Разработка методов прогноза заиления при обосновании емкостей мелиоративных водохранилищ (для условий рек Украинских Карпат)

Актуальность работы. Успешное осуществление Продовольственной программы требует дальнейшего повышения эффективности мелиорации земель и комплексного использования водных ресурсов всей страны.

Развитие мелиоративного строительства в Западных областях Украинской ССР неразрывно связано с использованием водных ресурсов Украинских Карпат, которые относительно велики, но они еще недостаточно изучены и используются не в полную меру, ибо мелиорация земель, защита их от вредного воздействия паводков связано с сооружением большого числа водохранилищ комплексного назначения (орошение, обводнение сельскохозяйственных угодий, сельскохозяйственное водоснабжение, защита от паводков и др.).

Строительство водохранилищ на реках Украинских Карпат началось в конце прошлого века" В настоящее время эксплуатируется около 30 водохранилищ [21, 40 и др.], в т. ч. 10 водохранилищ на мелиоративных системах Закарпатья («Черный Мочар», Верхне-Ла-торицкая, Хустская и Сальвинская), созданных для орошения, регулирования водного режима мелиорируемых земель и других сельскохозяйственных нужд. Начато строительство самого крупного комплексного водохранилища в Карпатах на р. Стрый у с. Ровин [94] .

На перспективу по «Схеме комплексного использования и охраны водных и земельных ресурсов Советской части бассейна р. Тисы» намечается построить свыше 120 водохранилищ [108], по «Схеме противопаводковой защиты земель Ивано-Франковской области» — 8 водохранилищ на правых притоках р.Днестра.

Водохранилища являются основным элементом мелиоративной системы, т.к. обеспечение надежной работы всех остальных элементов оросительных или увлажнительных систем находится в зависимости от аккумуляции в них необходимого объема воды, В тоже время стоимость строительства водохранилища возрастает с увеличением его объема. Одной из основных задач при проектировании является уменьшение строительных затрат. Для чего полезный и мертвый объемы водохранилищ следует назначать в оптимальных пределах. Если полезный объем водохранилища определяется водохозяйственным расчетом, исходя из требуемой площади орошения и имеющейся водосборной площади, то мертвый — определяется объемом заиления за расчетный срок эксплуатации. Для назначения мертвого объема необходим прогноз заиления, который немыслим без достоверных данных о твердом стоке. Из отечественной и зарубежной практики эксплуатации известно, что интенсивность заиления водохранилищ на горных реках значительна [19 2 и дрГ) и зависит от режима жидкого и твердого стока, интенсивности эрозионных процессов на водосборе, условий эксплуатации и др. Заиление водохранилищ Украинских Карпат также происходит интенсивно. Имеется ряд случаев полного заиления малых водохранилищ (Довжина, Фулъевец и др.), на 80% заилены водохранилища Хировское, Старо-Самборское, Нижне-Петровицкое и др. Основной источник заиления — твердый сток питающих водохранилища рек.

Отсутствие достоверных данных стока влекомых наносов и несовершенства методов прогноза заиления вынуждало проектировщиков учитывать влекомые наносы как некоторый процент от стока взвешенных, который колебался в пределах от 20% (Чечвинское водохранилище) до 300% (Трускавецкое). Даже действующие «Указания по расчету заиления водохранилищ при строительном проектировании» («Указания») [118] рекомендуют вычислять расход влекомых наносов по четырем формулам и контролировать вычисления подбором аналога.

Большинство рекомендаций по определению твердого стока и прогноза заиления водохранилищ составлены с учетом особенностей рек равнинной территории, где влекомые наносы не имеют преобладающего значения. Рекомендаций, рассматривающи^Йеки мало [ 3, 64 и др." ] и они не приемлемы в условиях Карпат, т.к. составлены пс|экспериментальным материалам других районов страны, реки которых по режиму жидкого и твердого стока значительно отличаются от рек Карпат. Паводки рек Средней Азии имеют ледниковое питание и проходят летом, рек Кавказа — смешанное (ледниковое и дождевое) и наблюдаются летом и осеньюпаводки рек Карпат — в основном ливневые и могут наблюдаться в любое время года, а повторяемость их может колебаться от I до 10 раз в году [52J .

