Влияние русловых аномалий на плановые деформации и судоходные условия рек Обь-Иртышского бассейна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.17, кандидат технических наук Мухин, Михаил Юрьевич

• Мухин, Михаил Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мухин, Михаил Юрьевич

Введение

1. Аномалии в русловых процессах

1.1 Учёт аномалий в классификации русел рек

1.2 Аномалии, влияющие на ход русловых деформаций 13 ^ 1.2.1 Аномалии естественного характера

1.2.2 Аномалии антропогенного характера

2. Применение гидроморфологических методов для выявления аномальных проявлений и прогнозирования плановых деформаций на меандрирующих реках

2.1 Обзор методик прогнозирования плановых русловых деформаций

2.2 Разработка расчетной графо-аналитической методики выявления ру еловых аномалий и оценки их влияния на плановые русловые деформации

2.2.1 Сбор и обработка информации. Программа исследований

2.2.2 Применение методики для выявления аномальных отклонений

2.3 Прогнозирование русловых деформаций на изгибах русла, находящихся под воздействием русловых аномалий

3. Влияние ледовых аномальных явлений на русловые процессы рек 78 3.1 Образование заторов льда и их влияние на плановые деформации 3.2 Влияние вечной мерзлоты на эрозию берегов

3.3 Методы расчёта ледопропускной способности русел меандрирующих рек при наличии ледовых аномалий

3.4 Предупреждение заторов льда

4. Мероприятия по ликвидации негативного влияния русловых аномалий на судоходство и водохозяйственные объекты

4.1 Противодействие образованию прорв, осложняющих судоходство

4.2 Устранение вредных циркуляционных течений на крутых изгибах русла

5. Реализация рекомендаций диссертационной работы 115 Заключение 143 Библиографический список

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние русловых аномалий на плановые деформации и судоходные условия рек Обь-Иртышского бассейна»

Актуальность работы. Для большинства рек регионов Сибири и Дальнего Востока одним из главных и преобладающих типов руслового процесса является меандрирование. Этот процесс изучен учеными и приводится во многих работах и трудах, благодаря которым в настоящее время осуществляются оценки и прогнозирование русловых деформаций на реках различной степени точности и сложности. Ведущими учеными, которые внесли значительный вклад в развитие науки о теориях руслового процесса, являются Н.И. Маккавеев, P.C. Чалов, H.A. Ржаницын, К.В. Гришанин, В.В. Дегтярёв, Н.Е. Кондратьев, Б.Ф. Снищенко, И.В. Попов, В.М. Ботвинков и многие другие. Однако необходимо заметить, что вместе со стремительной урбанизацией и появлением различных технологий развивается и меняется взаимодействие реки и окружающей её среды с различными сферами активности современного общества. Можно сказать, что к концу второго тысячелетия начался новый виток, новый уровень взаимопроникновения общества, экологии окружающей среды и природы. Рост промышленности и развитие современных технологий несомненно оказывают влияние на взаимодействие рек с различными сферами активности современного общества. Одним из наиболее важных регионов для разработки топливно-энергетических ресурсов в настоящее время является Обь - Иртышский бассейн, что требует существенного повышения объемов грузоперевозок и, как следствие, обеспечения заданных судоходных условий. Вмешательство человека в естественный ход русловых процессов требует более точной оценки изменений речных систем в глобальном масштабе с учетом этого вмешательства. Учёт русловых процессов важен при проектировании и эксплуатации водных путей, строительстве набережных, затонов и водозаборов, прокладке трубопроводов по дну реки, строительстве мостовых переходов и многих других. В свою очередь эти сооружения оказывают своё влияние на речной поток, вызывая тем самым его переформирование, которое также необходимо предвидеть, чтобы обеспечить нормальное функционирование этого сооружения. Фактически, прогнозирование планового развития реки является актуальным для всех отраслей народного хозяйства, так или иначе связанных с использованием рек.

Вместе с этим, необходимо также учитывать влияние геологических особенностей строения береговой полосы, которые можно характеризовать как русловые аномалии.

Поэтому в настоящее время весьма актуальной является проблема разработки прогнозов развития плановых русловых деформаций с учетом русловых аномалий.

