СПОСОБ ОХРАНЫ БЕРЕГОВЫХ ЛАНДШАФТОВ РЕК ОТ ПОДТОПЛЕНИЙ
METHOD FOR PROTECTION OF COASTAL LANDSCAPE OF RIVERS AGAINST UNDERFLOODING

Изобретение относится к гидротехническому строительству, мелиорации и может применяться в комплексе мероприятий, направленных на повышение экологической ситуации водных и прибрежных зон. Существует проблема пропуска форсированного расхода на реках, связанное с изменением формы поперечного сечения русла реки в последствии хозяйственной деятельности.
На фоне характера и периодичности выпадения осадков и распределения их по сезонам года пропускная способность снижена. Природные и антропогенные факторы, воздействуя на береговые агроландшафты, ускоряют процессы эрозии почв, что приводит к интенсивному смыву мелкозема в русла рек и балок. В результате происходит деградация водотоков, которая обуславливает изменение естественной береговой линии, заиление русел мелкоземом черноземных почв. Для восстановления водотоков необходимы расчистка и утилизации донных отложений. К параметрам расчистки относятся глубина расчистки до коренных пород дна и ширина русла до границы естественной береговой линии реки.
Известен способ выплавления русла реки с защитой его от размыва (патент RU 2108424), в котором с помощью земснаряда разрабатывают наносные отложения с одновременным замывом ими зон размыва. Для осуществления способа используют разновременные русловые съемки или расчетным путем определяют динамически устойчивые поперечные сечения русла рек, которые формируют методом намыва из наиболее крупных фракций грунта путем укладки его сначала поперек, а потом вдоль потока. Технология по мнению автора имеет длительный период реализации, связанный с действием высоких вод, также следует отметить, что отсутствие расчета параметров расчистки выражает отрицательные черты способа.
Наиболее близкой по технической сущности является технология гидромеханизированых работ (см. Ясинецкий В.Г., Фенин Н.К. Организация и технология гидромелиоративных работ.3-е изд. - М.: Агропромиздат 1986. С. 84-99 прототип), включающая комплекс изысканий - маршрутное обследование участка русла, инженерно-геодезические, геологические, морфологические, гидрологические и почвенно-экологические, использование замснаряда при расчистке донных отложений, транспортировку и укладку в виде пульпы наносов с возможностью формирования необходимой устойчивой конструкции сформированного берега.
Недостатком известной технологии является отсутствие возможности определения параметров расчистки русел реки с целью защиты берегового ландшафта.
Техническим результатом является повышение эффективности защиты береговых зон.
Технический результат достигается тем, что в способе охраны береговых ландшафтов рек, включающем комплекс изысканий - маршрутное обследование участка русла, инженерно-геодезические, геологические, морфологические, гидрологические и почвенно-экологические изыскания, использование земснаряда в качестве механизма для удаления и транспортировки донных отложений, согласно изобретению предварительно устанавливают историческую естественную береговую линию реки путем разделения русла на поперечные створы и определяют глубину донных отложений посредством проб, которые берут в каждом створе через равные расстояния, затем по полученным результатам строят план карту, сопоставляют гидрологические и геодезические изыскания, строят поперечные профили, на которых отображают уклон берегового ландшафта и уровень подтопления, далее определяют глубину расчистки русла по формуле:
p
e
где h - глубина расчистки русла по фарватеру; b - ширина восстановленного, естественного русла; Δh - уровень подтопления; i - уклон берегового ландшафта к урезу воды, после чего отмечают ее на поперечных профилях и формируют дно реки с учетом естественной береговой линии.
Сущность способа поясняется чертежами, где на рис.1 - план карта русла реки; на рис.2 - схема поперечных профилей по створам русла реки; на рис.3 - схема сформированного берега реки.
Способ охраны береговых ландшафтов рек осуществляется следующим образом.
Начальный этап включает маршрутное обследование участка русла реки, инженерно-геодезические, геологические, морфологические, гидрологические и почвенно-экологические изыскания.
Следующим этапом устанавливают историческую естественную береговую линию реки путем разделения русла на поперечные створы (1-6) и определяют глубину донных отложений посредством проб, взятых из точек 7, которые берут в каждом створе через равные расстояния.