Наблюдения за твердым стоком отдельных организаций [ 23, 114 и др.] не позволили получить достоверных данных по твердому стоку рек Украинских Карпат. Работы З. А. Горецкой [" 26,28] и А. Ф. Нашинского [ 89] рассматривают сток только взвешенных наносов. С. Г. Кочубей [" 44, 45 и 90] при рассмотрении вопроса стока влекомых наносов, пользуясь объемами заиления малых водохранилищ, неточно определил период их эксплуатации, что привело к заниженным данным. Ю. Д. Гаврилюк и Е. П. Матвеева [15, 16 ] изучали сток рек Карпат уже при выходе из-за гор, где влекомые наносы перестают быть преобладающими. Попытка Госкомгидромета определить сток влекомых наносов по отложениям в Теребле-Рикском (1966;67 г. г.) и Завадовском (1966;68 г. г.) водохранилищах не дала желаемых результатов. Зарубежная литература по твердому стоку и заилению водохранилищ Карпат [l28, 141 и др.] также не вносит ясности в определение стока влекомых наносов и в методы прогноза заиления водохранилищ этого региона.

Таким образом, недостаточная изученность твердого стока, особенно стока влекомых наносов, и отсутствие апробированной методики прогноза заиления не позволяли до настоящего времени определять опримальные параметры водохранилищ и обосновывать их емкости, в частности для целей мелиорации и защиты земель от наводнений. Поэтому задача повышения качества и надежности проектирования водохранилищ путем уточнения методики прогноза их заиления — актуальна и меет важное народнохозяйственное значение.

Работа выполнена в Украинском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации как составная часть темы государственного координационного плана по проблеме 0.51.075 (СЭВ) задание 0.51.080 «Разработка рекомендаций по строительству и эксплуатации противопаводковых сооружений на предгорных и горных реках УССР» (№ гос.per.71 045 955) и отраслевой проблеме 0.04 задание 01.03.Д2 «Разработать методы расчета заиления водохранилищ и выклинивания кривой подпора» (№ гос.per. 0183.78 207).

Цель работы — разработка метода прогноза заиления при обосновании емкостей мелиоративных водохранилищ на реках Украинских Карпат.

Методика исследований. Решение поставленной цели осуществлено методом натурных исследований существующих водохранилищ Украинских Карпат. Все наблюдения, измерения и вычисления производились по общепринятым методикам Гос-комгидромета и имеющимся наставлениям и указаниям по производству топо-геодезических и гидрологических работ. Обработка данных наблюдений проведена с использованием методов математической статистики. Математическая обработка натурных наблюдений (подбор коэффициентов и показателей степеней в зависимостях и связях) выполнялась на ЭШ EC-I020.

Объекты исследований для выполнения натурных работ выбраны на основе анализа материалов предварительных обследований всех водохранилищ Украинских Карпат. Отобраны наиболее характерные: 4 относительно крупные водохранилища (Те-ребле-Рикское — р. Теребля, Чечвинское — р. Чечва, Стебниковскоер. Клодница и Завадовское — р. Стрыйпервые три водохранилища являются идеальными отстойниками, где задерживаются все влекомые и частично взвешенные наносы) и 6 малых (Клаузе — р. Озерянка, Слобода — р. Слобода, Песье — р. Песья, Фульевец — р. Озерянка, Довжи-на — р. Довжина и Озирне — руч. Озирный).

Научная новизна. На основе проведенных натурных исследований заиления существующих водохранилищ Украинских Карпат:

— определено соотношение между стоком влекомых и взвешен-^ ных наносов в створах исследуемых водохранилищ и выявлены связи этого соотношения от модуля жидкого стока, расходной характеристики и уклона водотока от истока до расчетного створа;

— получены связи для оценки твердого стока в зависимости от расхода и модуля стока взвешенных наносов, площади водосбора, расходной характеристики и др., что дало возможность впервые для рек Украинских Карпат подобрать эмпирическую формулу для определения среднегодового расчетного стока влекомых наносов;

— определена среднегодовая интенсивность заиления водохранилищ;

— предложены зависимости и составлена таблица для определения наносоудерживащей способности водохранилищ по их относительной емкости и площади водосбора;

— уточнена методика расчета заиления водохранилищ рек.

Карпат.