Целью диссертационной работы является изучение влияния русловых аномалий на плановые деформации и судоходные условия рек Обь - Иртышского бассейна и разработка расчетной методики по оценке их влияния на русловые процессы.

Для осуществления поставленной цели в работе определены основные задачи исследований:

- На основе обработки натурных данных установить и описать русловые аномалии, классифицируя их по типу влияния на русловые процессы;

- Разработать расчетную методику, позволяющую устанавливать наличие русловых аномалий на участках рек при отсутствии подробных данных об этих аномалиях;

- Разработать алгоритм оценки влияния аномалий на судоходные условия для рек Обь - Иртышского бассейна, а также прогноза плановых деформаций при наличии русловых аномалий;

- Оценить влияние русловых аномалий на процессы образования заторов.

Методы исследований. В ходе выполнения работы были использованы современные методы исследований и обработки экспериментальных и натурных данных, а также теоретические методы гидрологии и речной гидравлики.

Научная новизна и научно-методические положения диссертационной работы заключаются в следующем:

- Впервые сформулировано и введено понятие "русловых аномалии" и показано их влияние на русловой процесс и судоходные условия.

- Для случаев, при которых отсутствуют подробные данные о русловых аномалиях, разработана расчетная графо-аналитическая методика, позволяющая установить их наличие.

- Для рек Обь - Иртышского бассейна предложена и апробирована методика ^ выявления аномалий, негативно влияющих на судоходные условия, на основе коэффициента стабильности Н.И. Маккавеева.

- Предложена оригинальная методика по прогнозу плановых деформаций при наличии русловых аномалий.

- Разработан алгоритм влияния русловых аномалий на образование ледовых заторов.

На защиту выносится:

- обоснование необходимости учёта аномалий в современных классификациях русловых процессов;

- методика оценки и прогнозирования развития меандр, основанная на графическом сопоставлении геоморфологических и гидрологических факторов, оказывающих влияние на развитие и изменение речного русла. Применение методики для определения излучин, находящихся под воздействием аномалий;

- расчет водопропускной и ледопропускной способности для крутых поворотов, образовавшихся вследствие влияния аномалий;

- рекомендации по проведению выправительных работ на излучинах, развивающихся под воздействием русловых аномалий.

Практическая значимость. Результаты работы позволяют обеспечить поддержание нормальных судоходных условий с меньшими затратами за счет при* менения специфических мер по выявлению и учету плановых русловых аномалий.

А Апробация работы. Содержание и результаты исследований докладывались на 58-й научно-технической конференции Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета в 2001 году, на юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и инженерно-технических работников речного транспорта и других отраслей НГАВТ в 2001 году и на конференции научно-технических работников вузов и предприятий, проводимой на базе НГАВТа в 2003 году. Предложения по оценке и прогнозированию русловых деформаций вошли в отчеты "Производство изыскательских работ на 722-725 км р. Оби в зоне размыва берега у садоводческих товариществ" (2000 г.) и "Рекомендации по укреплению реки Чумыш у железнодорожного моста на 747 км" (2001 г.). На областном конкурсе научных работ "Молодой научный потенциал Сибири" в 2002 г. за представленную работу автор был удостоен именной стипендии мэрии города Новосибирска. Рекомендации по проведению выправительных работ на излучинах, развивающихся при воздействии аномалий, были использованы при выполнении работ по спрямлению и стабилизации излучины на 747 км реки Чумыш в 2004 г.

Заключение диссертации по теме «Водные пути сообщения и гидрография», Мухин, Михаил Юрьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными результатами выполненной исследовательской работы можно считать следующее:

1. Проведен научный анализ и обобщение позитивных и негативных аспектов классификаций типов русловых процессов и методов их прогнозирования;

2. Сформулировано и введено понятие "русловых аномалий". Сделано описание и классификация русловых аномалий по типу их влияния на русловые процессы;

3. Обоснована необходимость учета русловых аномалий в современных классификациях русловых процессов, приведена схема влияния этих аномалий на русловые процессы;

4. Разработана и апробирована графо-аналитическая методика выявления русловых аномалий и оценки их влияния на русловой процесс. Рекомендации использованы при выправительных работах на 722-725 км р. Оби в районе пристани "Ягодное" в 2000г., а также при проектировании и проведении работ по спрямлению излучины в зоне мостового перехода на реке Чумыш в 2004г.;

5. Предложена методика по прогнозу плановых деформаций русла при наличии русловых аномалий;

6. Предложен новый подход к оценке водопропускной способности русла на поворотах и ледопропускной способности для оценки влияния русловых аномалий на образование заторов.

