Решение за укрепване на десния бряг на река Искър в района на съществуващо свлачище на един от левите завои на реката край с. Кунино



Дата20.07.2017
Размер101.74 Kb.
ГОДИШНИК НА МИННО-ГЕОЛОЖКИЯ УНИВЕРСИТЕТ “СВ. ИВАН РИЛСКИ”, Том 56, Св. II, Добив и преработка на минерални суровини, 2013

ANNUAL OF THE UNIVERSITY OF MINING AND GEOLOGY “ST. IVAN RILSKI”, Vol. 56, Part ІI, Mining and Mineral processing, 2013



МЕРКИ ЗА УКРЕПВАНЕ НА РЕЧНОТО КОРИТО НА Р. ИСКЪР В ЗОНАТА НА СВЛАЧИЩЕ КРАЙ С. КУНИНО
Николай Лисев
Университет по Архитектура, Строителство и Геодезия – София, 1046 София, ninka_hm@abv.bg
РЕЗЮМЕ. Настоящият доклад представя техническо решение за укрепване на десния бряг на река Искър в района на съществуващо свлачище на един от левите завои на реката край с. Кунино.

За изпълнението на поставените задачи е направено подробно хидравлично изследване на речния участък, което да отчете въздействието на предприетите укрепителни мерки върху течението на реката и с чиято помощ да бъдат оптимизирани параметрите на брегоукрепителните мероприятия. За постигане на максимална точност на хидравличните изчисления са използвани две различни методики – еднодименсионално и двудименсионално хидравлично моделиране. Въз основа на получените резултати е предложен вариант за укрепване на речния бряг, съобразен с максималните получени тангенциални напрежения и изграждане на 2 направляващи буни, които да отклоняват речното течение от района на свлачището.


RIVER BANK STABILIZING MEASURES OF ISKAR RIVER IN THE AREA OF LANDSLIDE NEAR KUNINO VILLAGE

Nikolay Lissev

University of Architecture, Civil Engineering and Geodesy – Sofia, 1046 Sofia, ninka_hm@abv.bg
ABSTRACT: The purpose of the paper is to present a technical design for river bank stabilizing of Iskar river in the area of landslide near Kunino village. To complete the task, a detailed hydraulic study was executed, which had to estimate the influence of the constructive measures on the river flow and help to optimize the parameters of the construction. To achieve a maximal accuracy of the hydraulic calculations two methods were used – 1-dimensional hydraulic modeling and 2-dimensional hydraulic modeling. According to the results is proposed a technical design for river bank stabilization, concerning the calculated bottom shear stresses. Two spur dikes are also constructed, which have to deflect the river flow away from the landslide area.


Въведение
Докладът представя техническо решение за укрепването на десния бряг на река Искър в района на съществуващо свлачище на един от левите завои на реката в близост до с.Кунино. Участъкът е с дължина около 800 м и се намира между водовземното съоръжение и изтичалото на МВЕЦ “Кунино”. За изпълнението на поставените задачи е извършено подробно хидравлично изследване, което да отчете въздействието на предприетите укрепителни мерки върху течението на реката и с чията помощ да бъдат оптимизирани параметрите на брегоукрепителните мероприятия.

