Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Теоретические основы водного транспорта леса

Корпачев В. П.,

1.8 Лесопропускная способность рек

Лесопропускной способностью рек или участка называется максимальное количество лесоматериалов, которое может проплыть беспрепятственно через расчетный створ за определенное время.

Лесопропускную способность рек определяют для установления возможного объема лесосплава по реке при составлении схем транспортного освоения лесного массива, для построения графика проведения лесосплава, для обоснования и разработки технических мероприятий по улучшению лесосплавного пути.

Расчет лесопропускной способности реки ведется по маловодному году 75% обеспеченности при сроке эксплуатации реки менее 5 лет и 90% обеспеченности при сроке эксплуатации более 5 лет.

Для определения лесопропускной способности реки ее разбивают на участки по признакам однородности русловых гидрологических и гидравлических параметров (формы русла, ширины сплавного хода, глубины, извилистости, уклона, скорости, расхода). Затем для каждого участка выбирают расчетный створ, характеризующий данный участок. Полученная лесопропускная способность створа распространяется на весь участок. В качестве расчетного створа принимаются наихудшие, лимитирующие на участке створы.

Загрузка водных путей должна соответствовать их лесопропускной способности. Обычно расчет лесопропускной способности выполняется из условия обеспечения технологической способности реки, не учитывая при этом экологическую способность речного потока, т.е. пропуска такого количества лесоматериалов, который не нарушает экологический баланс. В этом случае необходимо знать так называемый экологический расход Q_эк[69]. Самоочищающаяся способность водотока будет соблюдаться при условии Q_эк > Q_сп (Q_сп – лесосплавной расход).

Часовая лесопропускная способность N4ac определяется по формуле

N_час = М_лп b υ_cp ,  (1.17)

где  М_лп – для сплава леса в сплоточных единицах определяется по формуле

.  (1.18)

где   К_с – коэффициент перехода от средней поверхностной скорости течения к скорости движения сплавных единиц через сжатое сечение лесосплавного хода при его заполнении, близком к предельному, среднее значение К_с = 0,75;

β_с – коэффициент заполнения лесосплавного хода в сжатом сечении (створе) плывущим лесом, предельно допустимый по условиям свободного беззаторного движения, величины этих двух коэффициентов «Техническими условиями…» рекомендуется учитывать совместно в виде произведения (К_с β_с).

а – коэффициент перехода от средней по живому сечению к средней поверхностной скорости течения, равный 1,25;

g – отношение объема леса в сплавной единице к площади зеркала на котором размещается эта единица:

g = 0,78 d_ср – для разрозненных бревен;

g = 0, 63 Т_ср – для сплава сплоточных единиц;

β_с – это отношение площади или ширины сплавного хода, заполненных лесоматериалами к полной площади или ширине сплавного хода. Для практических расчетов рекомендуются следующие значения коэффициента β_с:

β_с = 0,12  0,15 – для равнинных рек;

β_с = 0,06  0,08 – для полугорных и горных рек.

На фактическую величину коэффициента β_с влияет неравномерность поступления древесины в сплав. Он должен устанавливаться для каждой реки на основе изучения ее гидрологических характеристик, степени устроенности реки, расположения пунктов загрузки реки лесоматериалами и др.

b_спл – ширина лесосплавного хода в рассматриваемом створе (сжатом сечении) реки, определяемая по формулам (1.3, 1.4), или при отсутствии геометрии поперечного сечения расчетного створа или плана реки и схемы ее обоновки определяется приближенно по формуле

b_спл = ε b;

b – ширина реки по зеркалу в расчетном створе при рассматриваемом уровне воды, м;

ε – коэффициент использования ширины реки для лесосплава в сжатом сечении, определяемый в зависимости от ширины реки Ь.

Для промежуточных значений ширины реки коэффициент ε находится экстраполяцией.

υ_cp – средняя по живому сечению потока скорость в расчетном (лимитирующем) створе, определяемая графиками (рисунок 1.9) гидрологического режима минимального по водности года (80 ... 95 % обеспеченности) на основании тесной корреляционной связи.

Проведение лесосплавных работ на реках и водохранилищах не должно оказывать негативное влияние на качество воды. Критерием безвредности лесосплава для биологического равновесия водоема является отношение объемов древесины и воды во время лесосплава, равное 1:250, т.е. в этом случае происходит самоочищение водотока. Это соотношение реализуется проведением лесосплава при расходах, обеспечивающих "экологическую безопасность" (Q_эк – экологический расход). По исследованиям Ю.И. Рябоконя [69] Q_эк определяется по зависимостям:

– при хранении леса в запанях, при плотовом сплаве, при нахождении леса в заторах (заломах):

  (1.19)

– при сплаве лесотранспортных единиц без промежуточного хранения:

  (1.20)

– при сплаве лесотранспортных единиц с передержкой в запанях и учетом возможных заторов в пути:

  (1.21)

где K_к – коэффициент, учитывающий объемное содержание коры на 1м² сплавной древесины;

W_П – расчетный объем лесоматериалов в запанях, заторе (заломе) при одиночном движении бревен в плотах, плотостоянке или буксировке, м³;

L_П – длина пыжа, плота, затора или залома, м;

N_чac – часовая сплавопропускная способность реки (рассматриваемого участка или створа), определяемая по выражению (1.17), м³.

Сезонный экологически безопасный объем сплава должен определяться в следующей последовательности.

По опубликованным справочным данным гидрометслужбы Госкомгидромета строятся графики изменения уровней воды в лимитирующих створах Н = f(T) и корреляционные зависимости основных гидрологических характеристик υ = f(H); Q = f(H) ; b₀ = f(H) ; h_c = f(H) ; w = f(H) для маловодного года соответствующей обеспеченности (рисунок 1.9а и 1.9б).

Используя зависимости, рассчитываются минимально допустимые (необходимые для проведения сплава) сплавные глубины h₀ и по графикам (рисунок 1.9а и 1.9б) определяются сплавные уровни Н_спл, расходы Q_спл и возможное время проведения сплава Т.

По формуле (1.17) рассчитывается часовая лесопропускная способность реки N_чac и строится график для определения возможных сезонных (за навигацию) объемов сплава леса N_сез.лс = f(N_чac,T) (рисунок 1.9в).

Используя выражения (1.19 – 1.21), определяется для соответствующего вида сплава с учетом эксплуатационных особенностей лесосплавного пути и организации сплава (например, передерживающие запани, возможные заторы и т.п.) экологически необходимый расход Q_эк.

Рисунок 1.9 Графики для расчета прогноза первоначального сплава леса

а)  изменения уровней воды и продолжительности сплава;

б)  расчетных (для маловодного года) гидрологических
характеристик;

в)  возможного (N сез.спл.) и рекомендуемого (N сез. эк.) объема сплава.

По графику (рисунок 1.9а), используя кривую Q = f(H), по рассчитанной величине Q_эк определяются "экологические" сплавные горизонты (Н_эк), а по ним и сроки проведения экологически безвредного сплава (Т_эк), с помощью которых по графику (рисунок 1.9в) вычисляются рекомендуемые с экологической точки зрения объемы (N_сез.эк) сплава по данному водотоку.

Если N_сез.эк. < N_{сез.спл.} (т.е. Q’_эк > Q_спл), то проектные объемы сплава по данному водотоку должны соответствовать величине N_сез.эк.

Если N_сез.эк. > N_{сез.спл.} (т.е. Q'_эк. < Q_спл.), то проектные объемы сплава по рассматриваемому водоему должны быть равны N_{сез.спл}.