Заиление и занесение водохранилищ

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 11

Заиление водохранилища — это процесс заполнения емкости водохранилища наносами, вносимыми в него поверхностным стоком, а также наносами, образующимися в результате разрушения берегов. Понятия заиленияи занесения водохранилищ различают, имея в виду, что заиление происходит взвешенными наносами, а занесение — донными наносами и продуктами разрушения берегов водохранилищ (абразии). В небольших водохранилищах горных рек преобладают процессы занесения (особенно селевыми потоками), в водохранилищах равнинных рек — процессы заиления (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Схема заиления и занесения верхнего бьефа

и размыва нижнего бьефа гидроузла:

1 — плотина; 2 — уровень воды и дно реки до сооружения водохранилища; 3 — тело заиления водохранилища мелкими наносами; 4 — тело занесения водохранилища крупными наносами; 5 — нормальный подпорный уровень воды (НПУ) в водохранилище после сооружения плотины;
6 — то же, после заиления и занесения части водохранилища; 7 — размыв русла в нижнем бьефе; 8 — уровень воды в нижнем бьефе после размыва

Заиление происходит по всей площади водохранилища, занесение же начинается в верхней его части и постепенно перемещаются в сторону плотины. Крупные переформирования берегов в результате колебаний уровня воды, ветрового волнения, вдольбереговых течений и т.д. вызывают обвалы и оползни, усиливающие процессы заиления и занесения водохранилищ.

В водохранилищах руслового типа отложения наносов распределяются более или менее равномерно или приобретают вид гряды, постепенно передвигающейся из верхней части водохранилища к плотине. Процесс заиления водохранилищ носит затухающий характер, происходит повышение дна и уменьшение глубин в зоне кривой подпора.

Ориентировочно продолжительность периода заиления T (в годах) можно оценить отношением мертвого объема водохранилища V_мк объему годового стока наносов ∑ R, поступающих в водохранилище:

T = V_м / ∑ R. (12.1)

Процесс заиления больших водохранилищ равнинных рек, ввиду пониженной их мутности, длителен и обычно измеряется сотнями лет. На горных реках процесс заполнения водохранилищ наносами происходит значительно быстрее, чем на равнинных реках. Это обусловлено большими уклонами горных рек, более высокими расходами наносов (особенно при образовании селей) и меньшими объемами водохранилищ. Известны случаи, когда продолжительность заиления и занесения водохранилищ ограничивалась 1− 3 годами. Примером быстрого заиления водохранилищ на больших реках может служить Фархадское водохранилище на р. Сырдарья, которое было полностью заилено в течение 15 лет.

12.3. Изменение русловых процессов при преобразовании русел рек

Основными видами работ в руслах рек, вызывающих существенное нарушение естественного процесса взаимодействия потока и русла, являются:

― выправительные работы;

― дноуглубительные работы;

― карьерные разработки;

― сооружение дамб в целях защиты от наводнений;

― спрямление русел рек при мелиорации;

― сооружение мостов через реки.

Некоторые из перечисленных видов работ выполняются комплексно. Так, работы по поддержанию и достижению габаритов судоходного пути делятся на два основных типа: выправительные и дноуглубительные. Выправительные работы заключаются в постройке дамб или берегоукрепительных устройств, с целью придать потоку плавные формы и постепенное сопряжение изгибов с прямыми участками, плёсов с перекатами. Дноуглубительные работы состоят в удалении с судового хода грунта. Наименьшие глубины наблюдаются на так называемых лимитирующих перекатах. Их увеличение достигается землечерпанием или с помощью земснарядов. При этом плёсовые участки используются для отвалов грунтов. Комплексное применение выправительных и дноуглубительных работ позволяет наиболее полно использовать транспортные возможности реки.

К этим видам работ примыкают карьерные разработки с целью добычи песка и гравийно-галечниковой смеси из русла. Местоположение карьеров обычно приурочено к гребням перекатов, побочням, пляжам, осередкам, островам или другим выпуклым формам рельефа русла и поймы.

На ряде рек России (Томь, Обь, Белая, Уфа, Иртыш и др.) объемы извлекаемого грунта во много раз превышают годовой сток наносов этих рек, частично компенсирующий удаленный аллювий. Местное понижение дна водотока интенсифицирует размыв дна выше и ниже по течению, плановые деформации сменяются высотными деформациями размыва. Для заполнения таких карьерных выемок за счет естественного стока наносов потребуются десятки и сотни лет. Степень влияния карьерных выемок на русловые процессы находится в прямой зависимости от их размеров относительно размеров реки.

