способ борьбы с донной эрозией

Формула изобретения

Способ борьбы с донной эрозией, включающий систему запруд-перепадов, отличающийся тем, что русло реки по длине разбивают запрудами-перепадами на участки с проектными уклонами

где С - коэффициент Шези,

где R - гидравлический радиус,

d - диаметр частиц, меньше которого в данном грунте содержится по весу 60% частиц;

h - глубина потока при расходе расчетной обеспеченности;

- площадь живого сечения потока;

- длина смоченного периметра;

n - коэффициент шероховатости, n=0,025,

которые формируют в результате транспортирования и осаждения донных наносов с учетом фракционного состава грунта русла реки, а длину участка между запрудами-перепадами определяют по формуле

при этом количество запруд-перепадов будет равно

где i - гидравлический уклон, который можно считать равным уклону дна реки;

H - высота запруды-перепада;

- полная длина реки .

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано в качестве способа для предотвращения донной эрозии на реках и каналах.

Известен водосброс монолитной конструкции [1], который может быть использован как средство для борьбы с донной эрозией и содержащий водослив, между бычками которого устроены углубления и консоли либо трамплины, которыми поток разделяется на струи, падающие рядами на струеотражатели с гребнями при вершине. Боковые поверхности струеотражателей направляют их в камеры, где они соударяются. Струеотражатели примыкают к водобойному порогу.

Недостатками данного технического решения являются:

- при использовании его как средства для борьбы с донной эрозией необходимо произвести большие объемы земляных работ;

- не учитывается фракционный состав грунта русла реки и соответственно транспортирующая способность потока;

- нет гарантии в эффективности решений намеченной проблемы по предотвращению донной эрозии.

Наиболее близким техническим решением является система запруд, которые отстоят друг от друга на расстоянии 40-120 м [2]. Недостатками данного технического решения являются:

- при определении расстояния между запрудами не учитывается фракционный состав русла реки и соответственно транспортирующая способность потока;

- при данном способе неизвестно, будет ли заноситься верхний бьеф отдельно запруды.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности работы за счет исключения донной эрозии, а также повышение экономичности.

Поставленная цель достигается тем, что русло реки или трасса канала по длине разбивается полузапрудами-перепадами на участки с уклонами, меньшими, чем действительные уклоны, и гашение избыточной энергии водного потока осуществляется сосредоточенно в водобойных колодцах. Проектируемый уклон реки, формируемый строительством системы запруд-перепадов, определяется с учетом фракционного состава русла реки.

При этом скорость движения потока определяется из уравнения Шези:

где С - коэффициент Шези; R - гидравлический радиус; i - гидравлический уклон, который можно считать равным уклону дна реки.

Максимальную допустимую скорость _max в случае равномерного движения, при которой начинается движение частиц расчетной фракции грунта, слагающего дно реки или канала, можно определять по формуле Шамова Г.И. (Чугаев P.P. Гидротехнические сооружения. Водосливные плотины. Учеб. Для вузов. М., “Высш. Школа”, 1978, 77 с.):

где d - диаметр частиц, меньше которого в данном грунте содержится по весу 60% частиц; h - глубина потока при расходе расчетной обеспеченности. Расчетная обеспеченность зависит от класса сооружения и тех последствий, которые могут произойти при аварии, вызванной донными размывами.

Если приравнять первые два уравнения, можно найти проектируемый уклон, при котором транспортирование потоком частиц расчетной фракции прекратится

Коэффициент Шези С можно определить по формуле Штеренлихта Д.В.

где R - гидравлический радиус, ; - площадь живого сечения потока; - длина смоченного периметра; n - коэффициент шероховатости, для открытых русел n=0,025.

Зная общую длину реки l и действительные значения уклона дна русла реки i, можно определить длину участка между запрудами-перепадами по формуле:

Задаваясь значениями высоты Н, определяем длину участка между запрудами-перепадами.

Количество участков или количество запруд-перепадов будет равно:

На фиг.1 изображен продольный профиль русла реки с системой запруд-перепадов; на фиг.2 - схема для определения высоты и длины участка между запрудами-перепадами.

На дне русла реки 1 строятся запруды-перепады 2, которые изменяют уклон дна русла 3 в результате отложения наносов расчетной фракции. Через запруды-перепады 2 протекающий поток воды 4 гасится сосредоточено на укрепленных участках реки за запрудами.

Способ борьбы с донной эрозией состоит в следующем. Русло реки 1 по длине разбивается полузапрудами-перепадами 2 на участки с уклонами, меньшими, чем действительные уклоны, и гашение избыточной энергии водного потока осуществляется сосредоточенно в водобойных колодцах. Проектируемый уклон реки 3, формируемый строительством системы запруд-перепадов 2, определяется с учетом фракционного состава грунта русла реки.

При этом скорость движения потока 4 определяется из уравнения Шези:

где С - коэффициент Шези; R - гидравлический радиус; i - гидравлический уклон, который можно считать равным уклону дна реки 1.

Максимальную допустимую скорость _max в случае равномерного движения, при которой начинается движение частиц расчетной фракции грунта, слагающего дно реки 1, можно определять по формуле Шамова Г.И. (Чугаев P.P. Гидротехнические сооружения. Водосливные плотины. Учеб. Для вузов. М., “Высш. Школа”, 1978, 77 с.):

где d - диаметр частиц, меньше которого в данном грунте содержится по весу 60% частиц; h - глубина потока 4 при расходе расчетной обеспеченности.

Приравняв первых два уравнения, найдем проектируемый уклон, при котором транспортирование потоком 4 частиц расчетной фракции прекратится.

Коэффициент Шези С можно определить по формуле Штеренлихта Д.В.

где R - гидравлический радиус, ; - площадь живого сечения потока; - длина смоченного периметра; n - коэффициент шероховатости, для открытых русел n=0,025.

Зная общую длину реки l и действительные значения уклона дна русла реки i, можно определить длину участка между запрудами-перепадами по формуле:

Задаваясь значениями высоты H, определяем длину участка между запрудами-перепадами 2.

Количество участков или количество запруд-перепадов 2 будет равно:

Необходимость борьбы с донной эрозией чаще всего возникает на реках и каналах с укрепленными берегами. Берегоукрепительные сооружения предотвращают появление и развитие боковой эрозии, а поток в русле протекает, как правило, в стесненных условиях, что и является следствием донной эрозии. Донная эрозия в некоторых случаях достигает очень больших размеров, и становится опасным попадание туда человека и животных. Особенно такая картина характерна в урбанизированных зонах.

Предлагаемое техническое решение эффективнее ранее известных и позволит научно обоснованно назначать длину участка между запрудами-перепадами в зависимости от фракционного состава грунта.

Источники информации:

1. А.с. 1612043 СССР, МКИ Е 02 В 8/06. Водосброс / Ламердонов З.Г., Ясониди О.Е. и Степанов П.М. (СССР); заявл.; 06.04.87; опубл. 07.12.90, Бюл. №45 (аналог).

2. Флейшман С.М. Система запруд - главное средство борьбы с селями // Гидротехника и мелиорация 1967, №9. - С.39-46 (прототип).