Практическая ценность работы заключается в том, что она позволяет более обосновано при проектировании мелиоративных и водохозяйственных объектов определять емкость водохранилищ. Предлагаемый уточненный метод расчета заиления позволяет не только уменьшить строительные и эксплуатационные затраты, но и повысить надежность и долговечность водохранилища, что в свою очередь позволяет обеспечить надежную эксплуатацию мелиоративных систем.

Результаты исследований также могут быть использованы при разработке схем комплексного использования водных ресурсов и более обоснованного проектирования мелиоративных мероприятий в долинах рек Украинских Карпат.

Внедрение результатов работ. Предложенный метод расчета заиления водохранилищ включен в «Методические рекомендации по расчету деформаций русел и выбору за-щитно^регуляционных мероприятий на реках Украинских Карпат», которые утверждены НТС Минводхоза УССР и рекомендованы для внедрения при проектировании, строительстве и эксплуатации мелиоративных и водохозяйственных объектов на реках Украинских Карпат.

Основные результаты исследований переданы и приняты для использования при проектировании водохранилищ на горных и предгорных реках Украинских Карпат институтами «Укргипроводхоз», «Львовгилроводхоз» и «Укргипроречтранс» .

Часть материалов исследований уже переданы и использованы службами эксплуатации водохранилищ при их повседневной работе, Закарпатской геологической экспедицией Киевского геологоразведочного треста Мингео УССР при составлении «Ежегодника по изучению экзогенных процессов на территории Закарпатской области» и Киевским отделением института «Теплоэнергопроект» при разработке рабочих чертежей водохранилища на р. Ломница для Рожнятовской АЭС.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам водохозяйственного строительства — К., УкрМГиМ, 1975 г.- Республиканском семинаре по гидродинамике гидросооружений и гидротехнике при институте гидромеханики АН УССР — К., 1976 г, — научно-техническом совещании «Новые конструкции противоэрозионных гидротехнических сооружений и вопросы надежности их работы» — Ивано-Франковск, 1977 г.- Республиканском семинаре по гидравлике открытых русел и сооружений при ММ — К., 1982 г.- НТС института «Укргипроводхоз» «!. К., 1984 г.

Публикация работ. Основные положения диссертации опубликованы в 15 работах, в т. ч. одна монография (в соавторстве) и одно изобретение (а.с. № 470 565).

Основное положение выносимое на защиту по данной работе научно-обоснованная методика прогноза заиления при обосновании емкостей мелиоративных водохранилищ на реках Украинских Карпат.

I. ОБЗОР ЖТЕРАТШЖ ИСТОЧНИКОВ.

I.I. Современное состояние проектирования и исследований мелиоративных водохранилищ в горных условиях.

В связи с осуществлением в широких масштабах мелиоративного строительства повышение качества и надежности проектирования мелиоративных водохранилищ4как основных элементов мелиоративных систем, преобретает большое народнохозяйственное значение.

Основная задача при проектировании мелиоративных водохранилищ — определение возможной аккумуляции в них определенного объема воды [2, 42 и др.]. Стоимость водохранилища возрастает с увеличением его объема (V/), состоящего из полезного (V/пол.) и мертвого (Wm.q), т. е.

W= Wiw+WM.D. (I.I).

Вопросы проектирования полезного объема, определяемого из задач мелиорации земель, и состоящего из полезной водоотдачи, расчитываемой водохозяйственным расчетом [ 43, 60 и др.], исходя из требуемой площади орошения и имеющейся площади водосбора, а также потерь воды на испарение и фильтрацию, нами не рассматриваются.

Мертвый объем определяется из следующих соображений: агоризонт его должен определяться условиями командования бемкость должна быть достаточной для отложения наносов, поступающих в водохранилище за период его работы, чтобы не было быстрого заиления, в — слой воды должен быть не менее 1,5.2,0 м, чтобы, предохранить ложе от промерзания грунта зимой [43, 60 и др.], но, в основном, размеры мертвого объема должны быть достаточными для предупреждения водохранилища от быстрого заиления. В. В .Колпаков [42] для установления мертвого объема исходит из того, что допустимый срок очистки водохранилища не должен превышать 30.35 лет, ряд авторов [33, 39 и дрГ| считают расчетный срок эксплуатации — 50 лет, «Указания» [lI8] дают расчетный срок эксплуатации малых водохранилищ — 50 лет, крупных — 200 лет. Для горных водохранилищ, где очистки затруднены (механическая — трудность работы техники в горных условиях, гидравлическая — крупность донных отложений), расчетный срок эксплуатации принимается не менее 50 лет [ 33, 51 и др.]. Ошибочное назначение мертвых объемов мелиоративных водохранилищ может вызвать значительное заиление полезного объема ранее предусмотренного срока и привести к перебоям воды и прекращению полива в самый напряженных период времени.

