Uzbekistan
Uzbekistan
VAC 4.1 Агрономия, лесное и водное хозяйство
UDK 631.672.3 Водосборники: резервуары и бассейны
GRNTI 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
OKSO 35.06.01 Сельское хозяйство
BBK 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
TBK 6 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. МАТЕМАТИКА
BISAC TEC003000 Agriculture / General
The article is devoted to the study of changes in the hydraulic parameters of the flow of the Amudarya River in the upstream of the Takhiatash hydroelectric complex under conditions of regulated flow. For the analysis, long-term data from the hydrological station Nietbaytas, which is located in the zone of influence of the backwater of the Takhiatash dam, were used. As a result of the analysis, relationships were established between the main hydraulic characteristics of the flow: water discharge, average depth, average speed, hydraulic slope, channel width at the water’s edge, etc. The features of the change in the average marks of the channel bottom depending on the water content of the year are revealed.
water discharge, water level, average velocity, average depth, average bottom marks, hydraulic slope, channel width at the water’s edge, average flow turbidity, dynamic stable channel
В условиях искусственного воздействия на водный режим речного потока, количество транспортируемых рекой наносов, их режим по времени и по длине реки меняются, что нередко вызывает коренные изменения речного русла в бьефах гидротехнических сооружений и может привести иногда к непредвиденным последствиям. Прогнозирование русловых деформаций в бьефах речных гидроузлов имеет большое прикладное значение, поэтому их исследованиям посвящены труды многих ученых [1—10].
Строительства Тахиаташского (1974 г.) и Туяму юнского (1982 г.) гидроузлов на р. Амударье внесли ощутимые изменения в режиме наносов в нижнем ее течении. Изменение количества транспортируемых рекой наносов, их режима во многом повлияло на процессы формирования речного русла в бьефах Тахиа ташского гидроузла. В результате заиления дно русла в подпертом бьефе поднялось на 2.2,5 м, что в настоящее время негативно отражается на режиме работы гидроузла: возникает проблема с обеспечением планового водозабора, с предотвращением вовлечения речных наносов в каналы и снижения пропускной способности щитовой плотины.
Для прогнозирования русловых процессов в бытовых условиях и возможных их изменений после строительства плотинных гидроузлов необходимо иметь четкое представление о сущности этих процессов и знать закономерности, которым они подчинены. В связи с этим определенный практический и научный интерес представляет установление взаимосвязи между основными гидравлическими характеристиками потока: расходом воды Q, средней глубиной Н, средней скоростью v, гидравлическим уклоном i, шириной русла по урезу воды В и т. д.
Материалы и методы исследований. Изменение гидравлических параметров потока в верхнем бьефе Та хиаташского гидроузла в условиях зарегулированного стока изучено на основе проведенных натурных исследований, а также путем сбора, системного анализа и обобщения данных гидрологического поста Ниет байтас. Данный гидропост находится на 8 км выше створа Тахиаташской плотины и освещал режим жидкого и твердого стока р. Амударьи в период с 1983 по 2004 г. [11]. Полученные данные обрабатывались методом математической статистики.
Результаты исследований и их обсуждение. В условиях верхнего бьефа Тахиаташского гидроузла совместное рассмотрение графиков расхода и уровня воды, уклона водной поверхности, средней скорости, ширины потока по урезу воды, средней глубины, средней мутности потока и отметок среднего дна позволяет увязать всю их динамику.
На рисунке показаны совместные хронологические графики: Q =f(t), V =f(t), i =ftt), v =f(t), В =f(t), Н=f(t), 5 = f(t)и Vдно = f(t) для маловодного 1997 г., многоводного 1998 г. и для среднего по водности 1999 г.
Графики на рисунке а свидетельствуют, что в 1997 г. в р. Амударье наблюдались очень малые расходы воды. Предыдущий 1996 г. был средним по водности. Поэтому в начале года расходы в реке составляли 180.200 м3/с. С наступлением вегетационного периода водность в реке постепенно начала увеличиваться, но в период вегетации значение ее не превышало 400.420 м3/с. К концу периода вегетации расходы в реке резко уменьшились и в начале периода зимней межени следующего 1998 г. значение их составило всего 50.60 м3/с. Среднегодовой расход воды р. Амударьи в створе Ниетбайтас в 1997 г. составил лишь 202 м3/с, что в 2,5 раза меньше от среднемноголетнего (512 м3/с).
График изменения уровня воды фактически повторяет график расхода воды. В начале года, т. е. в период зимней межени уровень воды находился в среднем на отметке 75,8 м. С повышением расхода воды уровни стали также подниматься и в период вегетации составляли в среднем 76,2 м, что соответствует бытовым паводковым уровням воды в реке. К концу вегетационного периода уровни опускаются до отметки 75,5 м.
Значения уклона водной поверхности в начале года составляли в среднем 0,00003, с увеличением расхода воды в реке наблюдается повышение уклона до 0,000036, но в период вегетации уклон равнялся в среднем 0,000032, а с дальнейшим уменьшением расхода воды значения уклона также уменьшаются до 0,000022.
В период зимней межени в реке наблюдались умеренные скорости воды (до 0,3 м/с). С увеличением расхода воды и скорости ее увеличиваются, но их значения в период вегетации не превышают 0,66.0,68 м/с, а в конце вегетации скорости воды по сравнению с предыдущими периодами года уменьшаются в 1,5 и 3 раза соответственно.
Ширина потока по урезу воды в маловодном 1997 г. в течение года остается почти постоянной и составляет в среднем 250 м. Средние глубины воды в реке составляют 2.2,5 м, которые являются относительно большими, а динамика их изменения показывает, что разница по средней глубине между периодами не очень заметна. Наибольшие мутности до 100 г/м3 в маловодном году наблюдались в период вегетации, а в другое время года средняя мутность потока не превышала 50.70 г/м3.
Среднее дно русла реки в самой нижней отметке (73,2 м) находилось в период зимней межени. В период вегетации дно поднималось и в конце периода оно достигло на отметки 73,9 м. На подъем дна оказало влияние уменьшенные при относительно больших глубинах средние скорости потока, незначительные при относительно небольших расходах подпорные уровни и наблюдаемые при этом мутности потока. В конце года среднее дно находилось на отметке 74,2 м, т. е. в это время по сравнению с предыдущим периодом года произошел незначительный подъем дна русла. Это повышение дна на 0,3 м объясняется уменьшением средних скоростей при уменьшенных средних глубинах потока, т. е. уменьшением водности реки.
Таким образом, по результатам проведенного анализа изменения гидравлических элементов потока по времени для маловодного 1997 г. можно сказать, что в условиях зарегулированного стока русло р. Амударьи в створе Ниетбайтас в маловодные годы, по сравнению с другими годами, имеет тенденцию интенсивно размываться и снижаться, причем размыв происходит с углублением дна русла. Размытое и сниженное дно, также может восстанавливаться и находится в среднем на отметке 73,9 м. Это может случиться в период вегетации, и при соответствующих гидравлических параметрах потока и русла.
Графики на рисунке б показывают, что следующий 1998 г., в противоположность предыдущему, был многоводным. Маловодье 1997 г. продолжалось только до середины зимней межени. С первой половины февраля река стала наполняться и к началу поливного сезона расходы воды в реке резко увеличились (до 2800 м3/с), и в дальнейшем до конца вегетационного периода дефицит воды не наблюдался. В конце вегетационного периода водность реки стала постепенно уменьшаться и в начале зимней межени очередного 1999 г. значение ее составило 300. .400 м3/с. Среднегодовой расход воды р. Амударьи в створе Ниетбайтас в 1998 г. был равен 844 м3/с, что в 4 раза больше, чем расхода маловодного 1997 г.
Совместные хронологические графики гидравлических параметров, мутности потока и отметок среднего дна русла р. Амударьи в створе Ниетбай-тас:
а – маловодный 1997 г., б – многоводный 1998 г.; в – средний по водности 1999 г.
Какова водность такой и уровень воды в реке. Почти весь год уровни находились на отметке выше 76 м. Наибольшие уровни находились между отметками 77.77,6 м, что на 1.1,5 м выше, чем уровни маловодного 1997 г. и наблюдались они в основном в период вегетации.
В многоводном 1998 г. с увеличением водности увеличились и значения параметров потока. Уклоны водной поверхности в период вегетации составляли 0,000038.0,00004, средние скорости увеличились до 2,11 м/с, что соизмеримо с бытовыми. Ширина потока расширилась до 570 м.
Из гидроморфометрических параметров только средняя глубина потока по сравнению с предыдущим годом почти не изменилась и увеличилась она всего на 0,5 м. В этом году наблюдалось относительное увеличение средней мутности потока (до 250 г/м3).
Анализ изменения отметок среднего дна показывает, что установленное в конце 1997 г. дно с отметкой 74,2 м до середины зимней межени почти не менялся, так как не менялись расходы воды в реке. В начале марта уровень воды при расходе 580 м3/с поднялся (изза подпора) до отметки 77,5 м, что не допустимо делать в этот период года. В связи с этим дно реки резко поднялось на 0,7 м. С уменьшением расхода воды в реке до 200.250 м3/с отметки дна также уменьшались, и оно приходит в прежнее положение и даже незначительно размывается. Этому способствовали: небольшие до 250 м ширины потока и небольшие уклоны (0,000026.0,000027). С наступлением вегетационного периода дно снова начала подниматься и в разгар вегетации оно уже находилось на отметке 75 м. В подъеме дна значительную роль сыграли: высокие подпорные уровни, повышенные уклоны воды, большие ширины потока и относительно высокая мутность воды.
Затем происходил спад уровня воды в реке и в конце вегетации, дно вновь имело отметку 74 м. На этот процесс повлияли: резкое снижение уровней воды до 76,2.75,8 м при относительно больших расходах 1200.1600 м3/с, снижение уклонов до 0,000028, уменьшение ширины потока до 450 м и относительно низкие мутности потока (до 50 г/м3). В конце года дно находилось на отметке 73,3 м, т. е. по сравнению с концом вегетации опустилось на 0,7 м. Это связано с тем, что река в это время года имела уже характерные для этого периода параметры потока.
Таким образом, из проведенного анализа изменения гидравлических параметров потока по времени для многоводного 1998 г. следует, что в условиях зарегулированного стока в многоводные годы русло р. Амударьи в створе Ниетбайтас остается почти без изменения и среднее дно находится в среднем на отметке 74,2 м. Размыва и снижение дна русла не происходит изза относительно высоких подпорных уровней верхнего бьефа, а заиления и подъема дна не наблюдается изза повышенных скоростей потока.
Графики на рисунке в иллюстрируют, что очередной 1999 г. относится к среднему по водности году. Имеющиеся в конце многоводного 1998 г. расходы 200.300 м3/с в реке сохранялись до конца зимней межени 1999 г. В период вегетации водность реки составляла 600.800 м3/с. В начале периода зимней межени следующего 2000 г. в реке наблюдалось резкое увеличение расходов воды с 200 до 500 м3/с. Среднегодовой расход воды р. Амударьи в створе Ниетбайтас в 1999 г. составлял 349 м3/с.
Уровни воды в реке в начале года находились между отметками 75,5.76 м. Самый высокий уровень в реке в 1999 г. наблюдался в середине вегетационного периода и составлял 76,8 м, а в конце вегетации уровень снизился до 75,3 и сохранялся в течение 50.60 дней. В том году в период зимней межени как всегда наблюдались небольшие уклоны водной поверхности (0,000022.0,000034), а в период вегетации в верхнем бьефе по сравнению с предыдущими годами установились относительно повышенные уклоны воды (до 0,000043). С конца вегетационного периода, до начало зимней межени следующего 2000 г. уклоны воды реки оставались стабильными и составляли 0,000032.0,000035.
В среднем по водности 1999 г. наибольшие скорости воды 0,74.0,76 м/с в реке наблюдались в период вегетации. Эти скорости почти равны скоростям маловодного 1997 г. В зимнюю межень 2000 г. поток входил со скоростями 0,48.0,5 м/с.
Ширина потока по урезу воды в 1999 г. в период зимней межени аналогична другими годами и составляла 250 м, с увеличением расхода воды ширина увеличилась и в период вегетации, значение ее доходило до 400.450 м. Средняя глубина воды также как в предыдущие годы составляла в среднем 2,5 м и практически в течение года не менялась.
Заметное изменение наблюдалось в мутности потока. В период вегетации значение ее доходило до 500 г/м3. Это означает, что по сравнению с предыдущими маловодным 1997 и многоводным 1998 г. мутность потока в среднем по водности 1999 г. увеличилась в 5 и 2,5 раза соответственно.