Хидравлично изследване
За максимално точно моделиране на хидравличната картина са ползвани два метода – еднодименсионално (1D) и двудименсионално (2D) моделиране. С помощта на еднодименсионалния модел е получена кривата на водната повърхност при преминаване на характерни водни количества. Чрез 2D модела са получени скоростните полета на течението и са определени с голяма точност множество параметри, включително и скоростите в близост до брегоукрепителните съоръжения, както и големината на тангенциалните напрежения. Въз основа на получените резултати са предложени адекватни конструктивни мерки, за да се избегне изравяне на дъното и бреговете на реката.
Хидравличните изчисления са проведени за характерни водни количества с различни обезпечености, както следва – 1200 m3/s с обезпеченост 1%, 914 m3/s с обезпеченост 5%, като допълнително са изследвани още две водни количества - 500 m3/s и 300 m3/s. Проведени са и изчисления за по-малки водни количества, които обаче не са меродавни и поради тази причина на са представени в настоящия доклад.
Еднодименсионален хидравличен модел
За целите на еднодименсионалния модел са използвани 42 напречни профила. Във всеки един от профилите е получено положението на водната повърхност при преминаване на характерни водни количества.
Хидравличните изчисления са реализирани с помощта на математическия модел HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center - River Analysis System) версия 4.1, разработен от корпуса на военните инженери на САЩ (U.S. Army Corps of Engineers). Възможностите и характерни особености на последния са описани долу.
Този модел е продължение на модела HEC-2, разработен в края на 60-те години на 20-ти век в Центъра за хидроложки изследвания HEC (Hydrologic Engineering Center), който е съставна част от корпуса на военните инженери на САЩ (U.S. Army Corps of Engineers). От неговото създаване през 1964 моделът претърпява непрекъснато развитие и усъвършенстване за да се стигне до неговата последна версия от 2008 година, която носи названието HEC-RAS 4.0. Същият е приложен при огромен брой подобни изследвания с цел определяне профилите на свободната водна повърхност в естествени и изкуствени водни течения, в условията на стационарен и нестационарен режим. Той се разпространява свободно в публичното пространство, което е едно от най-важните негови предимства и това заедно чисто техническите му качества и удобства го прави един от най-използваните в момента математически модели.
HEC-RAS се базира на същите теоретични предпоставки, както неговия предшественик HEC-2. В него са интегрирани всички функции, но числителните схеми са нови, което значително подобрява възможностите за изчисление и устойчивостта на решението. Моделът функционира под Windows и притежава графичен интерфейс и отделен, независим архив за обмен на различните типове данни, което улеснява значително въвеждането и ревизирането на входните данните и получените резултати.
При стационарен режим, какъвто е възприет в настоя­щето изследване, процесът на изчисление се основава на интерактивно решаване на еднодименсионалното урав­нение на енергията (уравнението на Бернули) с помощта на метода на стандартната стъпка (Chaudry, 1993). Основните възприети хипотези са:

  • Стационарно течение: няма промени на дълбочините и скоростите в дадено сечение с времето.

  • Плавно изменящо се течение: предполага се разпределение на налягането по хидростатичен закон.

  • Еднодименсионално движение: единствената компонента на скоростта е насочена по посока на течението.

  • Течението е с твърди неразмиваеми граници, което не позволява ерозиране или отлагане на наноси в речното легло (промени в напречните сечения).

При горните хипотези уравнението на енергията между две сечения, S1 и S2 на едно еднодименсионално течение добива вида:


(1)
като за сечения 1 и 2 са използвани съответно следните означения:

z: превишение на дъното на напречното сечение спрямо избрана равнина на сравнение.

y: дълбочина на водата в напречното сечение.

: коефициент на енергията, който отчита неравномерното разпределение на скоростите в напречното сечение.



V: средна скорост на течението в напречното сечение.

g: земно ускорение.

he: загуби на енергия между сечения 1 и 2.
Загубите на енергия he, се определят от израза:

(2)

където:


L: дължина на участъка.

: наклон на триене в участъка.

C: коефициент на загубите от разширение и контракция на сечението.


Загубите на напор от триенето в един учстък от течението са същите, която биха се получили при равномерно движение със скорост и хидравличен радиус съответстващи на това сечение. Това допускане позволява да се приложи уравнението на Манинг (Шези) за равномерно движение при определяне на наклона на триене, откъдето се получава:
(3)
където:

Q: водно количество.

K: пропускна характеристика:

(4)

където:


n: коефициент на грапавина по Манинг.

A: площ на напречното сечение.