В регионе Карпат, где пригодных сельскохозяйственных земель на душу населения приходится меньше, чем в среднем по республике, сооружение водохранилищ будет осуществляться в горной зоне, где затапливается меньше земель и продуктивность их значительно ниже, чем на равнине. Кроме того, при сооружении горных водохранилищ отпадает вопрос о механической подачи воды на орошение и увлажнение. Негативная сторона данного вопроса — повышенный твердый сток горных рек, который слабо изучен, особенно сток влекомых наносов. Это относится не только к Карпатам, но и для всего Союза.

Для проектирования мертвого объема необходимы достоверные данные по твердому стоку и надежный прогноз заиления водохранилища [33, 84 и др.]. Поэтому для совершенствования методов проектирования мелиоративных водохранилищ в горных условиях Карпат необходимо уточнить данные по твердому стоку этого региона, и на основе их обобщения выполнить прогноз заиления водохранилищ. В связи в этим ниже в обзоре литературы остановимся на этих вопросах.

Наибольшее заиление водохранилищ в нашей республике имеет место в южных горных и предгорных районах Закавказья, Северного Кавказа, Средней Азии, Карпат и др.

Р.Б.Тарвердиев [ill], Д. М, Сулейманов и Э. А. Мкртчян [106] показали особенности формирования донных отложений одного из крупнейших в Закавказье Мингечаурского водохранилища (площадь зеркала 626 км^). Формирование отложений происходит за счет поступления твердого стока рек Куры и Алазани и материала от разрушения берегов. Донные отложения распологаются в чаше водохранилища слоем 0,5.6,0 м.

Г. А.Геворкян и В. Н. Жамогорцян [19], исследовав заиление Ахпаринское водохранилище (р.Раз дан), отметили, что отложения наносов в 3 раза превышают проектные прогнозы.

В работе Ю.А.Ибад-Заде и др. [38] даны результаты исследования заиления малых водохранилищ АзССР, сток наносов в которых определялся суммарным способом.

Натурные исследования заиления горных водохранилищ Грузии приводятся Л. Г. Гвелесиани и Н. П. Шмальцелем [17, 18] .

Большую работу по изучению твердого стока рек Черномрско-го побережья Кавказа провели Г. Н. Хмаладзе [.126, 127] и П.А.Шат-берашвили [l34], а заилению горных водохранилищ Грузии Н.Г.Ва-разашвили [ю] и Г. С. Метревели [б4] .

На Северном Кавказе научно-исследовательские работы ведутся на Чирюртском водохранилище, расположенном на р. Сулак, занимающей по мутности одно из первых мест в Союзе [ 35, 48 и др.].

Изучению заиления верхнего бьефа Мало-Кабардинского гидроузла посвещена работа Г. А.Тер-Абрамянца [lI2] .

Г. А.Урлалов [.120] приводит данные заиления Тщикинского водохранилища (пойма р. Кубань).

Заилению Терско-^Кумского гидроузла (р.Терек) и Гергебиль-ского (р.Сулак) посвящена работа Я. Н. Флексера и А. Н. Волохова [123] .

В республиках Средней Азии имеется около 50 водохранилищ, из которых 34 находятся в эксплуатации. Процесс заиления происходит быстро, особенно на реках Мургаб и Теджен. Полностью заилены водохранилища на р. Мургаб (Гиндукушское, Колхоз-Бентское и Иоло-танское) [132]. Ферхадское водохранилище на р. Сырдарье (сдано в эксплуатацию в 1951 г.) заилено на 95%, Ташкепринское на р. Мур-габ (1941 г.) — на 66 $, 1-е Тедженское на р. Теджен (1950 г.) -на 44%, Интенсивность заиления в два и более раз превышает проектные проработки [124] .

К.Ф.Артамонов и Н. С. Гребенников [ 5 J, приводя данные натурных исследований, отмечают незначительную величину заиления Орто-Токойского водохранилища (р.Чу). Это объясняется малой величиной эрозии горной области питания р.Чу.

