Стабилизация судоходной трассы и обеспечение безопасности судоходства в комплексе с защитой от размыва вогнутых берегов на меандрирующих реках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.17, кандидат технических наук Кругленко, Юрий Дмитриевич

• Кругленко, Юрий Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кругленко, Юрий Дмитриевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБОБЩЕНИЕ НАУЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ И ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОПЫТА ПО БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИН)

1.1. Краткая история берегоукрепления в

России

1.2. Анализ научной и производственной информации о современных принципах проектирования и осуществлении берегоукрепительных работ.

1.3. Использование берегозащитных шпор и пляжа в комплексе регуляционных сооружений урбанизированных участков рек в город -ских зонах.

1.4. Разрушения берегоукреплений на меандри-рующих реках, их причина и последствия. Цели исследований.

ГЛАВА 2. НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БЕРЕГОЗАЩИТНЫХ ШПОР С РЕЧНЫМ'ПОТОКОМ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ МЕТОДОВ ИХ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО И ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТОВ . 94 2.1. Анализ литературных источников по исследованиям взаимодействия берегозащитных шпор с речным потоком.

2.2. Расчет радиуса кривизны вогнутой кромки выправительной трассы и плановая компоновка расстановки систем берегозащитных шпор и берегозащитного пляжа.

2.3. Расчет расстояний между берегозащитными шпорами.

2.4. Аналитические и экспериментальные ис -следования распределения взвешенных наносов по ширине русла меандрирующей реки в бытовых условиях и после возведения берегозащитных шпор у вогнутого берега

2.5. Прогнозирование планового расположения и глубины воронки размыва у головы берегозащитной шпоры.

ГЛАВА 3. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ КОМПЛЕКСНЫХ ВЫПРАВИТЕЛЬНЫХ И БЕРЕГОУКРЕПИТЕЛЬНЫХ РАБОТ С УЧЕТОМ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

3.1. Технологические и конструктивные решения по стабилизации судоходных трасс и обеспечению безопасности судоходства в комплексе с берегоукреплением и с учетом экологических требований на меанд-рирующих реках

3.2. Оценка долговечности и надежности берегозащитных шпор; нормы амортизационных отчислений.

3.3. Использование принципов системного анализа в организации и технологии берегоукрепительных работ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Стабилизация судоходной трассы и обеспечение безопасности судоходства в комплексе с защитой от размыва вогнутых берегов на меандрирующих реках»

Береговые укрепления, как известно, являются одним из важнейших мероприятий по обеспечению стабильности судоходных трасс и обеспечению безопасности движения флота на внутренних водных путях Широко используются они и в других видах гидротехническогоительства. Поэтому проблема проектирования,ительства берегоукреплений во все времена привлекала внимание учёных и инженеров. Однако, несмотря на многочисленные серьёзные исследования научных учреждений и многолетний практический опытительства и эксплуатации берегоукреплений на внутренних водных путях, как нашейны, так и за рубежом, нередки случаи неудачных работ, разрушения и аварий берегоукреплений, что свидетельствует о целесообразности и необходимости дальнейшего усовершенствования проектирования,ительства и эксплуатации сооружений и. средств защиты берегов от разрушения. Об этом свидетельствуют работы

В.В.Дегтярёва, впервые создавшего расчётные методы проектирования берегозащитных шпор и берегозащитного пляжа, которые описаны в ряде его работ [8], [9], [12], опубликованных в 50-80 годах, а также других отечественных и зарубежных учёных и практиков [l], [4], [14], [17], [21], [37], [39], [43].

Накопленный за последние десятилетия большой производственный опыт и многие капитальные научные исследования по проектированию, строительству и эксплуатации берегоукреплений позволяют на базе этого опыта и разрозненных результатов научных проработок провести новые теоретические и экспериментальные работы и предложить новую, более совершенную методику проектирования берегозащитных шпор и пологого пляжа, как наиболее надёжных и экономичных креплений берегов для обеспечения стабильности судоходных трасс и безопасности судоходства на реках с меандрирующим руслом, широко распространённых в Сибири.

Заключение диссертации по теме «Водные пути сообщения и гидрография», Кругленко, Юрий Дмитриевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа выполнена в Новосибирской государственной академии водного транспорта во время обучения автора в аспирантуре при кафедре водных путей и гидравлики под руководством Заслуженного деятеля науки РФ, профессора, доктора технических наук Дегтярева В.В.