Rh: хидравличен радиус.
Моделът дава възможност за изчисляване на редица хидравлични параметри на течението, като дълбочината на течението (котата на свободната водна повърхност), широчината на водното огледало, котата на енергийната линия, наклонът на триене, скоростта на течението, критичната дълбочина (котата на линията на критичните дълбочини), обема вода под изчисления профил и хидравличния режим, при който се придвижва водното течение във всяко изследвано сечение.
На фиг. 1 е показан надлъжен профил по оста на реката, на който са изобразени профилите на водната повърхност при преминаване на различни водни количества - 1200 m3/s, 914 m3/s, 500 m3/s и 300 m3/s.


Фиг. 1 Надлъжен профил с нанесени водни нива при преминаване на характерните водни количества – 1200 m3/s, 914 m3/s, 500 m3/s и 300 m3/s

Двудименсионален хидравличен модел
За построяването на двудименсионалния модел е използвана повърхнина на терена (фиг. 2 и фиг. 3), получена от подробната геодезическа снимка, обхващаща целия изследван участък заедно с разливната тераса по левия бряг. При построяването на повърхнината са взети под внимание и брегоукрепителните мерки и проекти­раните насочващи течението буни.


Фиг. 2 Дигигален модел на терена и изчислителна мрежа



Фиг. 3 Дигитален модел на терена и изчислителна мрежа – аксоно­метрия

Двудименсионалните хидравлични изчисления са извършени с помощта на програмата SRH-2D - двудименсионален (2D) хидравличен модел с възможност за изчисляване на хидродинамични процеси, седиментен транспорт и др.


SRH-2D решава двудименсионалните динамични вълнови уравнения, т.е. усреднените по дълбочина уравнения на Сен Венан. Моделът използва гъвкава мрежа, която може да съдържа елементи с произволна форма. Програмата използва мощни числени схеми за решаване на уравненията, базирани на метода на крайните обеми и вземайки предвид намокрянето и осушаването на елементите. Това прави моделът стабилен, а резултатите дава могат да се приемат за достоверни.

Моделът може да се използва за решаването на множество хидравлични проблеми, някои от които са:



  • Изчисляване на течения в един или повече потоци, включващи основен канал, заливни тераси и др.

  • Изчисляване на заливане при всякакви терени;

  • Изчисляване на течения около различни конструкции – мостови опори, мостови устои, подпорни стени, преливници, отбивни язове, буни, острови и др.

  • Изчисляване на преливане над диги и брегоукрепителни съоръжения.

Част от резултатите, получени от симулацията на протичане на специфичните водни количества, са показани в графичен вид по-долу.


Фиг. 4 Скоростно поле в района на буните и свлачището при протичане на Q=1200 (m3/s).

На фиг. 4 се вижда картина на скоростното поле при протичане на водно количество 1200 m3/s, на която с цвят е показана големината на скоростта, а с вектори е указана големината и посоката и.
По идентичен начин са получени скоростните полета при протичане на всички характерни водни количества. За по-добра прегледност на резултатите, разпределението на скоростите е представено в напречен профил в района на свлачището на фиг. 5


Фиг. 5 Разпределение на скоростите в района на укрепването (свлачището е от ляво)

Както се вижда на фиг. 5, максималните скорости в района на свлачището се получават не при преминаването на максимално водно количество, а при преминаването на 300 m3/s, тъй като тогава основното течение е в речното корито. При по-големите водни количества се наблюдава разливане в речната тераса и изместване на максималните скорости към другия бряг. Въз основа на тези изчислени скорости са предвидени конструктивни мероприятия за укрепване на речното дъно и които са описани подробно в следващите точки.



Техническо решение
Предвидено е да се изградят две буни, целящи да отклонят основното течение на реката към левия бряг и по този начин да доведат до намаляване на скоростите откъм десния бряг. Първата буна се намира непосредствено над свлачището. Втората буна се намира на около 75 м. над първата в района на съществуващ в момента остров от дънни отложения. Предвидено е короната на буните да бъде на кота 129.00 и да е с ширина 3,5 м. До кота 1 m под короната се предвижда изграждане на тялото на буната със скални блокове с маса 50-100 кг, а за най-горния 1 m е предвидена тежка бронировка от машинно редени едри скални блокове с маса 1000-2000 кг. Откосът на буните е 1:2. Конструкцията на двете буни е идентична и може да се види на фиг. 6.


