ВСН 163-83. Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов (Нефтегазопроводов)

r_z=0,1 м/r_в=(H_о+1,4)(b/В)^1/3. (61)

Расчет расхода наносов 15.7. Общий расход наносов R_т через створ береговой отмели, ориентированный по нормали к линии берега, необходимо представлять в виде суммы двух расходов: расхода взвешенных R_вз и расхода донных наносов R_д, т.е.

R_т=R_вз+R_д. (62)

как произведение следующих параметров:

R_вз=ur_срF, (63)

где u - средняя скорость вдольберегового течения; r_ср - средняя мутность в створе береговой отмели; F - площадь водного сечения створа, равная произведению ширины береговой отмели В или ее части, охваченной течением, на среднюю глубину Н_o.

15.9. Параметры, входящие в правую часть выражения (63), необходимо вычислять для расчетных условий или для всего возможного диапазона изменения определяющих факторов с использованием формул и данных по морфологии береговой отмели: средней скорости вдольберегового течения u - по формуле (101) или (102) в зависимости от общей ширины береговой отмели и с учетом формулы (104) обязательного приложения 18; средней мутности r_ср - по формуле (57); площади водного сечения F - по профилю створа.

15.10. В случае если ширина береговой отмели В<100 м, расход взвешенных наносов, кг/с, наряду с формулой (63) допускается определять по обобщенной формуле

R_вз=0,23 f(a_h)exp[-(0,014В-0,5H_о)](H_оВ)^1/3/ , (64)

где h_1% - высота волны 1 %-ной обеспеченности на подходе к береговой линии, м; f(a_h) - параметр, определяемый по табл. 35 обязательного приложения 18; В и Н_о - ширина береговой отмели и средняя глубина в ее пределах, м; w_т - средневзвешенный показатель гидравлической крупности донных грунтов, определяемый по формуле (58).

15.11. Расход донных наносов через створ береговой отмели, сложенной преимущественно песками, необходимо определять по табл. 16 в зависимости от расхода взвешенных наносов и высоты ветровых волн, обусловливающих возникновение вдольберегового течения и приводящих к взвешиванию грунтов отмели.

Таблица 16

h_1%

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

2,0

R_д/R_вз

1,15

0,40

0,17

0,07

0,035

0,02

0,015

15.12. При малой обеспеченности характеристик ветра и волнения вдольбереговые перемещения наносов необходимо оценивать за периоды времени значительной продолжительности: отдельный шторм различной силы, месяц, сезон или безледоставный период. Продолжительность требуемого расчетного периода следует устанавливать исходя из основных задач расчета. Для оценки заносимости прорези, например, в период строительства перехода трубопровода продолжительность расчетного периода следует принять равной 1-2 месяцам, а сроки установить по календарному плану работ.

15.13. Для определения вдольберегового перемещения наносов за период необходимо располагать следующими сведениями: распределением повторяемости ветра различных градаций скорости (через 2-3 м/с) по всем направлениям (по 16 или в крайнем случае по 8 румбам), полученных в соответствии с требованиями обязательного приложения 13; значениями высот волн h_1%, и углов a_h на подходе к береговой отмели, полученными по требованиям обязательного приложения 14 для каждой градации скорости ветра по каждому из учитываемых румбов; морфологическими характеристиками береговой отмели (В_о, H_о, F), фракционным составом грунтов дна. По этим данным, в соответствии с требованиями п. 15.7-15.11, вычисляются расходы взвешенных и донных наносов за секунду, и путем умножения этих расходов на продолжительность действия ветра каждой градации скорости и направления вычисляются значения перемещения наносов за расчетный период, как показано в рекомендуемом приложении 20. Вычисленные значения перемещения наносов суммируются вначале по каждому направлению действия ветра по всем градациям его скорости, a затем по всем направлениям, расположенным отдельно справа и слева от нормали к линии берега. На основании полученных результатов расчета устанавливается величина и направление преобладающего перемещения наносов, а также суммарное значение перемещения наносов за расчетный период.