В работе проанализирован многолетний опыт берегоукрепительных работ на реках России, в основном в Сибири, и изучены результаты исследований по защите берегов от размыва течением и волнами, выполненными отечественными и зарубежными учеными. Анализ показал,-что наиболее распространенным русловым процессом на реках Сибири является меандрирование, а потребности в защите больше всего возникают у вогнутых берегов на изгибах русла. Берегоукрепительные мероприятия являются неотъемлемой частью комплексов оградительных дамб акваторий портов и судостроитель-но-судоремонтных заводов, прибрежных территорий городов, водохозяйственных объектов.

При защите вогнутых берегов меандрирующих рек конкурирующими вариантами являются, во-первых, предотвращение разрушения непосредственно берега активными или пассивными средствами; во-вторых, отторжение излучины спрямляющим каналом; нередко в комплексе с перекрытием старого русла запрудами. Для стабилизации судоходных трасс и обеспечения безопасности судоходства с одновременным берегоукреп-лением, в том числе у населенных пунктов, наиболее эффективным является активный способ прекращения нежелательных русловых деформаций - возведение систем берегозащитных шпор. В городах и у важных водохозяйственных и транспортных объектов предпочтительнее пассивные средства защиты -бетонные, асфальтовые и каменные покрытия или в отдельных случаях - намыв берегозащитного пляжа. Защитные шпоры в этих условиях целесообразно применять в составе комплекса оградительных сооружений.

Как показывает опыт, берегозащитные пляжи успешно эксплуатируются на водохранилищах. Например, на Обском море у Академгородка Сибирского отделения Российской академии наук, где он с 1957 года не только защищает от размыва берег, но стал центральным местом купания для жителей Академгородка и всего полуторомиллионного Новосибирска .

В определенных условиях возможно использовать пляжи и для берегозащиты на реках, получая одновременно ценные рекреационные объекты.

При намыве пляжей на реках из мелких песков со значительной примесью ила их служба непродолжительна и повторный намыв не всегда рентабелен. Были случаи полностью неудачных попыток намыва пологих откосов, например, на р.Иртыше в Семипалатинске и Ханты-Мансийске. Поэтому прежде чем принять решение о намыве пляжа, надо провести анализ гидрологических условий и гидравлические расчеты для прогноза воздействия течения и волн на намытый пляж, чтобы установить необходимость дополнительных мероприятий. Примером может служить проект берегоукрепления на реке Чулым у пос. Комсомольский, фрагменты которого помещены в приложении 2. В этом проекте пляж и берегозащитные шпоры используются в комплексе.

Спрямление излучин ограничивается их техническими и экологическими недостатками, большей стоимостью и нередко недолговечностью результатов из-за нарушения естественного процесса меандрирования. Спрямления неприемлемы в крупных городах и не вписываются в комплексы водохозяйственных объектов и мостовых переходов.

Изложенные соображения послужили причиной основного внимания в диссертационной работе проектированию, возведению и эксплуатации систем берегозащитных шпор у вогнутых берегов меандрирующих рек.

Актуальность диссертационной работы обосновывается тем, что в период рыночных реформ и систематического дефицита средств на дноуглубительные работы необходим поиск методов поддержания судоходных глубин и обеспечения безопасности судоходства путем стабилизации судоходных трасс с отказом от постоянного извлечения грунта земснарядами. Одним из эффективных методов решения этой проблемы на поворотах рек - возведение систем берегозащитных шпор у вогнутых берегов меандрирующих рек. Этот метод экологически предпочтительнее других, а главное, открывает возможности комплексного решения с одновременным берегоукреплением у населенных пунктов. Такое общее решение оправдало себя у поселка Бишура на реке Тобол и у села Покровское на реке Туре; подготовлен проект аварийно-спасательных берегоукрепительных работ у поселка Комсомольский на реке Чулым. Шпоры, дополняющие комплекс оградительных дамб на реке Иртыше в г.Омске, в значительной мере способствовали многолетней стабилизации судоходной трассы в зоне города.

Цель и основные задачи исследований - поиск наиболее эффективного и экономичного пути стабилизации судоходных трасс и обеспечение безопасности судоходства в изгибах меандрирующих рек с разработкой рекомендаций для расчетного обоснования плановой компоновки и конструкции сооружений .

