Государственный гидрологический институт Госкомгидромета

Рекомендации

|по размещению

и проектированию рассеивающих выпусков сточных вод

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

]. Общие положения ................. 3

РАССЕИВАЮЩИЕ ВЫПУСКИ СТОЧНЫХ ВОД НА РЕКАХ

2.    Оценка деформаций русла и поймы и расчеты некоторых

элементов водного режима ............. 6

3.    Расчет высоты заложения конструктивных элементов рас

сеивающих выпусков разных    типов...... 21

4.    Размещение рассеивающих выпусков в русле реки и выбор

оптимальных вариантов их конструкций........ 24

5.    Рекомендации по стабилизации русла на участке размещения выпусков сточных вод............. 33

РАССЕИВАЮЩИЕ ВЫПУСКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ВОДОЕМАХ

6.    Расчет скорости ветрового течения на открытой акватории

водоема и залива................... 34

7.    Установление характеристик стоковых течений..... 39

8.    Расчет сейшевых течений .............. 42

9.    Расчет ветровых течений в зоне прибрежного мелководья 44

10.    Расчет скорости вдольберегового течения на береговой

отмели....................... 46

11.    Расчет взвешивания и вдольберегового перемещения

наносов ...................... 49

12.    Оценка обратимых высотных деформаций дна на береговых отмелях..................... 60

13.    Прогноз береговых деформаций на водохранилищах    64

14.    Размещение рассеивающих выпусков в водоеме и выбор

оптимальных вариантов их конструкций....... 72

МЕТОДЫ РАСЧЕТА РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД В РЕКАХ И ВОДОЕМАХ

15.    Общие положения ................. 77

16.    Исходные данные ................. 79

17.    Расчет начального    разбавления ............ §3

18.    Детальный метод    расчета    разбавления........ §5

19.    Упрощенные методы расчета разбавления в реках ....    99

20. Учет извилистости рек при расчетах разбавления ...    yj

21. Расчет разбавления на разветвленных участках рек ...    92

22.    Методы расчета разбавления в водоемах........ 93

Приложение 1. Общие сведения о русловом процессе, подлежащие учету при проектировании выпусков на реках 99

Приложение 2. Производство изысканий на реках..... 125

зоны ....................... 144

Приложение 5. Производство изысканий для целей проектирования сооружений выпусков сточных вод на водоемах ]66 Приложение 6. Прогноз береговых деформаций на водохранилищах ............. 192

Приложение 7. Расчет разбавления сточных вод в реках и

водоемах...................... 215

где V —- средняя скорость потока, м/с; Fr—    “    число    Фруда.

2.7.    Период движения гряд т_г, с, необходимо определять по формуле

<•»

где /_г — рассчитывается по формулам (8), (9), а C_v — по формуле (П).

2.8.    Для определения расхода донных наносов в объемном выражении Гд_П, м³/(с*м) следует использовать формулу Б. Ф. Сни-щенко и 3. Д. Копалиани

V⁴

гдп — 0,011/ip    77)®    (^)

обозначения см. п. 2.4).

Оценка деформаций при ленточногрядовом и побочневом типах

руслового процесса

2.9. При отсутствии подробных и разновременных топографических съемок русла измерители ленточных гряд (см. прил. 1, п. 2) можно определять по приближенным соотношениям (высота и длина гряд, м):

высота hлг = 0,2Я_ил,    (14)

где И_пл — глубина в плесе (между грядами) при горизонте воды на уровне пойменных бровок;

длина (шаг) = (4 — 8) Bq_p    (15)

на участке единого ленточногрядового! типа русла с шириной между пойменными бровками;

на участке иного типа руслового процесса

Ьлг = (2 — 4)5_бр;    (16)

скорость движения ленточной гряды при расходе воды, соответствующем уровню пойменных бровок, следует из формулы

где Л_лг — длина (шаг) гряды,

F_nr — площадь продольного сечения гряды

Fлг ~ ^алг^лг^лг»    (18)

где а_лг =0,6 — коэффициент формы гряды; г_дч — удельный расход донных наносов, м³/(с*м), определяемый по формуле (13); при неизвестном значении Лр удельный расход донных наносов, м³/(с-м), определяется по формуле И. И. Леви

„ / V \    I    Н    \0,зз

Ош =0,00453    d    (V—    K«p)^rj    t    (19)

где Vkp определяется по формуле (4).

