Общий размыв русл в нижних бьефах гидроузлов
Водохранилищные гидроузлы изменяют режимы уровней, стока наносов, а также расходов воды. При этих условиях в большинстве случаев в нижних бьефах развивается деформация общего размыва дна, сопровождающаяся снижением уровней воды. Общий размыв происходит из-за недостатка в потоке (по сравнению с бытовыми условиями) руслообразующих фракций наносов. В особенности значительным деформациям подвержены неустойчивые русла (И, III и V типы).
Последствия общего размыва: понижение дна и уровня воды у гидроузла и расположенных ниже насосных станций, сбросных и водозаборных каналов, у мостов и других сооружений; перестройка форм и размеров русла; в руслах III и V типов усиление процесса образования отмостки и развитие боковой эрозии (разрушение берегов); усиление дренирующей способности русла реки; изменение условий в руслах-нерестилищах; изменение режима затопления поймы; уменьшение уклона потока и скоростей течения.
Наибольшее понижение дна и уровней воды происходит у гидроузла. Ниже по течению из-за размыва дна поток частично насыщается наносами и интенсивность размыва уменьшается. После значительного насыщения наносами при дальнейшем продвижении поток уже не размывает русло; участок общего размыва имеет нижнюю границу там, где уровни воды участка размыва сопрягаются с бытовыми уровнями. Однако с развитием размыва нижняя граница перемещается вниз по реке.
В процессе общего размыва роль крупных зерен русловых отложений возрастает и он развивается по двум качественно различным схемам [100]: без отмостки (I и II типы русл, рис.10.6,а) и с отмосткой русла (III, IV и V типы, рис. 10.6, б).
В мелкозернистых руслах v (рис.10.6,а) поток, нагруженный наносами, разрабатывает себе предельно устойчивое русло с уклоном to, который меньше бытового уклона to (так как в естественных условиях всегда есть сток наносов и уклон потока больше предельно устойчивого). Морфологические элементы для этих условий можно определить по формулам (10.1),.. (10.3).
В процессе размыва песчаных русл (без образования отмостки) дно и уровни понижаются, оставаясь параллельными. Длина участка размыва постоянно увеличивается, поэтому интенсивность снижения уровней уменьшается.
В руслах из крупнозернистых отложений (рис. 10.6,6) в процессе размыва образуется отмостка; сопротивляемость ее размыву тем больше, чем она крупнее, то есть чем больше толща перемытого потоком грунта. Вблизи гидроузла поток размывает дно обычно в первую очередь, поэтому влияние отмостки проявляется на этом участке раньше, чем на других. Образование отмостки уменьшает интенсивность размыва дна у гидроузла, и очаг наиболее значительных глубинных деформаций смешается вниз по течению. Длина участка общего размыва непрерывно увеличивается, и предельным состоянием в этой схеме может быть такое, при котором сформированное в результате размыва дно будет параллельным исходному положению его.
На тех участках, где благодаря формированию отмостки глубинная эрозия уменьшается, усиливается размыв прибрежной части русла и берегов, состоящих из более мелких отложений, чем перемытая стержневая часть русла. Размыв берегов — это вид деформации русла, приносящий наибольший ущерб народному хозяйству.
Морфологические элементы потока и русла при общем размыве в крупнозернистых отложениях определяют по формулам (10.10)...(10—12).
Общий размыв может быть остановлен поступлением из верхнего бьефа наносов после частичного занесения; распространением общего размыва до базиса эрозии (уровень моря или нижерасположенного гидроузла); обнажением в русле трудноразмываемых грунтов (за участком русла из трудноразмываемых пород размыв может развиваться); формированием отмостки из наиболее крупных фракций.
Порядок приближенного расчета общего размыва по схемам на рисунке 10.6 сводится к следующему.
Определяют уклон предельно устойчивого русла 10. Считают, что на участке размыва устанавливается средний уклон.
Задаются снижением уровня воды у гидроузла Дг и определяют длину участка размыва.
Далее вычисляют объем русловых отложений, который поток должен смыть, чтобы русло соответствовало состоянию, определяемому значением снижения уровней Дг у гидроузла. Для этого на поперечные профили реки в бытовом состоянии наносят новые профили, сформированные потоком при общем размыве и найденные по формулам этой главы в соответствии с типом русла.
Время наступления этого состояния снижения русла и уровней воды определяется отношением объема размыва к годовому стоку наносов в новых условиях. Годовой сток наносов через нижний граничный створ участка размыва можно вычислить по формулам динамики русловых потоков (В. Н. Гончаров, А. Никитин, Г. И. Шамов). Но более надежным будет результат, полученный по измеренному стоку донных (влекомых) наносов путем исключения из него мелких фракций, которые в русловых отложениях встречаются в ограниченном количестве.
Общий размыв в виде попятной эрозии возникает также на реках-притоках, впадающих в реку, где происходит снижение уровней под влиянием общего размыва на старшей реке или при изменении ее уровенного режима.