2.3.3.4. Графоаналитический метод

Графоаналитические методы используются при прогнозе переработки берегов сложного геологического строения и разных генетических типов. В основу этой группы методов положены разработки, предложенные Г. С. Золотаревым при прогнозировании переработки берегов крупных водохранилищ. Ряд специалистов уточнили и дополнили графоаналитический метод для оценки развития берегов малых водохранилищ.

Рис. 2.19. Схема построения профиля прогноза переработки берега в озеровидной части малого водохранилища по Г.С. Золотареву. а – для первой стадии – через 10 лет; б – для конечной стадии практического значения.

α₁ – угол уступа аккумулятивной отмели (10-12^о – для песчано-глинистых грунтов и 18-22^о – для гравийных и крупнопесчаных накоплений), α₂ – угол наклона поверхности аккумулятивной части отмели (1-1о30 – для тонких песков и до 10-20о – для мелких галечников), α_{3 –} угол абразионной части отмели (по табл.) 0, различный в зависимости от пород и волны; α₄ – угол зоны наката волны, зависящий от пород и высоты волны: F – объем материала, слагающего аккумулятивную часть отмели; F₂- объем размытых пород; h – высота волны; B…. то же, что α_1, α₂, α₃, α₄, но соответствуют переработке берегов в конечную стадию.

Для выполнения прогноза, кроме исходных материалов по состоянию склонов, необходимо знать:

а) уровни НПУ, горизонт сработки в период открытого русла в маловодный год (обеспеченность 95 %), максимальные уровни половодья 5 % и 50 %-ной обеспеченности;

б) углы наклона абразионной и аккумулятивной частей отмели, зоны наката для разных пород по двум стадиям расчета; для верховой зоны водохранилищам и заливам необходимы уклоны отмелей и бечевников;

в) данные о крутизне устойчивых и неустойчивых откосов и склонов, выработанных в разных породах;

г) коэффициент аккумуляции с поправкой на продольное пере­мещение наносов.

Обычно прогноз по этому методу выполняется для озерной части водохранилища. При построении расчетного профиля определяется характер отмели (абразионная, абразионно-аккумулятивная, абразионно-эрозионная), ее уклон. От уровня НПУ вниз откладывается глубина волнового воздействия, отражающая положение бровки уступа отмели для 10-летней стадии, равная полутора высотам волн 1 %-ной обеспеченности в песчано-суглинистых породах и двум высотам волн в лёссовых породах. Уточнение глубины волнового воздействия выполняется по графику. Линия уступа аккумулятивной отмели проводится под углом а_} (10 – 20° в зависимости от состава наносов). Под углом а₂ наносится линия поверхности аккумулятивной части отмели до пересечения с первоначальным рельефом (в точке b). Из точки b под углом а₃ до пересечения с НПУ проводится линия поверхности абразионной части отмели. Выше этой точки располагается зона наката волны, определяемая по формуле

h_H = 3,2khd/m,

где k — коэффициент шероховатости (для песка 1,5 – 2 мм) — 0,775; т — коэффициент уклона зоны наката, равный ctg а.

Для 10-летней стадии рекомендуется брать ширину зоны наката в 2 раза меньше, чем для конечной стадии. Выше зоны наката, из точки d, строится надводный откос, принимаемый для 10-летней стадии неустойчивым с предельной крутизной.

После построения профиля производится проверка соотношения площади аккумуляции и размыва (F_akk/F_t)_y что должно соответствовать принятому проценту аккумуляции. Передвижением точки а вправо или влево добиваются необходимого соотношения частей отмели при абразионном типе их развития, а точка а откладывается непосредственно на первоначальном откосе.

Кроме того, прогноз формирования берега может быть выполнен на конечную стадию для озерной части водохранилища (рис. 2.19). Все операции расчета производятся в том порядке, который изложен выше. Различие заключается в том, что точка а откладывается не от НПУ, а от горизонта сработки вниз на величину, равную 2,5 – 3 высотам волн 1 %-ной обеспеченности для песчаных пород и 3,3 –4 высотам волн для легко размываемых лёссовых пород.

Уклоны аккумулятивной (р₂) и абразионной (р_з) частей отмели, зоны наката (р₄) берутся более пологими. Углы β определяются по таблице Г.С.Золотарева, учитывающей размокаемость, размываемость грунтов, процент аккумуляции материала, углы зоны наката.

Надводный откос определяется по аналогии с природными устойчивыми откосами.

Несколько иной способ расчета формирования берегов для вер­ховой зоны водохранилища и заливов.

Здесь вместо зоны наката строится эрозионная отмель (бичевник), которая располагается между НПУ и паводочными уровнями 50 %-ной обеспеченности для 10-летней стадии и 4 – 5 %-ной для конечной стадии (см. рис. 2.19). Угол наклона эрозионной части отмели для 10-летней (gj) и для конечной стадии (а₂) необходимо устанавливать по уклонам бечевника реки в зоне осенних паводков.

Построение неустойчивого надводного откоса производится для 10-летней и устойчивого — для конечной стадии по аналогии с при­родными откосами.

Для водохранилища со значительной сработкой (3 – 6 м) в безледоставный период при определении 10-летней стадии переработки за расчетный принимается уровень наибольшей повторяемости, который всегда значительно ниже НПУ. Построение расчетного профиля рекомендуется производить от среднего уровня летней сработки на 10-летнюю стадию и от среднего минимального уровня на конечную стадию.

При расчете переработки берегов в начальный период наполне­ния для каждого промежуточного состояния уровня воды расчет производится по его максимальному положению. Глубину бровки отмели получают путем отложения от среднего уровня высоты волны 1%-ной обеспеченности при максимальной расчетной скорости ветра.

Изрезанность берега оврагами и балками учитывается по формуле

S_tK = S_tn(1+k_n),

где S_tK — конечное перемещение бровки берега за k лет с учетом поправки на изрезанность; S_tn — перемещение бровки берега за k лет; k_n — коэффициент изрезанности берега оврагами и балками, равный отношению площади, занятой оврагами и балками, к площади всего участка.

При расчетах формирования берегов во времени необходимо учитывать изменяющиеся во времени углы наклона абразионной и аккумулятивной частей отмели. Изменение угла наклона отмели подчиняется уравнению

α_t = a_H—(a_n—a_t)tho_t,

где a_t — изменяющийся (во времени) угол наклона отмели, °; а_н — угол наклона прибрежной отмели, формирующийся после 2— 5 лет размыва при легкоразмываемых грунтах (h_1%) до 2 м); а_п — 2° - 2°30^/ для водохранилищ Сибири, при h_1% = 1,5 м; а_п — 1°30' – 2° для водохранилищ европейской части; а_к — предельный угол наклона отмели; o_t — декремент затухания, равный

o_t = — 1/t arctg h (a_n - а,)/(а_n—а_к).

Рекомендуется для лесной зоны европейской части o_t = 0,03, а для Сибирских водохранилищ в этой же зоне o_t = 0,02.

Необходимо указать, что этот метод используется при прогнозе развития берегов малых водохранилищ в том случае, когда они имеют сложное геологическое строение.