9

При определении удельного расхода донных наносов по формуле (13), когда известна высота микроформ Л_г, скорость движения ленточной гряды следует определять по зависимости

(20)

период смещения ленточной гряды т_Лг определяется из выражения

(21)

2.10. В случае отсутствия подробных и разновременных топографических съемок русла побочневого типа параметры побочня (см. прил. 1, п. 3) определяются по приближенным зависимостям: высота побочня Лпб» м, — по формуле И. Ф. Карасева

^пб-О.ЗЯлл,    (22)

где Япл — глубина в плесе, м, между побочн ями, соответствующая уровню пойменных бровок;

при наличии сведений о расходах воды — по формуле В. В. Ромашина

^пб ~    ($50%)макс’    (²³)

где (С?50%)макс — максимальный расход 50% обеспеченности, м³/с;

длина (шаг) побочня Х_Пб, м, — по формуле И. Ф. Карасева ^пб “    / ^пл»    (24)

где / — средний уклон потока    на участке большого протяжения

(8—10 мезоформ); по формуле В. В. Ромашина

*w-w(q,o%)»;2:    (25)

скорость и период смещения побочня могут определяться по формулам (17), (20) и (21).

2.11.    При наличии разновременных съемок за период не менее 10 лет количественные измерители определяются по указанным съемкам в соответствии с рекомендациями прил. 2, п. 2.

2.12.    Глубинные деформации в поперечном сечении русла при ленточногрядовом и побочневом типах процесса определяются высотой сползающих русловых форм.

а)    При отсутствии разновременных съемок величину глубинных деформаций A Z_№ м, следует рассчитывать по приближенной зависимости

^я„=А„б+Л;.    (26)

где Наб высота мезоформ, м, определяемая по формулам (14), (22), (23);

h_r — максимальная высота микроформ, м, в половодье, рассчитываемая по формуле (7);

б)    При наличии разновременных съемок выбирается съемка,

Рис. 1. Деформации русла при побочневом режиме /, 3, 5, 7, 9 — совмещенные поперечные профили: линия aecd — предельный запас к расчетному контуру размыва

соответствующая максимальной водности, на которой по длине участка реки L разбивается ряд поперечных створов:

L=Ctn*    (2 )

где С — скорость смещения побочня или ленточной гряды; tu — продолжительность прогнозируемого периода.

Профили по каждому поперечному створу совмещаются иг одном графике (рис. 1). Огибающая профилей ограничивает область вероятных глубинных деформаций.

Величина глубинных деформаций на любом расстоянш от берега определяется по формуле

^Д2дн =^д2_дн<+л;.    (28)

где Д Zwii — величина колебания отметок дна (рис. 1) на любом расстоянии от берега; А_г — максимальная высота микроформ, определяемая по формуле (7).

При особо ответственных сооружениях рассеивающего выпуска и при разнородном составе донных отложений в формулу (28) следует вводить запас Д2б, равный разности отметок нижней огибающей совмещенных профилей и верхней границы базального слоя.

2.13. Плановые деформации русла при ленточногрядовом типе руслового процесса в силу их слабой выраженности рассчитывать ис следует.

При побочневом типе руслового процесса ширина береговой полосы А#б> периодически разрушаемой и восстанавливаемой при движении побочней, определяется по приближенной зависимости

ДВ_б=0,1Я_бр1    (29)

11

где Вбр — ширина между пойменными бровками берегов русла, м.

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

Оценка русловых деформаций при меандрировании

2.14.    Для всех разновидностей меандрирования следует оценивать глубинные деформации русла, перемещения русла в плане, деформации поверхности пойменного массива. При этом необходимо учитывать общие закономерности деформаций русел и пойм и способы их оценки (прил. 1, 2).

2.15.    При ограниченном меандрировании глубинные деформации в зависимости от исходного материала могут определяться следующими способами:

а)    при полном отсутствии материалов 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 (меандрирования), расходу воды и продолжительности среднемноголетнего половодья, крупности донных отложений. На участке аналога должны отсутствовать искусственные условия, ограничивающие свободное развитие данного типа русла;

б)    при наличии материалов разновременных съемок задача определения величины высотных деформаций решается аналогично тому, как это изложено в прил. 2 и п. 2.12. При этом поперечные профили должны проходить как через русло, так и через пойменный массив и наноситься нормально линии, проходящей по середине пояса меандрирования. Совмещаться на одном графике профили должны по вертикальной оси, соответствующей середине пояса меандрирования.

Желательно, чтобы поперечные профили, проходящие через плесовые участки, соответствовали меженному состоянию русла, а относящиеся к перекатам — периоду половодья.

Величина глубинных деформаций русла должна определяться по формуле (28).

2.16.    Расчет плановых деформаций русла при ограниченном меандрировании сводится к определению скорости сползания излучин С_и и времени переработки пойменного массива т_Пм ь пределах пояса меандрирования.

Величина С_и определяется в соответствии с рекомендациями прил. 1, п. 4 и прил. 2, п. 2.

Время Тпм определяется по формуле

Тпм =    ,    (30)

где К_и — шаг излучины (см. прил. 1, п. 4).

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

при отсутствии необходимых данных следует воспользоваться материалами по реке-аналогу (см. и. 2Л5а);

прогноз отметок дна в любом поперечном створе по мере развития излучины можно составить, используя глубины в ана-

12

логичных 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 межень;

при наличии в плесах и на перекатных участках излучины ленточных гряд глубинные деформации должны определяться с их учетом (в соответствии с п. 2.126);

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

размеры ленточных гряд и микроформ могут приниматься постоянными на всех стадиях развития излучины после достижения соотношения а_разв^90° (см. прил. 1, п. 5).

