Заиление подпертых бьефов и водохранилищ
При заполнении объемов подпертых бьефов и водохранилищ наносами технические характеристики гидроузлов ухудшаются: в ирригационные каналы или в турбинные водоводы поступает более мутная вода с более крупными наносами, регулирующая способность водохранилищ сокращается. Эти и другие осложнения приводят к необходимости составления прогноза заиления, который является обязательной составной частью проекта и влияет на технические решения и экономические показатели.
По М. М. Гришину [26], верхние бьефы гидроузлов разделяются на подпертые бьефы и водохранилища. Разделение основано на различном уровенном режиме при эксплуатации: в подпертых бьефах уровень воды под держивают примерно на одной отметке в пределах от НПУ до ФПУ, в водохранилищах его для перерегулирования расходов во времени изменяют в значительном диапазоне — от УМО до НПУ.
Заиление водохранилищ и подпертых бьефов происходит по одним и тем же закономерностям, при расчете имеются специфические особенности. Для анализа и расчета заиления целесообразно выделить четыре типа ВБ (рис. 10.4).
Подпертые бьефы образуются низ- конапорными гидроузлами. По всей или почти по всей длине их наблюдается турбулентный режим движения потока, и наносы в начале эксплуатации транспортируются до гидроузла; часть их сбрасывается в НБ. Заиление подпертньгх бьефов происходит сразу же по всей длине.
Емкость долинных водохранилищ на равнинных реках (рис. 10.4,6) обычно велика (соизмерима с годовым стоком воды). Малая проточиость таких водохранилищ приводит к тому, что все принесенные рекой наносы осаждаются в верхней части их. По мере продвижения нижней границы заиления к гидроузлу в расчет вводятся также и нижние участки водохранилища.
Особенность горных водохранилищ (и прудов в оврагах и балках) состоит в большом уклоне дна и относительно малой их длине (рис. 10.4, в). Это приводит к тому, что наиболее мелкие наносы транспортируются потоком до створа плотины (мелкие наносы могут также перемещаться в состоянии донного плотностного потока). Если эти наносы не сбрасываются в НБ, то они образуют перед гидроузлом очень рыхлые (с плотностью 0,4...0,8 т/м3) отложения с горизонтальной поверхностью.
Четвертый тип — это наливные водохранилища (рис. 10.4, г). Если в первых трех типах заиление происходит при участии всего стока воды и всего стока наносов, то в наливные водохранилища заносится лишь часть наносов, увлекаемых только той водой, которая аккумулируется в водохранилище (участвует в регулировании стока).
По мере продвижения потока в пределах подпертых бьефов и водохранилищ от створа к створу (рис. 10.4) скорости течения уменьшаются. Еще более резко уменьшается транспортирующая способность потока. Наносы, содержащиеся в потоке, оказываются в избытке и выпадают на дно. Наиболее быстро осаждаются крупные песчаные наносы. Одновременно с ними осаждаетсд часть и более мелких наносов. Отложения наносов занимают часть объема водохранилища и приводят к увеличению скоростей потока. Чем больше объем заиления, тем более значительными формируются скорости течения потока и тем больше наносов выносит он в НБ. Этот процесс выражается основной расчетной формулой заиления [42, 121]:
Заиление водохранилищ определяется шестью факторами. Четыре из них — расходы воды водотока, сток наносов, их фракционный состав и рельеф дна водохранилища — численно влияют на величину е, так как ее определяют по результатам вычисления транспортирующей способности потока и нагрузки наносами, которые донесены до расчетного створа [например, по формуле А. Н. Гостунского (10.6)]. Мутность р определяют по результатам предварительной обработки бытового фракционного состава взвешенных наносов по графику.
Пятый и шестой факторы — объем водохранилища и параметр неустановившегося движения потока — входят непосредственно в формулу (10.21) для определения характеристики заи- ляемости.
Площади заиления на расчетных створах F3 можно вычислить по относительному заилению расчетных участков водохранилища:
При заилении отложения наносов занимают нижнюю часть сечения, поэтому по площади заиления определяют среднюю отметку дна. Это дает возможность приближенно отразить рельеф дна водохранилища в динамике и определить, в каком объеме (в полезном или в мертвом) откладываются наносы.
Мутность потока у гидроузла или в расчетном створе в различное время эксплуатации определяют по формуле;
Заранее построенные кривые осаждения наносов p—f(р) (см. табл. 12.1) дают возможность по мутности определить также и фракционный состав наносов.
В заилении участвуют неруслообразующие наносы, поэтому уклоны потока, формирующегося при завершении заиления, по сравнению с бытовыми малы.