Прогноз переформирований русла

Себестоимость строительно-монтажных работ существенно зависит не только от выбора участка и створа перехода, но и от заглубления трубопровода, определяющего объем выполняемых подводных земляных работ. Стоимость выполнения подводных земляных работ достигает 50% от общей стоимости строительства перехода. Причины этого кроются не только в значительной стоимости выполнения единицы объема подводных земляных работ, обусловленной применением дорогостоящей техники, но также и в необходимости выполнения этих работ в больших объемах, что связано со значительной шириной траншеи по дну, достигающей 6 – 10 м, и незначительным заложением откосов, равным иногда 1/3. Объем земляных работ зависит не только от указанных параметров, но и от глубины подводной траншеи, которая может достигать на реках со значительными сезонными и многолетними переформированиями русла 6 м и более.


Тем не менее практика показала, что нередко происходят размывы подводных трубопроводов, заглубленных на 0,5 м ниже прогнозируемого предельного профиля размыва русла реки, определенного с использованием детерминированных методов прогнозирования, базирующихся на совмещении продольных профилей створов и нахождении огибающих этих профилей с учетом развития руслового процесса, описываемого гидроморфологической теорией. Анализ данных эксплуатации подводных трубопроводов показывает, что основной причиной, вызывающей их предаварийное состояние, является переформирование русел и берегов рек, в результате чего размытые участки трубопроводов подвергаются силовому воздействию потока воды.


Для прогнозирования русловых деформаций используют количественные показатели руслового процесса: скорость и направление перемещения гряд, побочней, осередков, излучин, а также изменения высотных отметок русла реки. Количественные показатели устанавливают на основании специальных исследований и сопоставления русловых съемок разных лет. Такие русловые съемки могут быть выполнены в различные моменты времени, в том числе в периоды спокойного развития русла реки, например, в меженный период. Однако существуют периоды, характеризующиеся интенсивным переформированием и значительными береговыми и русловыми деформациями, обусловленными гораздо большей скоростью течения воды. Такие переформирования наблюдаются, например, во время ежегодного весеннего паводка, когда не только возрастают скорости деформаций, но и увеличиваются конечные размеры этих деформаций, в том числе глубины размывов дна реки.


Следует иметь в виду, что кроме относительно засушливых лет, характеризующихся незначительным выпадением атмосферных осадков, меньшим стоком рек и соответственно незначительными деформациями русел рек, в иные годы вследствие выпадения обильных осадков могут происходить наводнения со всеми вытекающими отсюда последствиями, в том числе особо большими размывами берегов и дна рек.


Поэтому прогноз переформирований русла реки, основанный на обработке данных подводной съемки, выполненной в период спокойного развития русла реки, обладает очевидно меньшей достоверностью. Однако любой прогноз переформирования русла, основанный, например, на вероятностном моделировании, учитывающем потенциальную возможность возникновения редких, но значительных по размерам деформаций русла, хотя и будет обеспечивать большую достоверность, но тем не менее не позволит исключить погрешность, так как переформирование русла реки обусловлено посредственно через размеры стока реки погодными условиями, долгосрочное прогнозирование которых не отличается высокой точностью.


Детальный анализ причин, приводящих к переформированию русла реки, довольно сложен и обычно не бывает исчерпывающим. К факторам, в наибольшей мере определяющим характер переформирований русла реки, следует отнести гидрологический режим водотока, зависящий, как уже отмечалось, от выпадения атмосферных осадков и других случайных величин, инженерно-геологические характеристики русла, а также рельеф местности, по которой протекает река. Установление причинно-следственных связей между этими факторами и характеристиками переформирования русла представляет определенные затруднения, что обусловливает целесообразность привлечения для описания процесса переформирования теории случайных функций.


В рамках этой теории описание переформирования русла может быть выполнено различным образом. В простейшем случае, опустив из рассмотрения такие факторы, как время эксплуатации трубопровода и характеристики русла на большом удалении от перехода, поперечный профиль русла реки в створе перехода может быть описан одномерной случайной функцией Z(x). Аргумент х является неслучайной абсциссой точки профиля, а значения ординаты Z будут случайными для одного и того же значения абсциссы и различных моментов времени, обусловленных случайным процессом переформирования русла реки. Функциональные зависимости, описывающие профиль дна реки по створу перехода в различные моменты времени, будем называть реализациями случайной функции.


ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