Поток воды в реке в 1999 г. происходил по руслу, сформированному в многоводном 1998 г. В связи с чем среднее дно русла реки в период зимней межени находилось между отметками 73,2.73,5 м. Тут очевидна роль низких до 76 м уровней воды при достаточных для этого периода 200.300 м3/с расходах воды. В период вегетации дно постепенно повышалось и в конце периода оно достигло на отметки 74,5 м. Такой резкий подъем дна за столь короткий срок объясняется с увеличением уклона водной поверхности (до 0,000043), уменьшением средней скорости (0,76 м/с) и повышением уровня воды (до 76,8 м) при небольших расходах воды. Следует отметить, что кроме перечисленных причин заиления имело место относительно высокие до 500 г/м3 мутности потока. Затем уровень воды при расходах 700. .300 м3/с в короткий срок резко снизился с отметки 76,6 до отметки 75,5 м. Это отразилось на значения отметок дна, среднее дно опустилось с отметки 74,5 до отметки 73 м, т. е. за 15 дней дно снизилось почти на 1,5 м.
Таким образом, проведенный анализ изменения гидравлических параметров потока по времени для среднего по водности 1999 г. показывает, что в условиях зарегулированного стока в средние по водности годы в створе Ниетбайтас наблюдается заиление и подъем дна русла р. Амударьи. Это происходит в основном в период вегетации. Заиленное и поднятое дно, отметка которого находится в среднем 74,5 м, имеет тенденцию размываться и снижения. Это может наблюдаться, в основном, в период межени, при соответствующих гидравлических параметрах потока и русла.
Заключение. Результаты выполненных исследований позволяют сделать обобщенный вывод о том, что в настоящее время дно русла р. Амударьи в зоне влияния подпора Тахиаташского гидроузла находится в условиях устойчивого состояния или динамического равновесия, при котором происходят только обратимые его деформации: в средние по водности годы дно по сравнению с другими годами поднимается, в маловодные — снижается, а в многоводные годы дно не меняется.
Полученные результаты исследования имеют практическое значение и могут быть использованы при разработке мероприятий по улучшению режима эксплуатации Тахиаташского гидроузла и отходящих от него магистральных каналов, а также при проектировании новых и реконструкции существующих их оросительных систем.
1. Abal'yanc S.H.. Ustoychivye i perehodnye rezhimy v iskusstvennyh ruslah. L.: Gidrometeoizdat, 1981. 240 s.
2. Baryshnikov N.B.?Ruslovye processy. SPb.: RGGMU, 2008. 439 s.
3. Berkovich K.M.?Ruslovye processy na rekah v sfere vliyaniya vodohranilisch. M.: Geograficheskiy fakul'tet MGU, 2012. 163 s.
4. Grishanin K.V.?Dinamika ruslovyh potokov. L.: Gidrometeoizdat, 1979. 312 s.
5. Karaushev A.V.?Uchenie o rechnyh nanosah // Metody izucheniya gidrologicheskogo rezhima vodnyh ob'ektov; pod. red. V.S.?Vuglinskogo i dr. L.: Gidrometeoizdat, 1982. S. 187-202.
6. Kondrat'ev N.E.?Osnovnye polozheniya gidromorfologicheskoy teorii ruslovogo processa // Metody izucheniya gidrologicheskogo rezhima vodnyh ob'ektov; pod. red. V.S.?Vuglinskogo i dr. L.:Gidrometeoizdat, 1982. S. 278-296.
7. Lapshenkov V.S.?Prognozirovanie ruslovyh deformaciy b'efah rechnyh gidrouzlov. L.: Gidrometeoizdat, 1979. 249 s.
8. Makkaveev N.I., Chalov R.S.?Ruslovye processy. M.: IzdvoMoskovskogo universiteta, 1986. 264 s.
9. Rogov M.M., Hodkin S.S., Revina S.K.?Gidrologiya ust'evoy oblasti Amudar'i // Trudy GGI. 1968. Vyp. 94.
10. Rossinskiy K.I., Kuz'min I.A.?Balansovyy metod rascheta deformaciy dna potoka // Tr. Gidroproekta. M.L., 1964. Sb.
11. S. 265-271.11. Ismagilov H.A., Aknazarov O.S., Kan E.K.?Rezhim nanosov r. Amudar'i v usloviyah zaregulirovannogo stoka // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. 2000. № 6. S. 19-21.