Научная новизна работы определяется следующими моментами диссертации:

- Впервые сформулировано и введено понятие "русловых аномалии" и показано их влияние на русловой процесс и судоходные условия.

- Для случаев, при которых отсутствуют подробные данные о русловых аномалиях, разработана расчетная графо-аналитическая методика, позволяющая установить их наличие.

- Для рек Обь - Иртышского бассейна предложена и апробирована методика выявления аномалий, негативно влияющих на судоходные условия, на основе коэффициента стабильности Н.И. Маккавеева.

- Предложена оригинальная методика по прогнозу плановых деформаций при наличии русловых аномалий.

- Разработан алгоритм влияния русловых аномалий на образование ледовых заторов.

Обоснованность и достоверность выполненных исследований подтверждена апробациями разработанных предложений при аналитических оценках русловых деформаций на перекатах Антипинском и Подбулыгинском реки Туры и в практическом проектировании выправительных работ по спрямлению излучины на реке Чумыш.

Рекомендованный в работе комплекс исследований для оценки русловых деформаций использован при выправительных работах на реке Чумыш в 2004 году.

Содержание диссертации докладывалось на научных конференциях и семинарах Новосибирской государственной академии водного транспорта, Новосибирского государственного архитектурно строительного университета. Диссертационная работа была признана важной для города Мэрией Новосибирска, а автор удостоен персональной стипендии мэрии.

Основное содержание работы диссертации изложено в тезисах и статьях автора, а также научных отчетах, выполненных с его участием.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мухин, Михаил Юрьевич, 2004 год

1. Апперин И.Е., Быков JI.C. Укрепление берегов судоходных каналов, рек и водохранилищ / И.Е. Алперин, Л.С. Быков. М.: Транспорт, 1973. - 216с.

2. Анализ влияния прекращения дноуглубительных и выправительных работ на вероятность возникновения ледяных заторов на реке Лене: — Отчет по НИР / Рук. темы Дегтярев В.В. Новосибирск: НГАВТ, 2002. - 162с.

3. Ананян А.К. Движение жидкости на повороте водовода /А.К. Ананян. Ереван: Изд-во АН Армянской ССР, 1957. - 364с.

4. Барышников Н.Б. Антропогенное воздействие на русловые процессы / Н.Б. Барышников. Л.: Изд-во ЛГМИ, 1990. - 140с.

5. Барышников Н.Б. Динамика русловых потоков и русловые процессы / Н.Б. Барышников.— Л.: Гидрометеоиздат, 1988-456с.

6. Ботвинков В.М., Дегтярёв В.В., Седых В.А. Гидроэкология на внутренних водных путях: Учебник для воднотранспортных вузов / В.М. Ботвинков, В.В. Дегтярев, В.А. Седых. Новосибирск: Сибирское соглашение, 2002. - 356с.

7. Внутренние водные пути России. 200 лет. М.: Росречфлот, 1998. - 62с.

8. Грачев E.H. Речные затоны / E.H. Грачев. М.: Транспорт, 1990. - 85с.

9. Грачев Н.Р. Методы расчёта плановых деформаций речной излучины / Н.Р. Грачев // Труды ГГИ: Вып. 288. Л., 1983. - С. 72-86.

10. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков / К.В. Гришанин. — Л.: Гидрометиоиздат, 1979. 312с.

11. Гришанин К.В., Дегтярев В.В., Селезнев В.М. Водные пути / К.В. Гришанин, В.В. Дегтярев, В.М. Селезнев. М.: Транспорт, 1986. -400с.