Затем по полученным результатам строят план-карту (рис 1), сопоставляют гидрологические и геодезические изыскания, строят поперечные профили, на которых отображают уклон берегового ландшафта 8 и уровень подтопления 9, ширину восстановленного естественного русла 10 и далее вычисляют глубину расчистки русла 11 по формуле:
p
е
где h - глубина расчистки русла по фарватеру; b - ширина восстановленного, естественного русла; Δh - уровень подтопления; i - уклон берегового ландшафта к урезу воды.
После чего отмечают ее на поперечных профилях и формируют дно реки с учетом естественной береговой линии 12.
Для обоснования объемов расчистки русла реки принята гипотеза, по которой считается, что объем воды после расчистки русла от иловых отложений равен объему воды призмы затопления береговых ландшафтов:
р
n
где W - объем воды после расчистки; W - объем воды призмы затопления береговых ландшафтов.
Данное допущение обосновано тем, что восстановленное русло после расчистки пропускает паводковые расходы 1% обеспеченности. И при этом подтопления прилегающих береговых ландшафтов не происходит.
Для расчета параметров расчистки была рассмотрена схема (рисунок 1), которая отражает процесс подтопления ландшафтов зарегулированным стоком реки.
Как видно из схемы, объем воды при прохождении паводков должен полностью находиться в русле, следовательно, из уравнения (1) следует:
p
e
где h - глубина расчистки русла по фарватеру; b - ширина восстановленного, естественного русла; Δh - уровень подтопления; Δb - полоса подтопления берегового ландшафта.
Полосу подтопления берегового ландшафта можно определить из формулы:
где i - уклон берегового ландшафта к урезу воды.
Как видно из формулы (3), полоса подтопления определяется морфологией берегового участка, На одном и том же участке размеры полосы подтопления могут быть различными. Следовательно, для оценки подтопления берега необходимо установить средний уклон ландшафта к реке.
Решая совместно уравнения (2) и (3), получим окончательную зависимость для расчета глубины расчистки русла реки:
е
В формуле (4) параметр Δh принимается по уровню 1% обеспеченности паводкового расхода рассматриваемой реки. Ширина естественного русла bв формуле (4) принимается как среднеарифметическая величина для всех исследуемых створов реки.
Пример конкретного осуществления. Участок р. Сосыка расположен в западной части ст.Павловской Краснодарского края в 142 км к север-северо-востоку от г. Краснодара в районе перехода Прикубанской степной равнины в Приазовскую низменность. Долина реки Сосыка, плохо разработанная в верховьях, в створе ст. Павловская заметно расширяется до 6-8 км. Склоны долины чаще невысокие, пологие, слабо выраженные. Пойма незначительная.
3
Естественное русло наблюдается только в самых верховьях, так как вся ее остальная часть зарегулирована непрерывной чередой прудов с шириной прудов от 100 до 250 м. Наибольшая средняя мутность достигает 290 г/м, из-за исключительно малых скоростей течения, близких к нулю, происходит стремительный процесс образования донных отложений наносов. Донные отложения представляют собой алеврит, который под действием эрозионных процессов ежегодно поступает на дно реки, а подъем уровня воды в паводковый период ускоряет степень эрозионных процессов. Алеврит степных рек состоит из мелкозема плодородного слоя черноземных почв, содержащего большое количество ценных питательных веществ. Решение задачи по формированию естественной береговой линии связан с разработкой (очисткой) мелкозема в русле реки и транспортировкой его в отвал. Наиболее рациональным способом восстановления русла является разработка донных отложений земснарядом, которые осуществляют перемещение их в места утилизации. Для определения параметров очистки использовалось гидролого-морфологическое обоснование для определения стока; очевидная деформация русла определена по топографической съемке и отображена на поперечных профилях; оценка донных отложений показала наличие гумуса и степени засоления. На построенных поперечных профилях отмечается расчетная глубина разработки донных отложений. Согласно принятым техническим решениям для очистки русла реки Сосыка предусмотрены следующие виды работ:
- очистка территории от камыша;
- устройство временных валов гидроотвалов;
- очистка русла от илистых отложений;
- биологическая рекультивация.