Analysis of methods for calculating non-eroding speed in the design of culverts and drainage forestry facilities
Authors: Кадацкая М.М. , Виноградов А.Ю. , Кацадзе В.А. , Беленький Ю.И. , Бачериков И.В. , Хвалев С.В. , Каляшов В.А. 
Published: September 2020

Для повышения эффективности работы любого лесозаготовительного производства необходимо качественно спроектировать мелиоративные и транспортные пути в эксплуатируемой лесосырьевой базе. Одним из основных параметров в инженерной практике при расчетах и проектировании малых лесных гидротехнических сооружений и дорожных водоотводов является неразмывающая скорость наибольшее значение средней скорости течения воды, при которой в условиях равномерного режима течения и малых уклонов дна наблюдается лишь шевеление отдельных частиц грунта данной крупности d без их срыва. Рассматривается вопрос о неоднозначности результатов применения существующих методик определения этого параметра для несвязных грунтов. Проведены расчеты и проанализированы полученные результаты по 7 основным методикам для расчета неразмывающих скоростей, приведено сравнение полученных значений с табличными в нормативных документах, проанализированы нестыковки в различных литературных источниках по одним и тем же расчетным методикам. Проведен статистический анализ полученных результатов, приведены результаты натурных наблюдений за размывом донных отложений на посту Минцево р. Порусья, выполненные в 2017 2018 гг. и сравнение их с рассчитанными значениями. В результате анализа получены следующие выводы: констатирована расчетная зависимость придонной скорости от глубины потока и диаметра частиц размываемого участка дна расчетные и табличные значения размывающих скоростей отличаются от наблюденных на 40 и более, что приводит либо к неоправданному удорожанию строительства малых гидротехнических и водопропускных дорожных сооружений лесной отрасли, либо к размыву отмостки дна мелиоративных каналов и инженерных сооружений с возможным последующим их разрушением. По результатам работы предлагается разработать модель оценки придонной неразмывающей скорости, учитывающую физическую сущность взаимодействия водного потока и русла.

To improve the efficiency of any logging production, it is necessary to design highquality reclamation and transport routes in the exploited forest resource base. One of the main parameters in engineering practice in calculating and designing small forest hydraulic structures and road drainage systems is noneroding speed the highest value of the average water flow rate, at which, under conditions of a uniform flow regime and small bottom slopes, only certain particles of the soil of a given particle size are observed their breakdown. The article raises the question of the ambiguity of the results of applying the existing methodologies for determining this parameter for noncohesive soils. The article carried out calculations and analyzed the results obtained by 7 main methods for calculating noneroding speeds, compared the obtained values with tabular ones in regulatory documents, analyzed inconsistencies in various literature sources using the same calculation methods. A statistical analysis of the results was carried out, the results of field observations of the erosion of bottom sediments at the post Mintsevo of the Porussia river, performed in 2017 2018 and their comparison with the calculated values, are presented. As a result of the analysis, the following conclusions were obtained: the calculated dependence of the bottom speed on the depth of the flow and the particle diameter of the eroded bottom area was established Calculated and tabulated values of erosion rates may differ from those observed by 40 or more, which leads either to an unjustified rise in the cost of construction of small hydraulic and culvert road constructions of the forest industry, or to erosion of the blind area of drainage canals and engineering structures with possible subsequent destruction. Based on the results of the work, it is proposed to develop a model for estimating the bottom noneroding speed, which takes into account the physical essence of the interaction between the water flow and the channel.