2.18. Прогноз плановых деформаций свободно меандрирую-щего русла может производиться в зависимости от наличия исходных материалов:

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

прогноз смещений бровок вогнутых берегов свободно меандри-рующих излучин при наличии разновременных съемок (см. прил. 2, п. 2) необходимо производить по формуле Н. Е. Кондратьева

дв_б=к_атс_н. _макс ■ ^Н^*^с_Ги^СГ> ,    (31)

^ЛПД-<“ср

где АВ$— смещение бровки пэдмы заем эго вогнутого берега излучины, м» за расчетный период времени 7\ лет; k_a — коэффициент, учитывающий изменение скорости плановых деформаций излучины в зависимости от стадии ее развития и определяемый в функции от угла разворота а_разв по табл. 1;

Си.макс — наибольшая в пределах данной излучины скорость смещения бровки вогнутого берега, м/год; Нмакс — наибольшая глубина русл?, в расчетном створе, м; //_ср — средняя глубина на гребнях двух смежных перекатов, ограничивающих излучину и расположенных в местах перегиба средней линии излучины, м; Япл — наибольшая глубина русла в плесе излучины, м.

При пользовании формулой (31) рекомендуется учитывать следующее:

расчетные интервалы времени не следует принимать больше 5 лет, а общее время прогноза — 20 лет;

расчет позволяет наметить положение бровки подмываемого вогнутого берега на всем ее протяжении между точками перегиба средней линии русла (рис. 2).

Таблица 1

аразв 50 100 120 140—160 180 200 250 ktt 0.1 0,5 0,8 1 0,8 0,5 0,1

13

г д ж п 1

Рис. 2. Плановые деформации излучены при свободном меандри-

рованин

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

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

на ранней стадии формирования спрямляющий проток имеет слабокриволинейное русло побочневого типа и его деформации должны учитываться в соответствии с указаниями пп. 2.9—2ЛЗ;

при переходе в спрямляющий проток большей части расхода воды основного русла плановое смещение береговой линии протока за Т лет определяется по формуле

ДЯ_б = 0,2ГС_бр,    (32)

где Cqр — скорость смещения бровки вогнутого берега излучины основного русла;

расчет ширины спрямляющего протока и времени, необходимого для перехода от начального состояния к состоянию основного русла, приведен в прил. VIII к «Рекомендациям по учету руслового процесса при проектировании линий электропередач», Гид-рометеоиздат, 1973;

расчет планового смещения бровки вогнутого берега основного русла до момента перехода в спрямляющий проток большей части расхода воды должен производиться по формуле (31);

при переходе в спрямляющий проток большей части расхода воды и замедлении плановых деформаций в основном русле расчет планового смещения протока производится по формуле (31).

Расчет и прогноз деформаций на участках многорукавных русел

2.20.    К многорукавным руслам относятся участки рек, развивающиеся по типам пойменной и русловой многорукавности.

14

2.21.    Пойменную многорукавность следует рассматривать как общий морфологический фон, на котором происходит развитие протоков по законам любого типа руслового процесса. Плановые и глубинные деформации в протоках следует оценивать методами, применяемыми к типам руслового процесса, развивающимся на этих участках многорукавного русла. Прогноз развития конкретного протока должен составляться с учетом распределения расхода воды по протокам (см, п. 2.1). При расчете распределения расхода воды по протокам и составлении прогноза развития конкретного рукава следует учитывать периодический характер наползания на исток или устье протока мезоформ. При оценке деформаций участка пойменной многорукавности следует учитывать возможность возникновения под действием естественных и искусственных факторов новых протоков, в том числе как следствие проведения строительных работ на пойме.

2.22.    Осередковый тип руслового процесса (русловую многорукавность) следует рассматривать как общий морфологический фон, на котором происходит движение ленточных гряд, побочней, осередков и меандрирование рукавов (см. прил. 1, п. 8). При оценке деформаций в конкретном рукаве необходимо учитывать развивающийся в нем тип руслового процесса и вести расчет по рекомендациям, относящимся к конкретному типу русловых форм.

В осередковом русле с разнородной крупностью донных отложений предел возможного естественного размыва дна реки ограничивается поверхностью базального горизонта грунта. За предельную глубину размыва следует принимать расстояние от поверхности базального горизонта до максимальной отметки подвижных мезоформ. Отметку поверхности базального горизонта следует определять или по данным поперечного геологического разреза русла, или по отметке дна на участке обнаженной поверхности базального горизонта. Обнаженная поверхность базального горизонта приурочена или к приглубинным участкам русла у приверхов островов, или к нижней трети плесовых лощин у вогнутых берегов излучины.