А.Б.Малков и Б. Г. Насрулин [58] опубликовали данные натурных исследований заиления водохранилищ Уч-Курганской ГЭС (р. Нарын), Кайрак-Кумского (р.Сырдарья) и Головной ГЭС (р.Вахш).

Водохранилище Уч-Курганской ГЭС рассмотрено также А. Г. Зыряновым [37] .

В 1958;1960 г. г. институт водных проблем и гидротехники АН УзССР, экспедиции ПИ, СА01ИЭП и обсерватории У1МС провели исследования заиления Кайрак-Кумского водохранилища [ 91 ] .

Вопросами натурного и модельного изучения заиления водохранилищ рек Средней Азии занимался X.Ш.Шапиро [132] .

Работы по изучению заиления Дубоссарского водохранилища на р. Днестр проведены З. А. Горецкой и А. И. Шершевским [27] .

Кроме натурных, в литературе освещается результаты лабораторных исследовании заиления водохранилищ. Следует отметить работы И. И. Леви и А. М. Мухамедова Q69^, связанные с проектированием Нурекского гидроузла (р.Вахт) — В. С. Лалшенкова [[49], изучавшего заиление водохранилищ при неустановившемся движении потокаГ.А.Тер-Абрамянца [112] по изучению водохранилища Мало-Кабардинского гидроузла (р.Терек) — А. Б. Дмитриева и В. В. Акулова С31 ] по заилению Тюямунского водохранилища и др.

Вопросы заиления водохранилищ освещаются и в зарубежной литературе. Комитет по наносам гидротехнической секции Американского общества гражданских инженеров создал специальную комиссию для подготовки «Руководства по борьбе с отложениями наносов». Эта комиссия составила доклад, содержащий анализ причин, обуславливающих заиление водохранилищ и способы борьбы с заилением fl67] .

Е. S е" ЪТ. fl68] указывает, что в США ежегодно заиляется около 0,2% полезного объема водохранилищ (1235 млн. м3). Наибольшая интенсивность заиления свойственна малым водохранилищам (до 123 тыс. м3), при объемах свыше 123 тыс. м3 интенсивность заиления падает. При современных темпах 20 $ водохранилищ США залляется на 50% в течение 30 лет. Основной источник поступления наносовэрозия водосборов и русел рек водотоков. Эрозия водосборов учитывается специальной методикой с применением т.н. «универсальной формулы смыва почв», методика учета русловой эрозии — нет. Интенсивные защитные мероприятия могут уменьшить на 95 $ заиление водохранилищ малых водосборов. Специальная мера борьбы с заилением.

— прямое удаление наносов из водохранилищ, но она применяется, где необходима и экономически оправдана.

Исследование заиления водохранилищ (р.Полакка-Уош, штат Аризона) показало, что уклон поверхности отложений связан обратным соотношением с помощью водосбора и имеется прямая зависимость между уклоном отложений и средним диаметром наносов [l54].

По результатам наблюдений данные отложения на водохранилищах р. Саскуэханна (среднегодовой сток наносов 3 млн.т.) составляют ежегодно 15. 170 т на I км2 дна [175] .

Исследования на 5 противопаводковых водохранилищах (р. Бол, Майами, штат Огайо) показали, что с увеличением длительности задержания воды возрастает количество отлагаемых наносов. На-носоудерживающая способность (отношение количества осевших в водохранилище наносов й общему их поступлению) зависит от соотношения емкости водохранилища и притока воды в него и колеблется в пределах 10.40 $ [147] .

На водохранилищах (бассейн р. Рог) изучались причины возникновения и развития мутности. В естественных условиях мутность наблюдалась только в паводок, теперь, после создания плотин, мутность держится в течение многих недель после спада паводка 155 .

Отмечается значительная заиляемость 22 малых водохранилищ (бассейн р. Сендстоуп Крик, штат Зап. Оклахома), емкость которых 0,001.0,05 км³ и задерживающих сток с площади 160 км² [l57j .

В Европе строительство плотин началось в прошлом веке, но изучение последствий строительства проводится лишь в последние десятилетия. Водохранилища задерживают до 95 $ речных наносов. Потеря емкости вследствие отложения наносов в водохранилищах Европы составляет около 1% в год [165] .

