Регулирование русла и стока лесосплавных рек

Расчистка. Расчистка включает в себя несколько видов работ. Для прохода рабочих в период лесосплава и установки специальных устройств, обеспечивающих беспрепятственное продвижение лесоматериалов, расчищают прибрежные полосы реки, называемые бечевником. Обычно расчистке подвергается береговая полоса в зоне между урезами при минимальном и максимальном уровнях лесосплава с запасом в 3...5 м на устойчивых берегах и в 10...15 м - на размываемых. Ширина расчистки согласовывается с местными органами управления регионов.
Береговую полосу лесосплавных рек расчищают от завалов, зарослей кустарника, растущих деревьев и пней.
Берегоочистительные работы выполняются при помощи специальных машин со съемным оборудованием, обычно сконструированных на базе тракторов ТТ-4 или ТДТ-75, лебедок, мото- и электропил.
Расчистка русла реки от завалов, камней, топляков выполняется по всей ширине реки, дноочистительные работы также проводятся на акваториях лесохранилищ и лесосплавных рейдов. Продукты расчистки или сжигают, или укладывают за пределами затопляемых территорий, а топляк для восполнения запасов древесного сырья идет в последующую переработку. При плотных грунтах и глубинах воды не более 0,7 м русло реки от скопления камней расчищают бульдозером. На руслоочистительных работах, как правило, применяют лебедки, тракторы и агрегаты ЛТ-72 и ЛС-36.
Расчистка порогов от крупных камней обычно выполняется на части ширины русла bрасч = (0,25...0,50)bе, так как при массовой уборке камней резко снижается его шероховатость, что неизбежно приводит к увеличению уклонов свободной поверхности потока и к снижению глубин воды.
Топлякоподъемным работам предшествуют изыскания по обнаружению мест массового скопления затонувших лесоматериалов, характера их залегания и определению запасов. Обычно скопления топляков наблюдаются в пунктах передержки леса на акваториях сортировочносплоточных рейдов и в районах выгрузки лесоматериалов.
В соответствии с нормативными требованиями руслоочистительные работы должны проводиться ежегодно. Как правило, эти операции выполняются в период летней межени.
Весьма эффективным средством для повышения лесопропускной способности рек в полноводный период является обоновка лесосплавного хода. Применение обоновки обеспечивает беспрепятственное продвижение леса и сплоточных единиц по реке, так как при этом не наблюдается разнос лесоматериалов по пойме, оседание их на отмелях, попадание леса в несплавные рукава и т. п.
При значительной амплитуде колебания уровней воды в реке различают два вида обоновки: паводковую - для ограждения лесосплавного хода в период максимальных уровней 10%-ной обеспеченности и меженную, фиксирующую лесосплавной ход при низких уровнях воды 90%-ной обеспеченности.
На рис. 18 представлены наиболее часто применяемые на практике схемы обоновки лесосплавного хода. При затопляемых поймах используют или сплошную обоновку, полностью отделяя меженное русло от поймы (рис. 18а), или с частичным захватом поймы для спрямления лесосплавного хода (рис. 18б). Поймы малых рек, защищенных от ветра, ограждаются прерывистой обоновкой (рис. 18е). В этих схемах в качестве обоновки применяют однобревенные или многобревенные пакетные боны.