На защиту выносятся:

Обоснование сопоставительного выбора путевых мероприятий для стабилизации судоходной трассы и обеспечения безопасности судоходства на изгибе меандрирующей реки в комплексе с берегоукреплением.

Аналитические методы расчета радиуса кривизны вогнутой границы судоходной трассы, расстояний между шпорами, расчет распределения скоростей течения и концентрации взвешенных наносов в меандрирующем русле после возведения системы берегозащитных шпор, аналитический прогноз, глубины воронки размыва русла у головы шпоры.

Рекомендации по технологии возведения шпор с учетом экологических требований.

Научная новизна диссертации подтверждается тем, что впервые даны теоретически обоснованные методы оценки распределения скоростей течения и концентраций взвешенных наносов на изгибе меандрирующего русла после возведения системы берегозащитных шпор, что позволило разработать методику аналитического прогноза глубины воронки размыва у голов сооружений для правильного выбора средств зашиты по признакам долговечности, надежности, а также минимуму приведенных капитальных и эксплуатационных затрат.

Практическая значимость и реализация рекомендаций работы.

Диссертация имеет прикладную производственную направленность. Все выводы работы построены на обобщении производственного опыта берегоукрепления на реках Сибири, что обеспечивает достоверность и надежность предложений. Натурные наблюдения - единственный возможный путь получения исходных данных для теоретических исследований, т.к. при современном дефиците ассигнований на науку проведение широкомасштабных лабораторных экспериментов проблематично.

На основе диссертационных исследований разработан проект стабилизации судоходной трассы и защиты берега от размыва у поселка Комсомольский на реке Чулым. Проект принят к реализации администрацией Беляевского района Томской области. Начатые работы временно приостановлены в 1998 году и перенесены на следующую навигацию из-за снятия отпущенных средств (секвестра) для предотвращения аварийного чрезвычайного положения в поселке.

Предложения по охране окружающей природной среды при возведении и эксплуатации берегозащитных шпор вошли в раздел выправления рек проекта федеральных

Природоохранных правил производства путевых работ на внутренних водных путях».

Основное содержание диссертации раскрыто в 3 публикациях, помещенных в научные труды НГАВТ и Сибирский вестник секции «Ноосферных знаний и технологий» Российской академии естественных наук.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кругленко, Юрий Дмитриевич, 1998 год

1. Алперин И.Е., Быков Л.С., Гуревич В.Б. Укрепление берегов судоходных каналов рек и водохранилищ. - М. , Транспорт, 1973. - 215 с.

2. Алтунин С.Т. Регулирование русел. М. , Сельхоз-издат, 1956. - 336 с.

3. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов. -М., Транспорт, 1980. 216 с.

4. Ботвинков В.М. Проектирование дноуглубительных и выправительных работ на малых реках. Новосибирск. Из-ие НГАВТ. 1995. - 86 с.

5. Водарский Е.А. Выправление (регулирование) рек. -М., Водный транспорт, 1939. 268 с.

6. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л., Гидрометеоиздат, 1979. - 311 с.

7. Гришанин К.В. и др. Водные пути (К.В.Гришанин, В.В.Дегтярев, В.М.Селезнев). М., Транспорт, 1986. - 400 с.

8. Дегтярев В. В. Выправительные сооружения из грунта. М. , Транспорт, 1970. - 247 с.

9. Дегтярев В.В. Улучшение судоходных условий сибирских рек. М. , Транспорт, 1987. - 176 с.

10. Дегтярев В.В. Охрана окружающей среды. М. , Транспорт, 1989. - 208 с.

11. Дегтярев В.В. Оптимизация организации дноуглубительных работ с учетом экологических последствий. //В сб. «Экологические аспекты гидравлики». М.: Изд-ие Всесоюзного объединения Союзводпроект. 1990. С. 67-71.

12. Дегтярев B.B. Проектирование и эксплуатация вы-правительных сооружений на внутренних водных путях. М. , Транспорт, 1981. - 224 с.

13. Дегтярев В.В. (мл.) Особенности гидравлического режима и русловых переформирований в зоне проявления суточного регулирования стока Новосибирской ГЭС: сб. докл. 2-го Всес. Съезда гидроэкологов. М. , 1991. - С. 134135.

14. Долженко Ю.А. Повышение роли водных путей в транспортном комплексе Республики Саха. Автореферат канд.дисс., Новосибирск. 1997. 22 с.