В НРБ свыше 2000 водохранилищ, в т. ч. 25 крупных, что изменило русловой режим рек. Из-за недостаточной изученности твердого стока заиление водохранилищ протекает значительно быстрее теоретических прогнозов (Топлица, Г. Димитров и Ал. Стамболийский в 3−8 раз) [160]. Для малых водохранилищ отмечается повышенная интенсивность заиления — до 10 $ в год. Распределение отложений различно. На больших водохранилищах наблюдаются отложения наносов в зоне полезного объема в виде конуса наносного выноса, который постепенно смещается к плотине. Местоположение и скорость продвижения конуса зависит от режима работы водохранилища [6i] .

В Франции накоплен опыт изучения наносов в различных гидроузлах, особенно в бассейнах рек Роны и Дюранса. Хотя наблюдения за твердым стоком не были систематическими и проводились на каждом объекте обособленно, длительный срок наблюдений и большое число наблюдаемых водохранилищ позволяют дать материал, который можно обобщить и использовать при строительстве новых водохранилищ. Борьба с заилением больших водохранилищ донными наносами предусматривает создание вспомогательных плотин, которые одновременно служат для поддержания необходимых расходов при промывках основного водохранилищаПо мнению французских специалистов, процесс заиления водохранилищ может быть сведен к более или менее доступному для решения виду на основе имеющегося процесса по изучению и выявлению механизма образования твердого стока, применения Ш, а также большого числа сведений по наблюдениям на водохранилищах. Расчеты могут корректироваться дальнейшими наблюдениями. Сочетание теории с практикой определяют оптимальные условия эксплуатации сооружений [l66] .

Наблюдения за заилением водохранилищ и изучение методов борьбы с ним в Италии позволяет продлить сроки службы водоемов. Эти вопросы исследуются на моделях с размываемым дном 150.

В рекомендациях греческих специалистов, разработанных на основе опыта эксплуатации гидроузлов, указывается на необходимость при проектировании изучения природных условий водосбора и организации постоянных наблюдений за поступлением наносов в водохранилище, особенно в периоды интенсивных дождевых паводков [174] .

В Югославии на основе исследований водохранилища Яблоница определено общее количество (1,4 млн. м3) и распределение отложений наносов за 23 года эксплуатации. Мощность отложений 0,9.2,8 м. На основе полученных результатов предложены мероприятия по снижению заиления и определения срока заиления водохранилища [163]. Для сохранения водохранилища Модрак (р.Стрыч), построенного в 1967 г., предусмотрены мероприятия по предотвращению эрозии в бассейне [169] .

В Японии натурные исследования водохранилища Мива показали изменения объема к 1974 г. полного с 37,5 до 29,3 млн. м3, полезного с 25,5 до 21,7 млн. м3 [170]. Японские специалисты создали математические модели заиления водохранилищ, разделяющиеся на две группы: I — модели, использующие уравнения неразрывности для воды и наносов и уравнения для движения жидкости установившегося неравномерного потока в дополнение к уравнениям расхода донных наносов и сопротивления дна русла: П — модели, основанные на раздельном решении уравнений движения наносов и потока. Проведенные для рада водохранилищ расчеты дали удовлетворительные результаты [153] .

В Индии интенсивное заиление водохранилищ заставило пересмотреть рекомендации по расчету стока наносов, поступающего в водохранилище. Действительная величина стока наносов больше предполагаемой [173]. Это наблюдается на водохранилище Бхакра (построено в 1963 г., полный объем 9865, полезный — 7434 млн. м3), В качестве средств для уменьшения заиления и продления службы водохранилища предлагается лесонасаждение в бассейне и сооружение наносоудерживающих дамб [159]. Для оценки интенсивности заиления проведены исследования 34 водохранилищ Гималайского района Индии [145]. Годовое уменьшение объема — 0,1. 1,0%, среднегодовой смыв с водосбора — 500 м3/км^ в год, наносоудерживающая способность водохранилищ — 98%.

В Пакистане натурные исследования водохранилища Мангла (р.Джерум) показали интенсивность его заиления [l7l] .

В Афганистане на водохранилище Каджакай (р.Гильменд), созданном в 1263 г., отмечается постоянное снижение емкости в связи с заилением песчаными частицами, приносимыми рекой 164 .