Если устранение какого-либо препятствия для лесосплава сопряжено с большими капитальными затратами или когда лес необходимо направить от одного вогнутого берега к другому, то целесообразно применять реевые боны (рис. 18г и д), их устанавливают на крупных реках со скоростями течения более 0,8 м/с.
Для ликвидации возможных заторов леса у мостов, плотин и их повреждений устанавливают воронку из бонов перед этими сооружениями с целью направления лесоматериалов в подмостовые или лесопропускные отверстия (рис. 18е).
При регулировании меженного русла бонами перекрывают второстепенные рукава и протоки для направления лесоматериалов по главному лесосплавному рукаву.
Вместо обоновки на некоторых реках для ограждения пойменных участков устанавливают столбы, забиваемые через 4...5 м друг от друга на расстоянии 1...3 м от бровок берега. Этот способ наиболее эффективен для ограждения лесосплавного хода в весенний полноводный период, когда скорости течения превышают 1,25 м/с.
Регулирование перекатов, порожистых участков и гидравлический расчет руслостеснительных сооружений - дамб и полузапруд. На реках с размываемым руслом перекаты являются достаточно сложным препятствием для лесосплава. Для увеличения глубин на них применяют два метода: гидравлический, при котором используется энергия потока для размыва седловины переката, и механический, при котором выемку грунта выполняют дноуглубительными механизмами.
Первый способ более дешевый, но он может быть применен только при размываемых неплотных грунтах, когда скорости течения достаточны для перемещения наносов.
Задачей выправления перекатов является обеспечение сплавных глубин при проектном расходе Qпр. При гидравлическом методе увеличение глубины воды на перекате достигается при помощи установки системы поперечных полузапруд или продольных дамб (рис. 19). При этом скорость течения в сжатом сечении возрастает, и начинается размыв переката. Размыв прекращается, когда скорости течения становятся недостаточными для перемещения наносов. Расстояния между полузапрудами по длине русла принимают: на прямолинейных участках a = (2...3)δ', у выпуклых берегов a = (3...4)δ, у вогнутых a = (1...2)δ, где δ - вылет полузапруды, то есть проекция длины полузапруды на нормаль к потоку.
Для регулирования перекатов целесообразно применять систему полузапруд (см. рис. 19), так как в пространстве между ними образуются водоворотные области с замедленным течением потока, где и оседают наносы, постепенно образуя новый берег. Кроме того, эта схема позволяет регулировать ширину выправительной трассы путем удлинения полузапруд.
Условие размыва до отметки проектного дна Vпр.дна может быть записано в виде

Учитывая формулу (80), можно записать

Откуда искомая ширина выправительной трассы bm, при которой будет обеспечен размыв до проектной отметки дна Vnp.дна, может быть определена по формуле

Отметки проектного Vnp и расчетного Vp уровней воды определяются по кривой расходов Q = f(H) по известным значениям Qпp и Qpф2.
Отметка проектного дна вычисляется по зависимости

Расчетная глубина воды hp устанавливается по формуле

Поперечный разрез выправительной трассы на перекате показан на рис. 20.

Поскольку перекаты подвержены постоянным переформированиям, то для их регулирования применяют легкие, первоначально водопроницаемые плетневые конструкции.
При плотных грунтах перекаты углубляются дноуглубительными снарядами и плавучими механизмами.
Регулирование порожистых участков рек производится путем расчистки русла от крупных камней, закрытия побочных рукавов глухими сооружениями и стеснения потока выправительными сооружениями - продольными дамбами и полузапрудами (см. рис. 19). Последний способ получил наибольшее распространение.
В отличие от перекатов русло реки на пороге практически не размываемое, поэтому стеснение потока на порожистом участке реки дамбами или полузапрудами ведет к увеличению глубин воды в стесненной части русла и образованию подпора выше по течению. Полузапруды обычно устанавливаются в шахматном порядке под углом α = 60...70° к направлению течения, а расстояния между сооружениями подлине русла принимают a = (1,5...3,0)3 (см. рис. 19).
Ширина выправительной трассы bm в этом случае может быть установлена из условия равенства расходов воды до и после регулирования:

В этой формуле глубина he соответствует проектному расходу Qпр, а показатель степени у принимают равным: для скальных порогов у = 0,5; а для каменистых у = 0,33.
Параметры сжатого полузапрудами потока можно установить по методике М.М. Овчинникова.
Регулирование стока лесосплавных рек. Регулирование стока на лесосплавных реках классифицируется по длительности цикла регулирования и по характеру режима потока в нижнем бьефе гидротехнического сооружения. Под циклом регулирования понимают период, в течение которого происходит перераспределение стока реки - от начала наполнения водохранилища до окончания его сработки. По длительности цикла регулирования стока различают многолетнее, сезонное, суточное, многосуточное и смешанное.
В зависимости от характера режима потока на улучшаемом участке реки возможны два вида дополнительного питания. Непрерывное дополнительное питание из водохранилища производится в течение всего периода регулирования, при этом на улучшаемом участке реки поддерживаются постоянные скорости течения, глубины и ширины потока. Этот вид питания характерен для многолетнего и сезонного регулирования. Условия для проведения лесосплава весьма благоприятные.
При дополнительном питании в виде кратковременных попусков воды из водохранилища на улучшаемом участке реки необходимые для лесосплава глубины и ширины обеспечиваются только в течение нескольких часов в сутки, в оставшуюся же часть суток эти параметры потока не изменяются.
Типы лесосплавных плотин и их конструктивные элементы. Плотины являются наиболее распространенным типом гидросооружений. Они классифицируются по нескольким признакам.
По назначению лесосплавные плотины делятся на постоянные и временные. Постоянные относятся к IV классу капитальности. Временные плотины не имеют класса капитальности, так как устанавливаются на одну навигацию или для разового обводнения обсохших лесоматериалов.
По водохозяйственному признаку различают водоподъемные и водохранилищные плотины. Водоподъемные плотины предназначены для создания подпора и используются для поддержания на плаву запанных пыжей, увеличения рейдовых акваторий с недостаточными глубинами и ширинами, водосъема плотов береговой сплотки и штабелей лесоматериалов. Водохранилищные плотины используются для регулирования стока, т.е. для улучшения условий лесосплава на затруднительных участках рек.
Напор на пороге лесосплавных плотин H не превышает 5 м, и эти сооружения являются низконапорными.
Основными элементами постоянной лесосплавной плотины являются: флютбет, устои; промежуточные опоры в виде быков, контфорсов и ферм; съемные промежуточные стойки, щиты; служебный или проезжий мосты и земляные сопрягающие дамбы.
Наиболее важной частью плотины является ее флютбет - основание, который служит для передачи на грунт основания нагрузок от выше-расположенных конструкций сооружения, защиты от размыва основания плотины поверхностным и фильтрационным потоками. Флютбет может быть свайным или ряжевым. Свайный флютбет требует меньших капитальных затрат, но его применение возможно только на грунтах, допускающих забивку свай.
Флютбет постоянной лесосплавной плотины состоит из предпонурной (глиняной) подушки, понура, водобоя, слива и рисбермы.
Предпонурная подушка и понур предназначены для увеличения длины фильтрационного потока под плотиной, т.е. для гашения фильтрационного напора и для предотвращения размыва грунта перед отверстием плотины. Гасят фильтрационный напор и снижают скорости фильтрации также королевой и понурый шпунты.
Водобой, слив и рисберма защищают русло реки в нижнем бьефе сооружения от размыва поверхностным потоком и обеспечивают плавное сопряжение уровней с нижним бьефом плотины. Если водобой водонепроницаемый, то он участвует в гашении фильтрационного напора.
Рисберма выполняется в виде двойной каменной отсыпки в плетневых клетках, каменной отмостки или железобетонных плит.
Длину отдельных частей флютбета принимают в долях от напора на пороге плотины H: длина понурой подушки Iпп = (0,5...3,0)Н; длина понура Iп = (1,5...2,5)Н; длина водобоя Iв = (2,0.. .4,0)Н; длина слива Ic = (2,0...3,0)Н; длина рисбермы Ip = (3,0...5,0)Н.
Устои плотины служат для сопряжения с берегами или земляными дамбами.
Быки и контрфорсы воспринимают нагрузку от моста и давление воды на сами опоры и щиты. Поворотные фермы применяются на затопляемых весенним паводком плотинах.
Съемные промежуточные стойки предназначены для установки на них щитов (затворов).
Плоские щиты входят в пазы промежуточных стоек и перекрывают водосливное отверстие плотины.
Мост необходим для прохода рабочих, перемещения подъемного механизма щитов и реже для проезда автотранспорта.
Земляные дамбы служат для сопряжения плотины с берегами по речной долине.
Лесосплавные плотины строят из древесины, монолитного или сборного железобетона. Конструкции и расчет постоянных лесосплавных плотин излагаются в специальной литературе.