Одним из негативных последствий проведения вышеуказанных работ является снижение уровней воды, обнажение водозаборов и водовыпусков, подмыв мостовых опор и переходов, нарушение устойчивости портовых гидротехнических сооружений и ухудшение судоходных условий. Это особенно четко прослеживаются при анализе кривых расходов воды, полученных за ряд лет. Так, по данным расчетов, выполненных по рекам Беларуси (Западная Двина, Нёман, Днепр, Припять, Березина, Сож и др.), их значения на ряде участков за период от 50 до 100 лет достигли 0, 5− 1, 0 м, а по некоторым рекам России ― до 3 м. При значительных падениях уровня воды его отметки в маловодные периоды становятся меньше отметок нулей графиков водпостов и отсчеты уровней в этот период становятся отрицательными, несмотря на то, что отметки нулей графиков при открытии водпостов назначаются на 0, 5− 1, 0 м ниже наинизших уровней.

Наиболее распространенными сооружениями для защиты от наводнений населенных пунктов, сельхозугодий, польдерных и мелиоративных объектов в поймах рек являются дамбы обвалования. Они представляют собой возвышающиеся над поверхностью земли искусственные сооружения, отсыпаемые или намываемые, как правило, из местных материалов. Наибольшее развитие такие дамбы получили в Китае, где вдоль берегов Великих китайских рек построены дамбы длинной в сотни и даже в тысячи километров. В Беларуси в результате мелиоративных работ построено дамб на протяжении 4, 3 тыс. км, в основном в поймах Припяти и ее притоков

Дамбы обвалования, полностью или частично отгораживая пойму от русла реки на участках различной, иногда очень большой длины, оказывают сильное воздействие на русловые процессы. Действительно, дамбы, препятствуя развитию плановых деформаций, заставляют систему «поток — русло» перестраиваться, переводя плановые деформации в высотные. При этом плановые деформации, характерные для меандрирующих рек, сменяются высотными деформациями размыва.

В Беларуси особенно четко эти процессы проявляются в поймах Припяти и ее притоков. На крупных реках мира они наиболее развиты в их дельтах рек, где уменьшение уклонов водной поверхности является вполне закономерным процессом. Помимо этого, изменение гидравлики потока, вызываемое дамбами, перекрывающими поймы, часто приводит к резко выраженной косоструйности течений, вызывающей так называемый сосредоточенный размыв, оказывающий негативное воздействие на устойчивость дамб.

В развитых странах в понятие регулирование русел включают разные мероприятия: спрямление, закрепление берегов и обвалование. Разновидностью регулирования является, с одной стороны, канализованность русла, т.е. полное изменение естественной формы поперечного сечения, с другой стороны ― периодическое локальное углубление русла на перекатах для улучшения условий судоходства и др. Исключительно высокая степень канализованности русел в процессе регулирования характерна для рек Северной Америки и Западной Европы. Так, после спрямления 16 излучин р. Миссисипи длина реки сократилась на 300 км, а уклон увеличился в среднем на 12 %, а местами в 20 раз. Превращение русла р. Миссури из разветвленного в прямолинейное привело к понижению меженных уровней на 3 м за 40 лет. В Нидерландах значительная часть территории залива Зандерзее отделена дамбами от моря и используется в виде польдеров для сельского хозяйства.

В г. Минске в результате спрямления, регулирования и обустройства русла естественная длина р. Свислочь (от плотины Заславского водохранилища до водовыпуска Минской очистной станции МОС) сократилась на 12 км (с 63 до 51 км).

Своеобразные русловые деформации возникают под влиянием мостовых переходов. Все мостовые переходы в той или иной степени стесняют паводочные потоки и тем самым увеличивают среднюю скорость потока, что приводит к нарушению естественного динамического равновесия между потоком и руслом. В результате сооружения мостов и насыпей дорог создается подпор, приводящий к повышению уровней воды выше по течению, подтоплению угодий, заболачиванию пойм, а иногда и к подтоплению населенных пунктов. Ниже мостовых переходов глубина и продолжительность их затопления значительно меньше, чем в бытовых (естественных) условиях, следовательно, и меньшее количество наносов откладывается на них, в том числе за счет продуктов подмостового размыва. Это ухудшает структуру пойменных почв и снижает их сельскохозяйственную продуктивность. В горных районах при строительстве дорог и мостовых переходов земляные работы часто являются причиной возникновения или активизации селевых потоков.

В Минприроды Республики Беларусь в 1998 г. разработаны «Рекомендации предупреждения эколого-водохозяйственного ущерба от изменения руслового процесса рек дноуглублением и обвалованием». Они обеспечивают предупреждение эколого-хозяйственного ущерба при: добыче нерудных строительных материалов (НСМ); устройстве судоходных прорезей и прокладке трубопроводов; обваловании рек и строительстве польдеров.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 1011