Фиг. 6 Типов напречен профил на направляващите буни

Участъкът между двете буни също трябва да се укрепи, като за целта трябва да се направи засипка от земен материал, отгоре се положи слой от скални блокове с маса 50-100 кг , с дебелина 70 см, а върху него се изгради бронировка от едри скални блокове с маса 500-1000 кг, отново машинно подредени. Откосът откъм водната страна трябва да е 1:2. Типов напречен профил на конструкцията може да се види на фиг. 7.




Фиг. 7 Типов напречен профил в участъка между двете буни

Районът на свлачището е най-критичен в рамките на изследвания участък. Предвидено е укрепване на петата и откоса на свлачището според типовия напречен профил, показан на фиг. 8.





Фиг. 8 Типов напречен профил в участъка на свлачището

Укрепителните мероприятия започват под кота 133.00. Над тази кота е предвидено преоткосиране и оформяне на терена според съществуващ проект за укрепване на свлачището. Под тази кота се предвижда преоткосиране на тялото на свлачището с откос 1:2. Където се налага се предвижда донасипване със земен материал. От 2 м по-ниска кота до петата на откоса трябва да се положи пласт с дебелина 0,7 м от скални блокове с маса 50-100 кг, като в най-долните 2 м скалните блокове трябва да са подредени, така че да служат като бронировка на откоса. За да се избегне извличане на фин материал от основата, трябва под пласта да се положи слой от нетъкан иглонабит геотекстил с плътност мин. 205 g/m2 Под кота 129.00 до петата на откоса трябва да се изпълни тежка бронировка със скални блокове с маса 1500 – 2000 кг, следваща откоса от 1:2 и дебела 1 м. Останалите между блоковете празнини следва да се запълнят с по-дребен скален материал. Под кота 126.00 е предвидено допълнително затежняване на петата на откоса и заздравяване на бронировката, което трябва да се изпълни като увеличаване на дебелината и с 1 м и запазване на откоса.



Заключение
Решаването на подобен род задачи изисква комплексен подход и познаване на хидродинамичните условия в реката. За тази цел изключително полезни са математичните модели, с чиято помощ може с висока степен на достоверност и точност да бъде определена хидродинамичната картина на течението в зоната на съоръженията, вкл. водни нива, вектори на скоростното поле и др. От показаните резултати става ясно, че не винаги най-неблагоприятните условия съответстват на максималните оразмерителни водни количества. Използването на числени математически модели дава възможност за цялостно изследване на съоръженията в един много широк диапазон на изменение на протичащите явления. Настоящият пример показва, че най-високите скорости и респ. дънни тангенциални напрежения в зоната на съоръженията се получават при водно количество 300 m3/s, което протича при нормални експлоатационни условия и е значително по-малко от оразмерителното водно количество съгласно нормативните изисквания – Q1% = 1200 m3/s.
Литература
Amein, M. and Fang, C.S., 1970, “Implicit Flood Routing in Natural Channels”, Journals of the Hydraulics Division, ASCE, Vol. 96.

Chaudhry, M. H.,1993, Open Channel Flow, Prentice-Hall, Inc.

Chow, V.T., 1959, Open Channels Hydraulics, McGraw-Hill Book Company, NY.

Fread, D.L., 1976, Theoretical Development of an Implicit Dynamic Routing Model, Hydrologic Research Laboratory, U.S. Department of Commerce.

Ligget, J.A., and Cunge, J.A., 1975, “Numerical Methods of Solution of the Unsteady Flow Equations” in Unsteady Flow in Open Channels, edited by K. Mahmood and V. Yevchevich, Vol. I, Chapter 4, Water Resources Publications

Shames, I.H., 1962, Mechanics of Fluids, McGraw-Hill Book Company, NY.

Директива 2007/60/ЕС относно оценката и управлението на риска от наводнения.

Mаринов, Е., Хидравлика, Висш институт по архитектура и строителство, София, 1994 г.








База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница