Осложнения в работе водозаборных сооружений могут возникнуть: при заносе водоприемников отложениями донных наносов, при отделении мест расположения водоприемников косами наносов; при отходе русла реки от сооружения вследствие переформирования русла; при подмыве и разрушении водоприемника течением воды или под воздействием волн; при разрушении водоприемника под воздействием льда, при заcорах, заторах и навале льда, при закупорке решеток сором, водорослями, скоплениями шуги или при обмерзании решеток. Перемещение наносов речным потоком связано с размывом русла в одних местах и с отложением наносов в других.
При возведении разнообразного гидрооборудования важно учитывать течение вод. Неправильная установка повредит гидрооборудование. В структурном механизме речных потоков поперечные циркуляции определяют особенности формируемого потоком русла, движения наносов и плавающих тел, льда и шуги. Русло характеризуется извилистой формой в плане и чередованием вдоль него глубоких участков — плесов, а также мелких — участкам русла, а перекаты — участкам, соединяющим излучины с противоположными направлениями изогнутости.
Рис. 1 Структура течений на изгибе перекатов.
При движении воды на поворотах под действием центробежной силы возникает перекос поверхности воды (рис. 1). Поверхностные маломутные струи воды, набегая на вогнутый берег, отклоняются к дну и размывают его, формируя углубление дна — плесовую ложбину, которую целесообразно использовать для размещения в ней водоприемника Донные струи насыщаются наносами и, выходя к поверхности у выпуклого берега, теряют здесь часть своей скорости, образуя отмель, называемую побочнем (рис. 2).
Рис.2 Плесовая лощина (1), береговая отмель (2), перекат (3)
Возникающее винтовое течение называют поперечной циркуляцией (рис. 1). В результате размыва вогнутого и наращивания выпуклого берега происходит развитие и перемещение речных излучин.
На перекате происходит затухание поперечной циркуляции и вследствие этого уменьшается транспортирующая способность потока. Наносы при этом оседают на дне, глубина потока уменьшается, а ширина русла увеличивается. Наносы движутся по дну, пересекая русло от верхнего побочня к нижнему. Гряда наносов на перекате располагается по этому же направлению, часто с повышением дна в середине русла, где может образоваться осередок — затапливаемое подвижное возвышение дна или даже остров. Меандрическая форма русла в большей степени свойственна малым и средним рекам с небольшими уклонами (около 0,0001), большим рекам — слабая извилистость. При проходе по руслу паводковых расходов воды также возникает поперечная циркуляция. Характер циркуляции обусловлен быстрым увеличением глубины и скорости потока в стержневой его части при подъеме уровней; они же быстрее убывают при снижении уровней воды. Вследствие этого перекаты при подъеме уровней воды наращиваются, при спаде — размываются.
Образование внутриводного льда, создающего помехи забору воды, начинается с отрицательных среднесуточных температур воздуха, когда температура воды в реке достигает значений, близких 0°С. Дальнейшее охлаждение потока приводит к переохлаждению тонкого поверхностного слоя до t = —0,005... — 0,02 °С. Образование льда может происходить в толще воды вследствие турбулентного перемешивания и на ее поверхности при наличии центров кристаллизации (песчинок, кристаллов льда), а также на неровностях дна. Толщина донного льда, имеющего пористую структуру, может достигать 0,6 м в галечном русле и 1,5 м на скальном дне. В плесе могут отмечаться редкие и небольшие скопления, на перекате с большими скоростями потока — сплошной ковер донного льда.
При мелкопесчаном дне кристаллы льда с примерзшими песчинками всплывают, образуя ледяную взвесь с песчаными включениями. У водоприемных отверстий затопленных водоприемников скопления такого льда уплотняются, образуя ледяные стенки, закупоривающие отверстия, что иногда приводило к разрушению решеток и даже водоприемников.
Скопления донного льда при подтаивании его у дна от притока глубинного тепла всплывают, образуя плавающие скопления внутриводного льда — шугу. Сначала она движется небольшими скоплениями, которые, смерзаясь, образуют шуговые ковры. Ледостав начинается со смерзания ковров шуги с берегами. С ледоставом прекращается переохлаждение воды и образование внутриводного льда. На реках с малыми скоростями течения v < vK, 1 = 0,4...0,5 м/с ледостав устанавливается без значительного внутриводного льдообразования. При скорости течения v>vK, 2 (по А. С. Образовскому, vK, 2 = 0,7 + 0.67H, м/с, где Н — глубина воды, м) скопления шугольда затягиваются под лед, заполняя живое сечение реки.
На перекатах и в сужениях шуга останавливается, уровень воды повышается. При скоростях у>ук>3= 1,5 м/с шуголедовая масса перемещается в толще потока в виде ледяной взвеси, в том числе и под массами ранее остановившейся, уплотнившейся и замерзшей с поверхности шуги. Большинство равнинных рек с песчаными руслами в предледоставный период имеют скорости течения на плесах ик, i
На реках с большими уклонами, песчано-гравелистым руслом и большим объемом шугольда при таком же соотношении скоростей течения кромка ледостава также перемещается в плесе вверх по течению. Затягивание шуги под лед начинается ближе к перекату, и верховая часть плеса оказывается частично заполненной «висячим» шугозажором, который создает подпор, распространяющийся на перекат. Это приводит к уменьшению скорости течения на перекате, в результате чего кромка ледостава передвигается в расположенный выше плес, где процессы повторяются.
Если перекат достаточно высок, то на нем может возникнуть на какое-то время полынья. Это вызовет подпор, повышение уровня воды на перекате и продвижение кромки ледостава.
При использовании данного текста гиперссылка на сайт обязательна!