15.14. В случаях, когда повторяемость ветров волноопасных направлений изменяется от года к году в 2-3 раза и более необходимо вычислять перемещения наносов за выбранный расчетный период или сезон года для сооружения I и II класса капитальности не по осредненным за многолетний период наблюдений данным о повторяемости ветров, а по данным фактических повторяемостей ветра за расчетный период каждого года в отдельности. По данным таких расчетов устанавливаются возможные предельные значения перемещений наносов справа и слева от нормали к линии берега, а также предельные результирующие значения. Эти данные используются для оценки возможной наибольшей и наименьшей заносимости прорези или сооружения другого типа за выбранный период времени.

Распределение интенсивности вдольберегового перемещения наносов и их аккумуляции в траншее 15.15. Распределение интенсивности перемещения взвешенных и донных наносов в створе береговой отмели, ориентированном по нормали к линии берега, в случае отсутствия данных натурных измерений допускается оценивать по типовому распределению относительных значений элементарных расходов (h=ruH), представленных в табл. 17.

Таблица 17

b/В

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

h_i/h_ср

0,2

1,2

1,6

1,6

1,5

1,3

0,9

0,7

0,5

0,3

0,1

15.16. Распределение относительных значении аккумуляции наносов c_i/c_ср в траншее, пересекающей береговую отмель и заканчивающейся у уреза, следует принимать аналогично распределению по ширине береговой отмели относительных значений элементарных расходов, т.е. определить по табл. 17.

В траншее, имеющей поперечные размеры порядка нескольких десятков метров, пересекающей береговую отмель шириной 50-150 м и простирающейся в пределы суши, распределение относительных значений аккумуляции наносов за период от одного до нескольких месяцев необходимо принимать по табл. 18. Таблицей нельзя пользоваться для оценки распределения аккумулирующихся наносов в траншеях, сооружаемых на широких (более 200 м) береговых отмелях с малыми (менее 0,01) уклонами дна.

Таблица 18

b/В

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

c_i/c_ср

0,0

0,9

1,6

1,9

1,8

1,4

1,0

0,7

0,4

0,2

0,05

15.17. Для оценки количества поступления наносов в траншею и времени ее занесения необходимо следующее.

а. Определить количество наносов, перемещаемых слева и справа от траншеи за одну декаду. Для этого общее количество наносов за сезон или безледоставный период, вычисленное в соответствии с требованиями п. 15.10-15.14, делят на число декад в сезоне или в безледоставном периоде соответственно.

б. Исключить из общего количества наносов, перемещаемых через створ за декаду, часть мелкозернистых наносов, которые не будут осаждаться в траншее в связи с малым значением гидравлической крупности. К таким наносам следует относить частицы с размерами менее 0,01 мм. Количество мелкозернистых наносов, исключаемых из рассмотрения, следует принимать по табл. 19 в зависимости от процентного содержания указанных частиц в составе грунтов донных наносов.

Таблица 19

Содержание частиц d£0,01 мм в грунтах береговой отмели, %

1,0

2,2

5,0

10

15

Количество наносов, исключаемых из общего расхода, %

35

55

70

75

80

в. Учесть количество аккумулирующихся в траншее наносов, которое следует принимать равным 10 % общего расхода взвешенных и донных наносов за каждую декаду.

г. Определить слон аккумуляции за счет поступления в траншею донных наносов. Средний слой аккумуляции наносов за декаду равен частному от деления объема донных наносов на площадь траншеи, равную произведению ее длины на ширину в пределах береговой отмели. Возможный наибольший слой аккумуляции донных наносов в траншее принимается равным произведению значения среднего слоя аккумуляции на наибольшее значение коэффициента (1,6 или 1,9), взятое по табл. 17 или табл. 18 в зависимости от расположения траншеи относительно уреза (см. п. 15.15 и 15.16).