Оценка русловых деформаций в зоне выклинивания подпора водохранилищ

2.23.    К зоне выклинивания подпора или к зоне переменного подпора относится верхняя часть водохранилища, где в определенные периоды года на бытовые условия реки накладывается подпор.

Положение створа выклинивания подпора зависит от уровня водохранилища и расхода воды в реке и непрерывно меняется вдоль реки.

Наибольшее распространение подпора вверх по реке (верхняя граница зоны) наблюдается в конце спада половодья — начале межени, когда водохранилище наполнено до нормального подпорного уровня. Граница зоны занимает нижнее положение при полной сработке полезного объема водохранилища и прохождении по реке половодья. Диапазон перемещения вдоль реки зоны переменного подпора и составляет длину зоны выклинивания подпора.

На крупных и средних равнинных реках длина зоны переменного подпора составляет 100—200 км.

2.24.    Вдоль зоны выклинивания подпора по течению происходит следующее изменение бытовых характеристик руслоформи-

15

рующих факторов: увеличиваются глубины, уменьшаются уклоны водной поверхности, падают скорости течения, снижаются расходы взвешенных и донных наносов, уменьшается крупность донных отложений, растут продолжительность и глубина затопления поймы.

2.25.    В зоне переменного подпора наблюдается преобладание процесса аккумуляции наносов над процессом их размыва. В этой части крупных равнинных водохранилищ аккумулируется 30— 80% твердого стока реки. Слой отложившихся наносов распределяется вдоль зоны неравномерно: в средней части зоны он достигает максимума, откуда уменьшается в направлении верхнего и нижнего граничных створов.

На крупных равнинных водохранилищах среднегодовая ин-теисивность уменьшения начальной емкости русла составляет I—2% в верхней и нижней частях зоны и 2—3% в средней части зоны выклинивания подпсоа.

2.26.    Аккумуляция наносов в зоне переменного подпора приводит к изменению геометрических и динамических параметров всех русловых форм, определяющих деформации русла.

Макроформы претерпевают следующие изменения: на участках меандрирующих русел происходит уменьшение скорости плановых деформаций;

в многорукавных руслах наблюдается отмирание второстепенных рукавов и укрупнение островов и осередков;

при всех типах руслового процесса отмечается однонаправленное в многолетнем смысле изменение внутри русловых морфологических элементов — заиление плесовых лощин и увеличение абсолютных размеров побочней, осередков, ленточных гряд, мп-кроформ.

Изменение в динамике и параметрах мезоформ по сравнению с бытовым состоянием русла сводится к следующему:

в верхней части зоны переменного подпора мезоформам свойственны сезонные деформации, незначительно отличающиеся от бытовых тем, что ежегодный намыв гребней этих образований несколько превосходит их размыв за счет появляющегося в конце спада половодья подпора; поперечные и продольные размеры мезоформ несколько увеличиваются, скорость их смещения уменьшается;

в средней части зоны выклинивания подпора указанные для верхней зоны изменения характеристик мезоформ проявляются в большей степени;

в нижней части зоны переменного подпора подвижность и сезонные колебания размеров мезоформ становятся существенно меньшими, чем в верхней и средней частях зоны.

2.27. Оценка русловых деформаций в зоне выклинивания подпора может производиться несколькими способами:

а) при отсутствии данных наблюдений и на ранних стадиях проектирования качественная картина изменения гидрологического и руслового режима на участке переменного подпора должна учитываться в соответствии с пп. 2.24—2.26. В этом случае предельная отметка дна русла 2_Пр определяется по приближенному соотношению

= Н" »

где Z_e — бытовая отметка дна русла;

(6

A Z_H — приращение уровня воды в зоне переменного подпора;

б)    при расположении выпуска на участке существующей зоны выклинивания подпора количественные значения характеристик плановых и глубинных деформаций применительно к отдельным русловым формам могут быть получены приемами гидролого-морфологического анализа (см. прил. 2). Анализ производится для бытового и зарегулированного состояний участка реки. Полученные характеристики сравниваются между собой» и по результатам сравнения устанавливается количественная тенденция к их изменению;

в)    расчет хронологического хода заиления отдельных участков зоны переменного подпора с получением средней толщины слоя отложившихся на участке наносов за расчетное время следует производить балансовым методом в соответствии с «Указаниями по расчету заиления водохранилищ при строительном проектировании», Гидрометеоиздат, 1973.

Оценка деформаций русла в нижних бьефах гидроузлов

2.28.    К нижним бьефам относится часть реки ниже створа гидроузла, на которой под действием регулирования стока нарушены естественные условия гидрологического режима. Нижняя граница участка соответствует створу на реке, где восстанавливаются все характеристики определяющих русловый процесс факторов. На крупных реках длина участка нижиего бьефа составляет сотни километров.

2.29.    По степени отклонения проектных характеристик гидрологического режима от естественных (бытовых) участок нижнего бьефа подразделяется на зоны суточного, недельного и многолетнего регулирования стока.

