Русловые переформирования в зоне нижнего бьефа
Изменение естественного (бытового) режима течения воды в реке вызывает соответствующие изменения в процессе переформирования ее русла. После возведения гидроузла этот процесс существенно интенсифицируется, развиваясь особенно быстро в начальный период эксплуатации водопропускных сооружений. Различают два основных вида русловых переформирований в зоне нижнего бьефа: местные деформации русла и его общие трансформации. Под местными деформациями (размывами) подразумевают изменения очертаний русла на участках резко изменяющегося движения потока вблизи сооружений. Общими трансформациями (размывами) называют изменения очертаний русла на участках значительной протяженности. Методы расчета общих размывов обычно рассматривают в курсах динамики русловых потоков. Существующие методы расчета местных и общих размывов могут дать правильные результаты только при условии достаточно детальной изученности геологического строения основания в пределах возможных зон возникновения переформирований и получения надежных геотехнических характеристик грунтов, слагающих русло реки в рассматриваемых местах.
Необходимые параметры крепления нижнего бьефа и размыва за ним существенным образом зависят от значения удельного расхода на сходе потока с рисбермы, принимаемого с учетом вида грунта, слагающего отводящее русло, и глубины потока. Изменяя удельные расходы, можно получить различные варианты конструкции концевых частей крепления и выбрать затем на основе технико-экономического сравнения наиболее экономичный из них.
Для предварительного назначения удельных расходе (на 1 м ширины водосливного фронта) следует использовать существующие методы определения допускаемых (неразмывающих) скоростей [56, 76], а также учитывать опыт проектирования и строительства речных гидроузлов. Так, для низко- и средненапорых плотин на песчаных основаниях расчетный удельный расход можно принимать равным 25...50 м3/с; в случае глинистых оснований рр = 50...70 м3/с. Большие удельные расходы имеют концевые части водосбросов, основание которых сложено скальными породами.
Прогноз местных размывов. Для донного режима сопряжения бьефов глубины воды в зоне наибольшего размыва Лр можно легко получить из выражения удельного расхода в зоне размыва, в общем случае не равного удельному расходу на рисберме, после замены средней допускаемой скорости в воронке формулой связи:
В связи с тем что несвязный грунт обычно неоднороден и имеет крупные включения, которые при вымыве мелких фракций образуют естественную отметку дна, во многих случаях можно использовать формулу К. И. Российского;
Для режима отброшенной струи за носком-трамплином максимальную глубину размыва можно определить по формулам Ц. Е. Мирцхулавы; для несвязных грунтов:
Общие размывы. Водохранилища гидроузлов — это большие естественные отстойники, вода поступает из них в нижний бьеф практически полностью осветленной, то есть лишенной руслоформирующих фракций наносов. Это приводит к тому, что на большой протяженности нижнего бьефа за гидроузлом идет интенсивный процесс трансформации речного русла, сопровождающийся существенными понижениями отметок речного дна, — общий размыв.
Глубина общего размыва ограничивается значениями допускаемых скоростей.
Расчеты хода общих размывов ведут методом баланса наносов, представляющим сочетание гидравлических расчетов с уравнениями твердых материалов [16]. С помощью гидравлических расчетов устанавливают положение свободной поверхности потока, его глубину и скорость. Расчеты ведут по осредненным характеристикам поперечных сечений в конечных приращениях.