Оценка деформаций речного русла

2.18. Оценка переформирования речного русла и поймы производится расчетом и прогнозом русловых деформаций, основанных на структурных представлениях об изменении плановых и высотных (глубинных) очертаний русла, происходящих за счет перемещения русловых образований трех типов: микроформ, мезоформ и макроформ. Оценка переформирований может производиться также на основании сопоставления картографических материалов или данных эхолотирования.

Рис. 7. Песчаные гряды (микроформы) в последовательные отрезки времени

h _г - высота гряды; l _г - длина гряды; D l _г - смещение гряды за время D t

Высота микроформ (гряд) установившегося профиля (рис. 7) может определяться по формуле

,                                                          (1)

где

,                                                             (2)

или при Н >1м по формуле

,                                                     (3)

где

.                                         (4)

При отсутствии входящих в приведенные зависимости данных высота гряд может быть приближенно оценена соотношением:

при H < 1 м           h _г = 0,25H;                                                              (5)

при H > 1 м           h _г = 0,2 + 0,1H.                                                       (6)

Ориентировочно максимальную высоту гряд h ' _г в половодье можно определять по формуле

h ' _г = 2,5 h _г                                                                                    (7)

где h _г - высота гряд в межень, измеренная перед половодьем или спустя месяц после него.

2.19. Длина гряд установившегося профиля может определяться по формуле

                                                                          (8)

или для приближенных расчетов по формуле

l _г = 4,2 H.                                                                                      (9)

В условиях половодья максимальная длина гряд может быть рассчитана по приближенной зависимости

l ' _г = 2,5 l _г,                                                                                   (10)

где l _г - длина гряд в межень, измеренная до половодья или спустя месяц после него.

2.20. Скорость смещения микроформ, м/с, следует определятьпоформуле

,                                                                   (11)

а период смещения - по зависимости

t_г = l _г/ с _г,                                                                                   (12)

где l _г и с _г - рассчитываются по формулам (8), (9) и (11).

2.21. Расход донных наносов в объемном выражении q_дн, м²/c, рассчитывается по формуле

.                                                            (13)

2.22. При отсутствии подробных и разновременных топографических съемок русла высоту h _лг и длину l _лг ленточных гряд на данном участке реки можно определять по приближенным соотношениям:

h _лг = 0,2 H _пл;                                                                                   (14)

l_лг = (4 - 8) В _бр,                                                                                  (15)

где H _пл - глубина в плесе (между грядами) при уровне воды в пойменных бровках.

2.23. Скорость движения ленточной гряды при расходе воды, соответствующем уровню пойменных бровок, м/с, определяют по формуле

с _лг = l _лг q _дн/ F _гр,                                                                                  (16)

где F _гр - площадь продольного сечения гряды, равная

F _гр = a_лг h _лгl_лг,                                                                                    (17)

где a_лг = 0,6 - коэффициент формы гряды; q _дн - удельный расход донных наносов, равный

q _дн = 0,00453(u_ср/u_нр) d _ср(u_ср - u_нр)(Н / d _ср)^0,33.                                                     (18)

При определении удельного расхода донных наносов по формуле (13), когда известна высота микроформ h _г, скорость движения ленточной гряды определяется по формуле

,                                                            (19)

а период смещения - по зависимости

t_лг = l_лг/ с _лг.                                                                              (20)

2.24. Высота и длина побочня определяются по формуле

h _пб = 0,3 Н _пл,                                                                              (21)

а при наличии сведений о расходах воды -

,                                                              (22)

где (Q₅₀)_max - максимальный расход 50 % обеспеченности, м³/с;

l_пб = 0,02/ I Н _пл,                                                                           (23)

где I - средний уклон потока на участке большого протяжения (8-10 мезоформ) или

.                                                                  (24)

Скорость и период смещения побочня могут определяться по формулам (16), (19), (20).

Величину глубинных деформаций D z _дн следует рассчитывать по приближенной формуле

,                                                                    (25)

где h ' _г и h _пб - находятся по формулам (7), (21) или (22).

2.25. Для определения глубинных деформаций при наличии разновременных съемок выбирается съемка, соответствующая максимальной водности, и на некоторой длине участка реки разбивается ряд поперечников. Профили по каждому поперечному створу совмещаются на одном графике (рис. 8). Огибающая профилей ограничивает область максимальных глубинных деформаций.

Рис. 8. Деформации русла при побочневом типе руслового процесса

1, 3, 5, 7, 9 -совмещенные поперечные профили, снимаемые с плана (рис. 4);
а, b, с, d - предельный контур размыва

Величина глубинных деформаций на любом расстоянии от берега определяется с учетом высоты микроформ по формуле

,                                                                    (26)

где z _дн - величина колебания отметок дна на любом расстоянии от берега.

