Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Малые реки принимают значительную часть смываемого с водосборов твёрдого стока. Например, в руслах и на поймах малых рек бассейна р. Дон годовой слой аккумуляции наносов (в том числе продуктов смыва с распаханных земель) составляет от 3 до 20-50 мм.
Более 50% от общего количества наносов поступает в малые реки по ов-ражно-балочной сети, что способствует накоплению в руслах избыточного количества твёрдого материала и нарушает естественный баланс наносов в водотоках. Избыток наносов создает условия для отложения в руслах наносов, транспортируемых с вышерасположенных участков рек, что приводит к необратимым изменениям экологического состояния и морфометрических характеристик малых рек, их заилению и деградации. Развитию деградационных процессов способствует поступление в малые реки вместе с наносами химически растворённых веществ, в том числе биогенных. В результате перенасыщения малых рек твёрдым стоком и повышения минерализации речной воды, интенсивно развивается водная растительность, зарастают прирусловые отмели и береговые склоны, что приводит к усилению процессов евтрофирования. Это, в свою очередь, способствует дополнительному заилению русел наносами органического происхождения.
Устройство, так называемых, «противоэрозионных прудов» показало, что вместе с наносами в них аккумулируются и большие объёмы воды, которые «не доходят» до малых рек; большая часть этой воды испаряется (особенно в степной зоне), что снижает и без того малую водность этих рек.
По условиям транспортирования наносов малыми реками не весь твёрдый сток, поступающий в них из оврагов и балок, является нежелательным для реки. Часть твёрдого стока, которую река в состоянии транспортировать, может поступать в реку, а не задерживаться на подступах к ней. Для регулирования объёмов твердого стока, поступающего в малые реки из оврагов и балок, необходима разработка таких мероприятий и сооружений, которые обеспечивали бы благоприятный режим стока наносов по руслам рек и сохранение их водности за счёт поступающего в них жидкого стока с водосбора.
Целью диссертационной работы является разработка и научное обоснование сооружений по задержанию избытка наносов на подступах к малым рекам для предотвращения их деградации и восстановления подвергшихся деградации участков рек.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ влияния овражно-балочной эрозии на режим и состояние малых рек степной зоны;
натурные исследования овражно-балочной сети, примыкающей к руслам малых рек, и оценка условий занесения русел наносами, поступающими из оврагов и балок;
разработка и обоснование режима работы наносохранилищ, устраиваемых в оврагах и балках, примыкающих к русловой сети малых рек, а также водосбросных сооружений, обеспечивающих отвод воды из наносохранилищ;
лабораторные исследования шандорного водосбросного сооружения наносохранилища для установления его параметров и водопропускной способности;
разработка научно обоснованной методики расчёта наносохранилища и его водосбросного сооружения.
Научная новизна результатов проведенных исследований:
впервые предложен критерий наносоудерживающей способности водоёма и обосновано условие возможности устройства наносохранилища в различных створах оврагов и балок;
предложена усовершенствованная конструкция водосбросного сооружения наносохранилища, подтвержденная патентом на полезную модель RU 84865 (зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 20.07.2009 г.);
получены эмпирические формулы для вычисления коэффициента гидравлического сопротивления сооружения с шандорным входным оголовком для широкого диапазона параметров водосброса;
предложена и внедрена методика расчёта и проектирования наносохранилища и его водосбросного сооружения.
Методы исследований. Работа выполнена путём проведения комплекс-
5 ных натурных, лабораторных и аналитических исследований. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках кафедры гидротехнических сооружений ФГОУ ВПО НГМА.
Достоверность научных результатов обусловлена проведением лабораторных гидравлических исследований с использованием законов подобия и гидравлического моделирования; применением при проведении лабораторных и натурных исследований средств измерения, аттестованных метрологической службой; применением современных методов обработки экспериментальных данных (ошибка расхождения 3-4%); сопоставлением полученных результатов по определению коэффициентов сопротивления шандорного перекрытия с результатами расчётов по известным зависимостям других авторов.
Практическую значимость работы составляют:
усовершенствованная конструкция водосбросного сооружения наносо-хранилища, позволяющая регулировать твёрдый и жидкий сток в овражно-балочной сети и не допускать в реку заиливающие её фракции наносов;
методика обоснования и расчёта наносохранилищ, а также рекомендации по её использованию в практике проектирования и эксплуатации.
Личный вклад автора. Постановка проблемы, формулирование задач, нахождение их теоретических и экспериментальных решений, научные и практические результаты, их анализ, а также окончательные выводы выполнены лично автором.
Реализация работы. Результаты исследований внедрены в практику проектирования мероприятий по охране и восстановлению малых рек Ростовской области и, в частности, в проекте «Расчистка р. Глубокая в черте г. Миллерово Ростовской области», выполненном ФГУ «Южводпроект», г. Ростов-на-Дону, 2009 г. Расчётный экономический эффект составил 1,5 млн. руб. Результаты исследований также используются в учебном процессе в курсовом и дипломном проектировании при подготовке специалистов по направлению «Природообу-стройство и водопользование» и «Гидротехническое строительство».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на пленарных совещаниях Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых про-
6 цессов при МГУ им. М.В. Ломоносова (Новочеркасск, 2007 г.; Астрахань, 2010 г.) и девяти научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ФГОУ ВПО НГМА (Новочеркасск, 2000-2010 гг.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, из них две работы в журналах, рекомендованных ВАК для публикаций результатов диссертационных работ, один патент на полезную модель.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложений. Общий объём диссертационной работы составляет 186 страниц машинописного текста, включая 91 рисунок, 15 таблиц, 3 приложения, список использованных литературных источников из 91 наименования, в том числе 7 зарубежных.