В Алжире на водохранилище Хамиц (построено 1884 г., реконструировано 1935 г.) ведутся натурные исследования заиления. Отложения наносов достигают толщины до 25 м (в головной части водохранилища глинистопылеватые, в хвостовой — песчаные отложения) [" 172] .

Интенсивность заиления горных и предгорных водохранилищ рассмотренной выше отечественной и зарубежной литературы приведена в таблице I. I, из которой видно, что среднегодовая интенсивность колеблется в значительных пределах, причем у малых водохранилищ она выше, чем у больших.

Таблица I. I Заиление горных и предгорных водохранилищ.

Страна Водохранилища и источник информации {Объем, млн. м3 {период! ¦}наблю-| }дений,} }лет } # • ! Т • • Среднегодовое сокращение объема, % i водо— {храни- ,'лшца • отложений наносов.

I 2 1 3 —1-й- 4 i 5 1 6.

СССР Гумати ГЭС-1 Ткибули КС Ладжанури ГЭС Мингечаурское Чирюртское Ахинджачайское Хачинчайское Писагатское Тщикинское Фархадское.

17) к.

106) /35/.

38) —.

120) (124).

44 39,2 II 8.

13 7,24 14 4 80 24,6 11,5 2,7 I6I00 180 13 менее 0,1 108 96 9 10.

14 0,046 3 0,11.

23 0,043 3 менее 0,1.

16,9 0,019 2.

365 95 27 1,0.

350 286,5 10 8,2.

Продолжение таблицы I.I.

I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6.

СССР Кайрак-Кумское (91) 4160 143 4,4 0,8.

Гиндукушское (132) 15,1 15,1 13 7,7.

— t" Колхоз-Бентское п 76 76 16 6,2 tr Ташкепринское (124) 166 128 22 3,5.

1-е Тедженское fl «mm 150 66,5 12 3,7 tt Орто-Токойское (5) 470 2,8 II менее 0,1.

Головной ГЭС р. Вахт (91) 94,5 70 2 37.

1t Уч-Курганской (37) 52,5 31,2 10.

ГЭС 6.

Дубоссарское (27) 775 115 15 1,5.

ПНР Промбка (128) ЭЕ — 28 0,48 ft Рожнув — - 25 0,76 lt Мычковице — — 7 1,35.

НРБ Искыр (61) 673 I 0,03.

Г. Димитров 97 Г!" I 0Д9.

Ал.Стомболийский -" - 220 I 0,75.

Пелшцат 0,17 I 3,65.

Певците (61) 0,015 I 9,3.

Козаново-2 0,015 I 10,7.

ЧССР Варнем (142) 26 0,35.

Йорков (156) 26,0 0,08 14 0,02.

СФРЮ Модрак (169) 88 5,8 10 0,66.

ШвейМонсальван (152) 12 2,3 48 0,4 цария.

Греция Лурос (174) I 0,68 15 4,5.

США Германтуан (147) — I 1,0 ff Ингулд «—» «¦Ч I 0,5.

Япония Сакума (161) 385 86 23 1,0.

Афганистан Каджакой (164) wm — I 7,0.

Продолжение таблицы I.I.

I !2! 3 ! 4 ! 5 ! 6.

Пакистан Мангла (171) 7250 101 I 1,4.

Алжир Хамиц (172) 30 17 II 3,1.

Примечание: х — данные в рассматриваемой литературе отсутствуют.

Изложенный в обзоре литературы анализ причин сокращения объема водохранилищ показывает, что интенсивность заиления зависит от многих причин, из которых в первую очередь следует назвать особенности жидкого и твердого стока, интенсивность эрозионных и селевых процессов на водосборе, первоначальный обьем водохранилища и режим его работы. Из обзора видно, что достоверная оценка интенсивности заиления может быть получена только путем постановки стационарных натурных исследований, ибо пока нет достаточно апробированных способов прогноза этого явления, что объясняется отсутствием надежных методов оценки величины твердого стока, особенно стока влекомых наносов.

вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. В итоге проведенных исследований была решена практически важная задача, направленная на повышение качества и надежности проектирования мелиоративных водохранилищ путем исследования и уточнения метода прогноза их заиления при обосновании емкостей.

Надежность обеспечения оросительных и увлажнительных систем требуемым количеством воды в предгорных районах Украинских Карпат в основном зависит отправильности назначения аккумулирующей емкости водохранилищ, которая должна обосноваться достоверным прогнозом ее заиления.