При особо ответственных водозаборах и при разнородном составе донных отложений в формулу (26) следует вводить запас DZ_б, равный разности отметок нижней огибающей границы совмещенных профилей и верхней огибающей границы базального слоя.

2.26. При побочневом типе руслового процесса ширина береговой полосы, периодически разрушаемой и восстанавливаемой при движении побочней, определяется по приближенной формуле

D В _бр = 0,1 В _бр,                                                                             (27)

где В _бр - ширина русла в бровках.

При наличии разновременных съемок за величину D В _бр следует принимать ее максимальное значение, определяемое по совмещенным планам русла.

2.27. Для всех разновидностей меандрирования, кроме ограниченного, следует оценивать глубинные деформации и перемещения русла в плане.

2.28. При ограниченном меандрировании глубинные деформации в зависимости от исходного материала могут определяться несколькими способами.

При наличии материалов разновременных съемок - аналогично изложенному выше. При этом поперечные профили должны проходить через русло и через пойменный массив и наноситься нормально к линии, проходящей по середине пояса меандрирования. Совмещаться на одном графике профили должны по вертикальной оси, соответствующей середине пояса меандрирования.

Величина глубинных деформаций русла должна определяться по формуле (26).

При полном отсутствии материала следует использовать реки-аналоги. Аналог должен быть подобен изучаемому участку реки по следующим признакам: типу руслового процесса, степени развитости излучины, уклону дна долины, ширине меженного русла и пояса руслоформирования, расходу воды и продолжительности среднемноголетнего половодья, крупности донных отложений. На участке аналога должны отсутствовать искусственные условия, ограничивающие свободное развитие данного типа русла.

Расчет плановых деформаций русла при ограниченном меандрировании сводится к определению скорости сползания излучин с _и и времени переработки пойменного массива t _пм в пределах пояса меандрирования.

Время t _пм определяется по формуле

t _пм = l_и/ с _н.                                                                                                                           (28)

2.29. При свободном меандрировании глубинные деформации должны определяться следующим образом:

прогноз отметок в любом поперечном створе по мере развития излучины можно составить, используя глубины в аналогичных створах на других излучинах рассматриваемого участка реки, находящихся в разных стадиях развития;

сезонные деформации дна русла должны определяться на основе совмещения как продольных, так и поперечных профилей, измеренных в половодье и в межень;

при наличии в плесах и на перекатных участках излучины ленточных гряд глубинные деформации должны определяться с их учетом;

на участках перекатов и пляжа излучины в расчет общей величины глубинных деформаций должна включаться высота гряд в половодье, определяемая по формуле (7);

при отсутствии необходимых данных следует воспользоваться материалами по реке-аналогу.

2.30. Прогноз плановых деформаций у вогнутых берегов свободно меандрирующего русла может производиться за период Т лет и при наличии разновременных съемок определяется по формуле

,                                       (29)

где К _н - коэффициент, учитывающий изменение скорости плановых деформаций излучины в зависимости от стадии ее развития и определяемый в функции от угла ворота a_разв по данным табл. 1.

Таблица 1

aразв	50	100	120	140-160	180	200	250
К н	0,1	0,5	0,8	1	0,8	0,5	0,1

 - наибольшая в пределах данной излучины скорость смещения бровки вогнутого берега, м/год; Н _max, Н _пл - наибольшие глубины русла в расчетном створе и в пределах всей излучины; Н _ср - средняя глубина на гребнях двух смежных перекатов, ограничивающих излучину и расположенных в местах перегиба средней линии излучины (см рис. 9).

Рис. 9. Плановые деформации при свободном меандрировании

I - существующая береговая линия; II - осевая линия; III - линия наибольших глубин; IV - расчетное положение подмываемого берега; V - изобаты; 1-8 - расчетные поперечные профили

При пользовании формулой (29) расчетные интервалы времени не следует принимать больше пяти лет, а общее время прогноза - больше 20 лет.

При отсутствии разновременных съемок следует приближенно принимать, что среднее плановое смещение бровки вогнутого берега излучин в год составляет 5 % ширины русла между пойменными бровками.

2.31. При незавершенном меандрировании русловые деформации должны рассчитываться для основного русла и для спрямляющего протока.

Расчет планового смещения бровки вогнутого берега основного русла до момента перехода в спрямляющий проток большей части расхода воды должен производиться по формуле (29);

спрямляющий проток на ранней стадии формирования имеет слабокриволинейное русло побочневого типа, и его деформации должны учитываться в соответствии с вышеприведенными указаниями;

после перехода в спрямляющий проток большей части расхода воды основного русла плановое смещение береговой линии протока за Т лет определяют по формуле

D В _б = 0,2 Тс _бр,                                                                             (30)

где с _бр - скорость смещения бровки вогнутого берега излучины основного русла.