Зона суточного регулирования захватывает верхнюю часть нижнего бьефа, и ее длина составляет десятки километров на крупных реках. Зона недельного регулирования в 1,5—2 раза длиннее зоны суточного регулирования. Зона многолетнего регулирования составляет весь участок нижнего бьефа.

Наиболее существенные изменения естественных'характеристик гидрологического режима приходятся на верхнюю часть зоны суточного регулирования — приплотинный участок. Его длина составляет 15—25% длины зоны суточного регулирования.

2.30.    Изменения гидрологического режима в нижнем бьефе сводятся к следующему:

уменьшаются объем и высота половодья и увеличиваются расходы и уровни воды в летнюю и зимнюю межень по сравнению с бытовым состоянием русла;

наблюдается значительная суточная и недельная амплитуда колебания водности и нестационарность всех характеристик потока в межень в зонах суточного и недельного регулирования;

твердый расход в створе гидроузла существенно уменьшается» иногда до нулевых значений;

изменяется температурный режим потока — зимой температура воды повышается, летом — понижается;

нарушается во всех зонах режим русловых деформаций.

2.31.    Следует учитывать, что наиболее заметные изменения характеристик водного режима, влияющие на выбор проектных

17

параметров рассеивающего выпуска, происходят в зоне суточного регулирования нагрузки ГЭС;

на при плоти ином участке происходит посадка уровня водной поверхности- На крупных и средних реках общее снижение уровня составляет 1,5—2,5 м. Интенсивность посадки уровня в год колеблется от нескольких сантиметров до десятков сантиметров. Стабилизация уровня связывается с прекращением размывов дна ниже гидроузла;

при суточном и недельном регулировании стока расход воды может меняться в рабочие дни недели в несколько (до 10—15) раз. Максимальной величины расходы достигают в начале — середине недели, после чего следует спад суточных колебаний до минимального значения в субботу и воскресенье;

внутрисуточное колебание уровня в межень составляет на средних и крупных реках 1—3 м летом и 2—4 м зимой, внутрине-дельные на 20—30 % превосходят суточные колебания;

скорость движения потока в течение суток колеблется значительно. В межень в период пиков суточного регулирования скорость превышает бытовую в 1,5—2 раза, а в период ледостава — в 1,5—2,5 раза.

В течение суток скорость меняется следующим образом: в ночные часы скорость потока достигает минимальных значений (до 0,01—0,1 м/с), в утренний период в течение 1—2 ч скорости достигают наибольших значений, колеблющихся в пределах 20— 40 % около среднего из максимальных значений.

Характерным свойством скоростного поля при суточном колебании стока является неоднозначность связи между максимальной, средней и донной скоростями потока в разные фазы суточного колебания уровня и на разных морфологических участках реки.

Ниже зоны недельного регулирования средние скорости потока отличаются от бытовых незначительно.

2.32.    Общие закономерности переформирования русла нижнего бьефа состоят в следующем.

На всем участке нижнего бьефа процессы размыва русла в среднем преобладают над процессами аккумуляции наносов, однако знак и величина деформации русла определяются;

принадлежностью конкретного расчетного участка русла к одной из трех зон;

размещением на расчетном участке русловых форм;

продолжительностью времени эксплуатации гидроузла.

2.33.    На приплотинном участке зоны суточного регулирования процесс деформации дна подразделяется на две стадии.

Первая стадия характеризуется повышением отметок дна по всей ширине русла над их бытовыми значениями в результате аккумуляции на этом участке продуктов размыва при плотинной ямы.

Вторая стадия состоит в последовательном размыве отложившихся наносов, а затем и естественного дна с формированием таких поперечных и продольных профилей русла, отметки которых находятся значительно ниже отметок бытового ложа реки.

Перемещение наносов на рассматриваемом участке реки осуществляется в структурной форме — в виде микроформ и мезоформ.

Отложившиеся первоначально в виде бара продукты размыва приплотинной ямы формируются в дальнейшем в русловую мезо-форму и смещаются вниз в виде самостоятельных морфологических

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСКОМГИДРОМЕТА (ГГИ)

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО РАЗМЕЩЕНИЮ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ РАССЕИВАЮЩИХ ВЫПУСКОВ СТОЧНЫХ ВОД

МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1981

образований — побочней, осередков, ленточных гряд. По поверхности мезоформ перемещаются мелкие песчаные гряды.

2-34. Все русловые формы на приплотинном участке испытывают колебания своих размеров в многолетнем разрезе при годичном, недельном и суточном колебании расхода воды.

В течение многолетнего периода по мере смещения вниз структурных мезсформ наносы, слагающие эти образования, последовательно покрывают нижерасположенные участки дна слоем, равным высоте мезоформ.

Объем мезоформ и их размеры по мере смещения по участку уменьшаются при практически неизменной средней отметке гребней.