12. Дегтярев В.В. Выправительные сооружения и механизмы для выправительных работ / В.В. Дегтярев. М.: Транспорт, 1977. - 206с.

13. Дегтярев В.В. Охрана окружающей среды / В.В. Дегтярев. М.: Транспорт, 1989.-208с.

14. Дегтярев B.B. Проектирование и эксплуатация выправительиых сооружений на внутренних водных путях / В.В. Дегтярев. М.: Транспорт, 1981. - 224с.

15. Дегтярев В.В., Мясников М.В. Санитарная очистка устьевого участка реки волновым попуском реки / В.В. Дегтярев, М.В. Мясников // Водоснабжение и санитарная техника. — 1971. № 7. — с. 12-13.

16. Дегтярев В.В. Улучшение судоходных условий сибирских рек / В.В. Дегтярев.

17. М.: Транспорт, 1987. 176с.

18. Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР / Р.В. Донченко. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 248с.

19. Замышляев В.И. Математическое моделирование плановых переформирований русел меандрирующих рек: Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н.: 05.22.17 / В.И. Замышляев; Ленинградский институт водного транспорта. — Л., 1983.- 15с.

20. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1992. - 672с.

21. Караушев A.B. Речная гидравлика / A.B. Караушев. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.-416с.

22. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории русловых процессов / Н.Е. Кондратьев, И.В. Попов, Б.Ф. Снищенко. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 272с.

23. Лоскутов E.H. Позитивные и негативные воздействия дноуглубления и добычи нерудных строительных материалов на природу ( отечественный и зарубежный опыт) / E.H. Лоскутов // Сибирский научный вестник РАЕН. -Новосибирск, 1998. Вып. 2. - С. 305- 311.

24. Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы / Н.И. Маккавеев, P.C. Чалов.- М.: МГУ, 1986.-264с.

25. Милович А.Я. Нерабочий изгиб потока жидкости / А.Я. Милович// "Бюллетени Политехнического общества". М., 1914 - Т. 24 - С. 485 - 563.

26. Образовский Л.С. Гидравлика водоприемных ковшей / Л.С. Образовский. -М.: Госстройиздат, 1962. 196с.

27. Попов И.В. Деформация речных русел и гидротехническое строительство / И.В. Попов. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 364с.

28. Проектирование судовых ходов на свободных реках: Сб. науч. тр. / ЦНИИЭВТ. М.: Транспорт, 1964. - Вып. 36. - 264с.

29. Производство изыскательских работ на 722 725 км р. Оби в зоне размыва берега у садоводческих товариществ: - Отчет по НИР / Рук. темы Дегтярев В.В. -Новосибирск: НГАВТ, 2000. - 72с.

30. Разработка и технико-экономическое обоснование мероприятий по коренному улучшению судоходных условий на реке Иртыш от г. Омска до устья: — Отчет по НИР / Рук. темы Дегтярев В.В. Новосибирск: НИИВТ, 1971 - 260с.

31. Рекомендации по берегоукреплению р. Чумыш у железнодорожного моста на 747 км: — Отчет по НИР (заключительный), Книга 1 / Рук. темы Бик Ю.И. -Новосибирск: НГАВТ, 2001. 91 с.

32. Рекомендации по проектированию и возведению береговых отвадов и образованию искусственных территорий при морском дноуглублении:

33. РД 31.31.50 80. - М.: Минморфлот СССР. 1989. - 32с.

34. Ржаницын H.A. Руслоформирующие процессы рек / H.A. Ржаницын. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 264с.

35. Розовский И.Л. Движение воды на повороте открытого русла / И.Л. Розовский. Киев: Изд-во Академии наук УССР, 1957. - 188с.

36. Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации выправительных сооружений из грунта. М.: Транспорт, 1971. - 192с.

37. Руководство по проектированию коренного улучшения судоходных условий на затруднительных участках свободных рек. Л.: Транспорт, 1974. - 3 Юс.

38. Русловые процессы и водные пути на реках Обского бассейна. Под редакцией P.C. Чалова, Е.М. Плескевича, В.А. Баулы. Новосибирск: РИПЭЛ плюс, 2001. -300с.

