2018-02-20
460
Выше отмечалось, что на отдельных участках рек может произойти задержка в образовании ледяного покрова. Чаще всего это наблюдается в нижних бьефах ГЭС [8], на перекатах и на быстротоках. В образовавшейся полынье может произойти переохлаждение воды. Переохлаждение воды в потоках может привести к образованию внутриводного льда (шуги).
Образовавшаяся шуга увлекается течением на расположенные ниже по течению участки реки, покрытые льдом. Если эти участки прямолинейные, то шуга, как правило, проходит их без задержки. В тех же случаях, когда морфометрические и гидравлические характеристики по длине реки неоднородные (увеличивается глубина или ширина потока, появляются острова, осередки, извилины русла и т. д.), происходит перераспределение скорости потока по его глубине и ширине и соответственно изменяется (уменьшается) его транспортирующая способность. Уменьшение транспортирующей способности потока приводит к отложению шуги под ледяным покровом, в результате образуется так называемый зажор — скопление шуги с включением мелкобитого льда, вызывающее стеснение водного сечения и связанный с этим подъем уровня воды.
|
|
|
Зажоры распространены повсеместно, особенно на реках Кавказа, Средней Азии и горных участках рек Сибири. Ущерб, причиняемый зажорами народному хозяйству, огромен. Они вызывают затопление прибрежных районов, забивку водозаборных сооружений, падение напора на ГЭС и другие негативные явления. Выше зажора уровень воды поднимается, а ниже его, наоборот, опускается, вызывая осушение водозаборных сооружений.
Так, например, зажоры на р.Ангаре достигают по длине 20 км, вызывая при этом подпор воды 7 — 8 м. Развитие зажора с момента его образования определяется соотношением между интенсивностью размыва и отложения шуги: его рост наблюдается при увеличении расхода шуги. С уменьшением расхода шуги или прекращением ее поступления зажор постепенно размывается, оседает, а затем окончательно разрушается.
Расчет расхода шуги
Выделим в шугопродуцирующем потоке отсек длиной dx, ограниченный створами I и II. Через верхнее сечение (I) этого отсека будет входить количество шуги (удельный расход) q ш, а через нижнее (II) — выходить q ш + dq ш/ dx. Образование шуги в пределах отсека в количестве dq ш/ dx будет определяться теплоотдачей с водной поверхности, равной сумме теплопотоков определяемых испарением, конвекцией, излучением и т. д.
Составим уравнение теплового баланса для выделенного отсека:
(7.13)
где L кр — удельная теплота ледообразования.
Разделив переменные в уравнении (7.13), получим
(7.14)
Проинтегрируем уравнение (7.14) в пределах от q ш0 до q ш и от 0 до l:
|
|
|
(7.15)
где q ш0 — количество шуги (удельный расход) в начальном створе шугопродуцирующего участка реки (x = 0), a q ш — то же в его конечном створе (x = l); l — длина шугопродуцирующего участка реки.
Отсюда
(7.16)
Если при x = 0 q ш0 = 0 (при совпадении начала исследуемого участка реки с нулевой изотермой полыньи), то
(7.17)
С учетом ширины потока B на участке выражение (7.17) примет вид
(7.18)
где Q ш — расход шуги в конце исследуемого участка реки; Ωш — шугопродуцирующая площадь (см. выше).
Точность расчета расхода шуги по формуле (7.18) зависит от надежности определения теплоотдачи с водной поверхности, которая изменяется по длине рассматриваемого участка в связи с различной плотностью шуголедяных масс, плывущих на поверхности потока.
Рекомендации по расчету зажорных явлений в нижних бьефах ГЭС [35] предлагают расчет расхода шуги выполнять по формуле А.Н.Чижова, учитывающей степень покрытия водной поверхности шуголедяной массой:
Q ш = {1 - ехр[- q τ / (L кр a)]} VaB, (7.19)
где q — плотность теплового потока через водную поверхность; τ — время добегания ледяных образований от нулевой изотермы до кромки ледяного покрова; a — количество льда, приходящееся на единицу поверхности; V — средняя скорость шугохода на участке ледообразования; B — ширина реки.