Скорость движения мезоформ также уменьшается по мере увеличения периода эксплуатации ГЭС и по мере удаления их от створа гидроузла.

Верхняя и нижняя оконечности мезоформ движутся с разной скоростью. В первые годы эксплуатации гидроузла ухвостье намывается быстрее, чем приверх, и мезоформа удлиняется. В последующем картина меняется на обратную — и мезоформа укорачивается.

После прохождения мезоформ начинается размыв дна русла ниже бытовых отметок дна.

У противоположных относительно мезоформ берегов располагаются плесовые лощины. В начальный период в них откладываются продукты размыва приплотинной ямы слоем примерно одинаковой толщины. В дальнейшем эти наносы размываются и происходит углубление дна лощины ниже бытовых отметок.

Сезонные деформации русла, вызываемые годичным регулированием стока, состоят в периодической смене зон размыва и аккумуляции наносов, поступающих из ямы размыва на припло-тинный участок.

В период летне-осенней и зимней межени дно на участке размывается, вымытый материал откладывается на приверхах близлежащих мезоформ и в начальных частях плесовых лощин, формируя участок меженной аккумуляции наносов. Ниже указанных зон отложения наносов дно бьефа размывается. В межень объем вынесенных с участка наносов в несколько раз превосходит объем отложений.

В половодье зона размыва захватывает зону меженной аккумуляции наносов. Продукты размыва перемещаются на вершины и в подвалья мезоформ, а также в нижнюю часть плесов, формируя зону весенней аккумуляции наносов. Общий баланс деформаций отрицательный.

Скорости смещения мезоформ на приплотинном участке превосходят бытовые значения.

2.35. По поверхности мезоформ и по дну плесовых лощин на приплотинном участке перемещаются две системы гряд — ленточные гряды и микроформы. Высота ленточных гряд составляет несколько метров, длина — несколько сот метров; высота микроформ составляет десятки сантиметров, а длина — десятки метров. Микроформы движутся по телу ленточных гряд, и скорость их смещения значительно превышает скорость движения ленточных гряд.

Средние размеры ленточных гряд увеличиваются лишь в половодье— высота на 20—30 %, длина на 10—20 %. Средние раз-

19

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Особенности рассеивающих выпусков как вида гидротехнических

сооружений

1.1.    Настоящие Рекомендации должны соблюдаться при проектировании вновь строящихся и реконструируемых рассеивающих выпусков сточных вод на реках и внутренних водоемах для населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

1.2.    Рассеивающий выпуск представляет собой магистральную трубу с расположенными на ней выходными патрубками, укладываемую нормально к берегу водотока или водоема, и предназначен обеспечить требуемое разбавление сбрасываемых сточных вод.

1.3.    По характеру взаимодействия с рекой или водоемом рассеивающие выпуски следует относить к пассивным гидротехническим сооружениям, которые не влияют на гидрологический режим водных объектов, но легко доступны воздействию его составляющих (колебанию уровней, расходов, скоростей, отметок дна, волнения и др.) и требуют инженерной защиты.

1.4.    По расположению относительно поверхности воды и дна реки или водоема рассеивающие выпуски сточных вод подразделяются на надводные, внутриводные и донные.

В надводных выпусках магистральная труба располагается над уровнем воды, а патрубки обращены сверху вниз к водной поверхности.

Во внутриводных выпусках магистральная труба и патрубки размещаются ниже уровня воды, но выше поверхности дна; патрубки могут быть обращены вверх и вниз от магистральной трубы, по течению и против течения.

В донном варианте рассеивающего выпуска магистральная труба заглубляется ниже поверхности дна водотока или водоема, а выходные патрубки направляются к поверхности воды.

Основные требования, предъявляемые к рассеивающим выпускам сточных вод на реках и водоемах

1.5.    При проектировании выпуска должны соблюдаться общие требования, предъявляемые к выпуску как к гидротехническому сооружению в соответствии с главой СНиП по основным положениям проектирования речных гидротехнических сооружений и в соответствии с главой СНиП по проектированию систем наружной канализации постоянного назначения.

1.6.    Проектирование рассеивающих выпусков сточных вод должно выполняться с учетом требований комплексного использования и охраны водных ресурсов и с учетом комплексного использования водо потребителя ми участка реки или водоема.

1* Зак. 457

1.7.    Размещение рассеивающего выпуска на реке или водоеме должно удовлетворять требованиям «Правил охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами».

1.8.    Конструкция рассеивающего выпуска и гидрологические условия на участке его размещения в реке или водоеме должны обеспечивать нормативное разбавление сточных вод на возможно меньшем расстоянии от створа выпуска во все периоды его эксплуатации.

При определении конструкции оголовков и сопел в зависимости от степени начального разбавления следует руководствоваться «Рекомендациями по расчету рассеивающих выпусков сточных вод в реки и водоемы», М., Водгео, 1977.