д. Определить период заносимости траншеи донными наносами путем деления глубины прорези на возможный наибольший слой аккумуляции наносов. Если при этом выясняется, что только за счет аккумуляции донных наносов траншея может быть занесена в течение 1-3 декад, то последующий расчет аккумуляции наносов следует считать нецелесообразным. В противном случае необходимо учесть аккумуляцию взвешенных наносов.

е. Определить количество взвешенных наносов с частицами крупностью более 0,01 мм. Для этого из общего количества наносов, перемещаемых вдоль берега за расчетный период (декаду), вычитают количество донных и взвешенных наносов с размерами частиц менее 0,01 мм. Из оставшегося количества взвешенных наносов в траншее аккумулируется тем большее количество, чем больше преобладающий диаметр взвешенных наносов и чем больше глубина траншеи h_т по сравнению с глубиной на береговой отмели Н_о. Относительное значение аккумуляции наносов возрастает с уменьшением высоты ветровых волн, проходящих над траншеей. Количество аккумулирующихся в траншее взвешенных наносов с размерами частиц более 0,01 мм определяется по значениям коэффициентов аккумуляции c (табл. 20) как произведение R_взc

Таблица 20

Коэффициент аккумуляции взвешенных наносов c.

Преобладающий диаметр частиц взвешенных наносов d мм

Высота волны h_1% м

Относительная глубина h_т/H_о

1,0

1,5

2,0

3,0

4,0

6,0

0,1

1,0

0,0

0,26

0,49

0,78

0,92

0,97

1,5

0,0

0,16

0,29

0,49

0,64

0,84

0,05

1,0

0,0

0,19

0,38

0,63

0,81

0,92

1,5

0,0

0,09

0,19

0,37

0,51

0,71

ж. Определить слой аккумуляции в траншее за счет поступления взвешенных наносов. Средний слой аккумуляции наносов за декаду принимается равным частному or деления объема наносов на площадь траншеи, а возможное наибольшее значение - путем умножения среднего слоя аккумуляции на коэффициент 1,6 для траншей, пересекающих береговую отмель и заканчивающихся у уреза, и на коэффициент 1,9 для траншей, врезанных глубоко в сушу.

з. Определить общий слой аккумуляции за декаду в результате поступления в траншею донных и взвешенных наносов. Если общий слой аккумуляции наносов оказывается существенно меньше, чем глубина траншеи, то к полученному слою аккумуляции за первую декаду добавляется возможный наибольший слой аккумуляции за счет поступления донных наносов во вторую декаду. По полученному слою вновь определяется относительная глубина траншеи h_т2/H_o, новое значение коэффициента аккумуляции c по табл. 20 и слой аккумуляции взвешенных наносов за вторую декаду.

Операции вычисления повторяются до тех пор, пока общий слой аккумуляции донных и взвешенных наносов в зоне наиболее интенсивного выпадения окажется равным глубине траншеи. Продолжительность периода занесения траншей принимается равной числу декад, в течение которых суммарный слой аккумуляции наносов сравнивается с глубиной траншеи. Пример расчета заносимости траншеи приведен в рекомендуемом приложении 21.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Рекомендуемое

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПОВ РУСЛОВОГО ПРОЦЕССА 1. Переходы трубопроводов через реки относятся к категории пассивных гидротехнических сооружений, не предназначенных и не способных влиять на естественный ход развития руслового процесса. Подводные трубопроводы сами подвержены влиянию русловых деформаций и требуют учета характера, темпов, интенсивности и возможного диапазона плановых и глубинных деформаций за период их эксплуатации.

Все возможные схемы деформации русла равнинных рек, включающие начальную, промежуточную и конечную стадии развития, в соответствии с гидроморфологической теорией руслового процесса ГГИ следует подразделять на семь типов, представленных на рис. 20.

Направление стрелки на рис. 20 показывает предполагаемое увеличение транспортирующей способности потока. На рисунке указаны также основные морфометрические измерители различных типов руслового процесса.