Деформации речных русел и гидротехническое строительство. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 363 с.

35. Пронин В.И., Беркович K.M., Рулева С.Н., Чалов P.C. Опыт создания судоходной трассы на полугорной реке Катунь. //Речной транспорт. 1996, № 4, с. 25-27.

36. Пронин В.И. Расчет распределения расходов воды по рукавам на многорукавных участках рек. //В сб. тр. НГАВТ «Развитие внутренних водных путей Сибири и Саха (Якутии)». Новосибирск, 1994. - С. 50-63.

37. Пронин В.И. Прогноз дальнейшего размыва прорана между островами Безымянный и Маленький Почтовского месторождения НСМ на р.Оби. //В тр. НГАВТ «Развитие внутренних водных путей Сибири и Саха (Якутии)». Новосибирск, 1994. - С. 14-19.

38. Руководство по улучшению судоходных условий на свободных реках. СПБ: Изд-ие ЛИВТа, 1992. - 312 с.

39. Русловые процессы и путевые работы на свободных реках. //Тр. ЦНИИЭВТа, вып. У111. М. , Речной транспорт, 1956. - 458 с.

40. Русловой режим рек северной Евразии. М. : Изд-во МГУ. 1994. - 336 с.

41. Чалов P.C. Географические исследования русловых процессов. М.: Изд-ие МГУ, 1979. - 232 с.

42. Чалов P.C., Чернов A.B. Об экологической неоднозначности последствий техногенных воздействий на речные русла. /В сб.тр. Академии водохозяйственных наук «Гидрология и русловые процессы», вып. 5. М. , 1998. -Р. 203-216.

43. Чернышов Ф.М. Повышение эффективности путевых работ на многорукавных участках судоходных рек. Новосибирск: Изд-ие НИИВТа, 1973. - 323 с.

44. Aquatic pollution and dredging in the European community. Shaping the Environment. Hague. Delvel. 1990. 184 p.

45. Buchberger C., Environment Canada Demonstrations. Terra et aqva, 1993, N 50, p. 3-13.

46. Cui. Y. , Parker. G. The arrested gravel front: stable gravel-sand transitions in rivers. Journal of hydraulic research. Volume 36. 1998, N 2. p. 159-181.

47. Einstein H.A., Barbarossa N.L. River channel roughness // Trans. ASCE. 1952. - Vol. 117. - P. 11211132 .

48. Daido A. Incipient motion and bed load of sediment in steep channel //Pr. XX Congres of IAHR, Vol. Vll, S.ll, Moscow, 1983. P. 293.

49. Graf W.H., Cao H.H., Suszka L. Hydraulics of steep mobile-bed channels //Pr. XX Congress of IAHR, Vol. Vll, S.ll, Moscow, 1983. P. 301-305.

50. Gee D.M. Bed form response to nonsteady flows //J.Hydr. Div. Proc. ASCE, 1975, N HY 3. P. 343-346.

51. Hakagawa H. , Tsujimoto T. Study on the mechanism of motion of individual sediment particle //Proc. Of JSCE, No 244, 1975. P. 1001-1004.

52. Hayashy T. And Ozaki S. Study on bed load transport of sediment mixture //Proc. Of the 22 th Japanese Conf. On Hydraulics, 1980. P. 383-387.

53. Hey R.D. Bar form resistance in gravel bed rivers //J.Hydr. Eng. 1988. - Vol.114, N 2 - P. 1498-1508.

54. Klingeman P.C. and Milhous R.T. Bed-load transport in mountain streams //Presented at the 1971 Hydraulics Division Speciality Conference in Iowa City, Iowa, August 1971. P. 1001-1005.

55. Meirovich L., Laronne J., Reid The variation of water-surface slope and its significance for bedload transport during floods in gravel-bed streams Journl of hydraulic research. V.36. 1998, N 2. P. 147-158.

56. Meyer-Peter E., M»ller R. Formulas for bed-load transport. International Association for hydraulic Structures Research. Second meeting. Stockholm. 1948/ P. 3964 .

57. Milhous R.T. Discussion of sediment transport Measurement in gravel rivel //Yournal of the hydraulics division, ASCE, Vol. 98, No. HYll, Nov 1972. P. 402406.

58. Mirajgacker A. and Charlu K.L.N. Naturel roughness effects in rigid open channels //Journal of the Hydraulics division, Trens of the ASCE. Vol. 89, HY 5, paper N 3630, sept 1963/ P. 14-17.

59. Parker G. , Cui Y. The arrested gravel front stable gravel-sand transitions in rivers Part. 1. Journal of hydraulic research. V 35. 1998, N 1. P. 75-100.

60. Robertson J. A. and Chen C.K. Flow in Conduits with low roughness Concehtration //Journal of the Hydraulics division, ASCE, Vol. 96, N HY 4, Proc. Paper 7224, April, 1970. P. 941-957.

61. Rocha J.S. Sediment trausport in steep channels //Pr.XX Congress og IAHR, Vol. Vll, S.ll, p. 297.

62. Smart G.M., Jaeggi M.N.R., Laboratory study on sediment transport on steep slopes //Pr. XX Congress of IAHR, Vol.Vll., S 11, P. 314.160

63. Toro-Eccobar C.M., Parker G., Paola C. Fransfer function for the deposition of poory sorted qravel in response to streambed aqqradation. Journal of hydraulic research. Vol. 34. 1996, N 1. P. 35-54.