1.9.    Выбор конструкции и места размещения рассеивающего выпуска должен производиться на основании анализа совокупности определяющих характеристик гидрологического режима водотока или водоема.

1.10.    При выборе места размещения выпуска на реке или водоеме, выборе типа конструкции и защитных мероприятий должны быть максимально сохранены морфологические черты участка и условия протекания естественных гидрологических процессов.

1.11.    Проектирование рассеивающего выпуска должно производиться на основе материалов специальных гидрологических изысканий.

1.12.    Проектирование выпуска на участке реки необходимо производить с учетом следующих характеристик гидрологического и руслового режима:

плановых и глубинных деформаций русла на расчетный период эксплуатации выпуска;

величин и направления скорости течения, в том числе минимальной, в разные фазы водного режима и при изменении прогнозируемой морфологической ситуации в русле;

характеристик ледовых явлений — времени замерзания и вскрытия реки, толщины льда, возможности и мощности заторо- и зажо-рообразоваиин и их влияния на режим потока и русла, возможности промерзания потока с учетом прогноза морфологической ситуации.

1.13.    При расположении на пойме водовода-коллектор а и перекачивающих насосных станций должны быть учтены проявления пойменного процесса:

величина и продолжительность затопления поймы;

скорости потока на пойме, в том числе в местах сосредоточенных течений при затоплении и опорожнении поймы;

деформации пойменного рельефа, в том числе возможность превращения второстепенных рукавов в главные;

возможность и сроки переработки пойменного массива русловым потоком;

возможность воздействия ледяных полей и ветровых волн, развивающихся в пойме, на сооружения.

При проведении на пойме строительных работ необходимо учитывать возможные изменения скоростного режима пойменного потока и пойменного рельефа и их влияние на условия эксплуатации сооружений.

1.14.    При проектировании рассеивающего выпуска и сооружений по его защите в береговой зоне водоема необходимо учитывать основые элементы гидрометеорологического режима и динамические

4

процессы в береговой зоне: ветер, уровень воды, волнение, течений, вдольбереговые перемещения наносов; переформирования берега, отмели и пляжа; термические условия, гидрохимический и гидробиологические процессы, ледовые условия.

1.15.    Расчетная обеспеченность максимальных и минимальных уровней и расходов воды в естественной реке для рассеивающих выпусков должна приниматься в соответствии с СП по определению расчетных гидрологических характеристик.

1.16.    Расчетная обеспеченность уровней и расходов воды в нижнем бьефе и расчетная обеспеченность характерных уровней в водохранилище должны приниматься в соответствии с «Основными положениями правил использования водных ресурсов водохранилищ» применительно к конкретным водоемам.

1.17.    При наличии сложной морфологической ситуации и сложной системы защитных сооружений для обоснования проектов рассеивающих выпусков необходимо предусмотреть проведение лабораторных исследований на моделях участка реки или водоема.

1.18.    В проектах рассеивающих выпусков необходимо предусматривать проведение натурных наблюдений и обследований после постройки выпуска для оценки гидрохимического режима, гидравлики потока, переформирования дна и берегов водоприемников, проверки надежности работы сооружения и внесения предложений по улучшению условий эксплуатации выпуска и защитных сооружений.

1.19.    В составе проекта выпуска должен разрабатываться проект организации работ по эксплуатации рассеивающего выпуска, обеспечивающий его надежную работу при изменении морфологической и гидрологической ситуаций в створе этого сооружения.

РАССЕИВАЮЩИЕ ВЫПУСКИ СТОЧНЫХ ВОД НА РЕКАХ

2. ОЦЕНКА ДЕФОРМАЦИЙ РУСЛА И ПОЙМЫ И РАСЧЕТЫ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВОДНОГО РЕЖИМА

Общие положения

2.1. Оценка переформирований речного русла и поймы производится с помощью методов расчета и прогноза русловых деформаций, основанных на структурных представлениях об изменении плановых и высотных (глубинных) очертаний русла, т. е. происходящих за счет перемещения русловых образований трех типов: микроформ, мезоформ и макроформ (см. прил. 1).

На предварительной стадии проектирования оценка русловых деформаций должна производиться на основании гидролого-морфологического анализа (см. прил. 2) и расчетов параметров русловых форм по формулам.

На стадии технического проекта необходимо выполнять изыскания и на основе их материалов уточнять полученные предварительно значения параметров русловых форм и деформаций.

Наиболее надежное определение значений параметров русловых форм и составление прогноза русловых деформаций для участка расположения рассеивающего выпуска может быть осуществлено в результате выполнения комплекса изыскательских работ во все фазы водного режима (см. прил. 2).