Пока нет достаточно апробированных способов прогноза заиления (особенно для рек Украинских Карпат), что объясняется отсутствием надежным методов оценки твердого стока, особенно стока влекомых наносов, поэтому достоверный прогноз заиления водохранилищ возможен только после анализа и обобщения материалов стационарных натурных исследований заиления существующих водохранилищ.

2. Результаты натурных исследований позволили уточнить закономерность процесса формирования призмы отложений наносов и выявить особенности заиления водохранилищ-Украинских Карпат в зависимости от их уровенного режима, ветрового волнения, плановой конфигурации чаш, состава твердого стока и других факторов.

При водохозяйственных расчетах водохранилищ необходимо учитывать, что отложения влекомых наносов значительно сокращают полезный обьем еще до полного заиления мертвого, что может отрицательно сказаться на режиме подачи воды потребителям.

3. Анализ и обобщение материалов натурных исследований по заилению водохранилищ и твердому стоку рек Украинских Карпат позволили выявить характер изменения состава твердого стока (отношение стока влекомых наносов к взвешенным) в зависимости.

— от модуля жидкого стока (зависимость 4.7),.

— от уклона водотока (зависимость 4.8),.

— от высоты расчетного створа (зависимость 4.9) и.

— от расходной характеристики (зависимость 4.10).

4. Результаты исследований позволили установить ряд эмпирических зависимостей, характеризующих твердый сток рек Украинских Карпат:

— суммарного среднегодового расхода наносов от среднегодового расхода взвешенных наносов (зависимость 4.3),.

— модуля твердого стока от модуля стока взвешенных наносов (зависимость 4.4) и.

— суммарного стока наносов в объемных единицах от площади водосбора (зависимость 4.4) и от расходной характеристики (зависимость 4.6).

5. На основе анализа материалов исследований и полученных зависимостей 4.3 — 4.10 для рек Украинских Карпат подобрана эмпирическая формула для определения среднегодового расхода влекомых наносов в зависимости от среднегодового расхода взвешенных наносов, расходной характеристики, площади и лесистости водосбора (формулы 12, а и 12,6).

Все приведенные зависимости и формулы составлены для диапазона наших натурных исследований и не предусматривают гидравлических промывов, а в связи с изменением состава твердого стока по длине реки они рассматривались в двух вариантах: для высот расчетного створа 350.750 м и 750.1000 м.

6. На основе сопоставления графических связей Готлыпальфа и Брюне с данными натурных исследований получены зависимости для определения относительной наносоудерживающей способности водохранилищ в зависимости от отношения объема водохранилища к площади водосбора (зависимость 4.1) и к среднегодовому объему стока реки (зависимость 4.2), что позволило составить таблицу для определения наносоудерживающей способности водохранилища в зависимости от начальной относительной емкости и площади водосбора, дополняющую аналогичную в «Указаниях? 118] (там рассматриваются только равнинные территории).

7. В результате сопоставления различных методов расчета заиления водохранилищ и проведенных натурных исследований решена практически важная задача — уточнена методика расчета заиления водохранилищ для условий рек Украинских Карпат, отличительной особенностью которой от существующей В. С. Лапшенкова, рекомендуемой «Указаниями» [*П8] и принятой нами за основу, является введение при определении объема заиления расчетного среднегодового стока влекомых наносов, вычисляемого по нашей формуле.

Применение этого метода повысит качество и надежность проектирования и даст значительный экономический эффект, т.к. недоучет или переоценка твердого стока уменьшает или увеличивает мертвый обьем проектируемого водохранилища. Оба случая приводят к неоправданным затратам.

8. Предложенный метод расчета включен в 'Методические рекомендации по расчету деформаций русел и выбору защитно-регуляционных мероприятий на реках Украинских Карпат", которые утверждены НТО Минводхоза УССР и рекомендованы для использования при проектировании водохозяйственных и мелиоративных объектов.

Использование предложенного метода в практике водохозяйственного строительства позволит не только повысить качество и надежность проектирования мелиоративных водохранилищ и получить экономический эффект, но позволит дать социальный и экологический эффект в деле улучшения мелиорации земель, осуществления природоохранных мероприятий и защиты земель и разных объектов от вредного воздействия паводков.