15. Кабанов A.B. Прогнозирование транзитных глубин при резком уменьшении объемов землечерпательных работ на реках. Новосибирск: НГАВТ. 1995. - 116 с.

16. Кондратьев Н.Е. и др. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. /Н.Е.Кондратьев, И.В.Попов, Б.Ф.Снищенко/. J1., Гидрометеоиздат, 1982. -272 с.

17. Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. -М. , МГУ, 1986. 263 с.

18. Печкуров А.Ф. Устойчивость русла регулированных рек. Минск, Изд-ие АН Белорусской ССР, 1950. - 256 с.

19. Пронин В.И. Прогноз дальнейшего размыва прорана между островами Безымянный и Маленький Почтовского месторождения НСМ на р.Оби: сб. тр. Развитие внутренних водных путей Сибири и Саха (Якутии), НГАВТ. Новосибирск, 1994. -С. 14-19.

20. Рахманов А.Н. О влиянии шероховатости русла на протяженность водоворотного участка расширяющегося спокойного потока. Изв. ВНИИГ, т. 83, Энергия, 1967. С. 85-104.

21. Рахманов А.Н., Стефанович Г.В. О методах расчета спокойных потоков при внезапном расширении русла. Изв. ВНИИГ, т. 88. Л., Энергия, 1969. С. 3-36.

22. Ржаницын H.A. Руслоформирующие процессы рек. -Л., Гидрометеоиздат, 1985. 263 с.

23. Розовский И.Л. Движение воды на повороте открытого русла. Киев, Изд-ие АН УССР, 1957. - 188 с.

24. Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации выправительных сооружений из грунта. Официальное издание Министерства речного флота РСФСР. 1971. -192 с.

25. Русловые процессы и путевые работы на свободных реках (Доманевский H.A., Лосиевский А.И., Маккавеев Н.И., Матлин Г.М. , Ржаницын H.A.). Тр. ЦНИИЭВТ, вып. УШ, М. , Речиздат, 1956. 458 с

26. Шатберашвили П. Определение оптимального радиуса кривизны устойчивого русла в аллювиальных отложениях. Речной транспорт, 1967, № 4, с. 140-141.

27. Шеренков И.А. Прикладные плановые задачи гидравлики спокойных потоков. М., Энергия, 1978. - 240 с.

28. Aquatic pollution and dredging in the European community. Shaping the Environment Hague. Delwel. 1990/ -184 p.

29. Arredi F. Sul tracciamente delle inalveazioni fluviali. Ricerche Ingegneria, vol. 11, № 4, 1940. p. 93-101.

30. Asphalt in hydraulic structures. The asphalt institute college park, Maryland. Sept. Manual series No. 12, 1961. 241 p.

31. Chang Y. Lateral mixing in meandering channels Ph.D. Thesis, Dept. Of Mechanics and Hydraulics, University of Iowa, May, 1971.

32. Elder J.W. The dispersion of marked fluid in turbulent shear flow //J.Fluid Mech. V.5. No.4/ 1959.

33. Cauwenberger M. La determination d'un trace rationnel, Travaux, N 181, 1949. p. 637-658.

34. Glaser H. Die Klotoide als bestimmtndes Trassierungselement in Flussbau, Wasserwirtschaft, N 5, 1949. p. 68-99.

35. Hydraulic laboratory practice. New York. The american society of mechanical engineers. 1929. 868 p.

36. Kandasamy J.K. , Melville. Maximum local scour depth at bridge piers and abutments. Journal of hydraulic research, Volum 36, N 2, 1998. p. 183-198.

37. Krishnappan B.G., Lau J.L. Fransverse mixing in meandering channels with varyng boottom topography. Journal of hydraulic research. Volume 15, N 4, 1977. '- p. 351-372.

38. Melville B.W., Raudkivi A.J. Flow characteristics in local scour at bridge piers. Journal of hydraulic research, Volume 15, N 4, 1977. p. 373-380.

39. Ripley H.C. Relation of depth to curvature of channals. Proceedings of the Airier. Soc of civ. Ehd. , 1925, December, N 10, p. 1907-1938.

40. Strobmayer P. Der Hyperbellogen in Flussban.

41. Mathematische Unterlagen fur die praktische Anwendung. Osterreichische Wasserwirtschaft, N 11, November, 1957. -p. 122-144.

42. Technical code of regulation works for navigation channel. The People's Republic of China. The water Transportation engineering commission. 1993. 127 p.