При составлении прогноза развития миогорукавных русел и их пойм, а также при оценке степени разбавления сточных вод на таких участках следует учитывать распределение расходов воды по рукавам и глубину затопления пойм. Водность рукавов следует определять, пользуясь существующими руководствами: «Руководством по проектированию коренного улучшения судоходных услозий на затруднительных участках свободных рек», «Транспорт», 1974; «Руководством по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и в устьях рек при инженерных изысканиях», Гидрометеоиздат, 1973, а при определении глубины затопления пойм необходимо исходить из рекомендаций, изложенных в прил. 1, п. 11.

Оценка деформаций должна приводить к определению экстремальных отметок дна и положения бровки берега как в течение расчетного времени эксплуатации выпуска, так и характерного времени руслового процесса — периода сползания русловых форм, цикла развития излучины или протока.

При оценке глубинных деформаций необходимо исходить из размеров тех русловых форм, которые дают наибольшую суммарную величину деформации русла.

Приводимые ниже методы оценки русловых деформаций дифференцированы по типам русел (см. прил. I, п. I). Исключение составляют микроформы, которые присущи всем типам руслового процесса.

На реках, где русловый процесс развивается в специфических условиях (вечная мерзлота и наледи; бесструктурный транспорт наносов, например, в верховьях горных рек; урбанизированные участки рек), проведение изыскательских работ обязательно.

При расположении выпусков в устьях рек гидрологический режим таких участков следует учитывать в соответствии с рекомендациями «Руководства по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и в устьях рек при инженерных изысканиях», Гидрометеоиздат, 1973.

Оценка параметров русловых микроформ

2.2.    Наиболее надежно все параметры песчаных гряд (см. прил. 1, п. 9) могут быть получены при проведении изысканий в разные фазы водного режима.

Существующие расчетные формулы не учитывают пространственного распределения гряд по площади речного русла. Они дают наилучший результат в пределах основной полосы движения донных наносов.

При ленточногрядовом типе процесса расчет можно вести для всей ширины русла, исключая подвалья.

При побочневом типе процесса полоса движения наносов проходит в направлении побочень — гребень переката — побочень. Для участков подвалий побочней расчет также применять не следует.

При меандрировании основное движение наносов происходит в направлении пляж — гребень переката — пляж.

2.3.    Изменение размеров гряд в руслах разных типов процесса происходит следующим образом:

вдоль ленточной гряды и побочня по мере следования из верхней плесовой лощины к гребню высота и длина гряд уменьшаются. На тыловом скате мезоформ и в их подвальях гряды, как правило, выражены неотчетливо. Наибольшие размеры гряд приурочены к месту сопряжения кромки побочня с плесом;

на меандрирующих участках русел наименьшие размеры гряд приурочены к перекатным участкам, а наибольшие — к пляжам.

Размеры гряд поперек пляжа нарастают от его прикорневой части (у берега) к плесу и достигают максимума в месте сопряжения склона пляжа с плесом. При этом наибольшие из максимальных гряд располагаются в нижней трети пляжа. На наиболее высокой части пляжа — его вершине, гряды имеют минимальные размеры. На участках примыкания плесов к вогнутым берегам излучин ми-кроформы выражены слабо или отсутствуют совсем.

2.4.    Высота гряд установившегося профиля, м, может определяться по формуле В. С. Кнороза

(О

где Н — глубина потока, м;

V — средняя скорость потока, м/с; d — средний диаметр донных отложений, м;

7

Кцр — неразмывающая скорость, м/с, определяемая по формуле

KH_P-1.3V«3lg-J^r,    (2)

где g — ускорение силы тяжести, м/с²;

или при #>1 м по формуле Б. Ф. Снищенко и 3. Д. Копалиани

где Fr —    —    число Фруда;

Vup — неразмывающая скорость по В. Н. Гончарову, м/с,

Vup^3,0^H    (d+O.OOU)⁰'³    .    (4)

При отсутствии необходимых для расчета данных высота гряд ft_r, м, может быть определена по приближенным зависимостям Б- Ф. Снищенко

при //< 1 м    ft_r = 0,25//,    (5)

при Я>1 м    ft_r    =    0,2 + 0,1//    (6)

При прохождении половодья высота гряд h_v в полосе активного движения наносов увеличивается.

Ориентировочно максимальную высоту гряд ftp, м, в половодье можно определять по формуле

/*; = 2,5/+    (7)

где А_г — высота гряд, м, в межень, измеренная перед половодьем или спустя месяц после него.

2.5. Длина гряд /_г, м, установившегося профиля может определяться по формулам Б. Ф. Снищенко

где С — коэффициент Шези, мМ/с; или для приближенных расчетов

/_г = 4,2//.    (9)

В    условиях    половодья    максимальная длина гряд    /_г,    м,    может

быть рассчитана по приближенной зависимости

/; = 2,5/_г.    (10)

где /_г    —    длина    гряд,    м,    в    межень, измеренная    в    половодье    или

спустя месяц после него.

2.6. Скорость смещения микроформ С_Р, м/с, следует определять по формуле Б. Ф. Снищенко и 3. Д. Копалиани

C_r = 0,019VFr³.    (И)