39. СНиП 2.06.04 82 Нагрузки и воздействия на ГТС (волновые, ледовые и от судов). Минстрой России.- М.: ГП ЦПП, 1995. -48с.

40. Тиан Тинтенд. Стабилизация судоходной реки в начальной стадий меандрирования: Диссертация на соиск. уч. ст. к.т.н. / Тиан Тинтенд; Ленинградский институт водного транспорта-СПб, 1993.- 152с.

41. Чалов P.C. Водные пути бассейна Лены / P.C. Чалов. М.: МИКИС, 1995. -600с.

42. Чалов P.C., Завадский A.C., Панин A.B. Речные излучины / Науч. ред. Чалов P.C. М.: МГУ, 2004. - 371с.

43. Чалов P.C., Чернов A.B. Об экологической неоднозначности последствий техногенных воздействий на речные русла / P.C. Чалов, A.B. Чернов // Тр. Академии водохозяйственных наук. Сер. Гидрология и русловые процессы. — М., 1998.- Вып. 5.-С. 203-216.

44. Чернышов Ф.М. Повышение эффективности путевых работ на многорукавных участках судоходных рек / Ф.М. Чернышев. Новосибирск: 1973. -327с.

45. Чуприн В.Н. Комплексная технология утилизации вынутых при дноуглублении грунтов: Препринт науч. Доклада / В.Н. Чуприн. Одесса: Академиия наук Украины. 1993. -44с.

46. Aquatic pollution and dredging in European community. Hague: Dehvel. Shaping the environment. 1990. - 184p.

47. Bernard Michel. Ice Mechanics / B. Michel. Les presses de l'universite Laval, Canada, 1978. -500p.

48. Bray R.N. A review of the past and a look to the future / R.N. Bray // Terra et aqua. 1998. -№70.- P. 3-11.

49. Cuperman S. The Suez canal 9 / S. Cuperman // Port of London. 1981.- JSib 616. — Vol.56.-P. 25-28.

50. From hand — drag to Jumbo: a millennium of dredging // Terra et aqua. 1999. -№ 77. - 48p.

51. Groote J., Dumon G., Vangheluwe M. and Janssen C. Environmental monitoring of dredging operations in the Belgian nearshore zone / J. Groote, G. Dumon, M. Vangheluwe, C. Janssen // Terra et aqua. 1998. - № 70. - P. 19-25.

52. Ouboter M.R.L., Grashoff P.S., Breteler M.A.K. Use of dredged seasand in road beds hydrogeochemikal effects and ground water quality / M.R.L. Ouboter, P.S. Grashoff, M.A.K. Breteler // Terra et aqua. - 1990. - К» 43. - P. 23-29.

53. O'Connor B.A. The U.K. Coastal Research Facility 1994 2004 / B.A. O'Connor // Water and Maritime Engineering. - 2000, March. P. 57-58.

54. Paipai E. The need for harmonization in European practices on the disposal and reuse of dredged material / E. Paipai // Terra et aqua. 1999. - № 75. - P. 18-22.

55. Pieter B. Bakker, Martijn Klabbers & J.S. Reedijk. Introduction of the Xbloc Breakwater Armour Unit / P.B. Bakker, M. Klabbers, J.S. Reedijk // Terra et Aqua. № 94. - March. - 2004. - P. 3 - 11.

56. Riddell J. Dredging: opportunities and challenges for 2000 and beyond / J. Riddel // Terra et aqua. 1999. - j\b 78. - P. 3-10.

57. Smirnov N.G. Material and technical basis for the internal waterways management /N.G. Smirnov //Inland waterways of Russia. 1998. - № 48. - P. 51-53.

58. Van Mieghem J., Aerts F., Thues C.J.L., De Vlieger h. and Vanoycke S. Building on soft soils / J.V. Mieghem, F. Aerts, C.J.L. Thues & other // Terra et aqua. 1999. -№75.-P. 3-15.

59. Veen D.J. and Woerkom J.J. Serving the dredging industry / D.J. Veen, J.J. Woerkom // Terra et aqua. 1994. - № 55.-P. 14-18.t