Войти
Река Лос-Анджелес сильно пересечена бетонными насыпями. Речная инженерия - это процесс запланированного вмешательства человека в русло, характеристики или течение реки с целью получения определенной выгоды. Люди вмешивались в естественное русло и поведение рек с еще задокументированной истории - для управления водными ресурсами, для защиты от наводнений или для облегчения перехода вдоль рек или через них. С римских времен реки использовались как источник гидроэнергии. С конца 20 века речное строительство имело экологические проблемы, шире, чем непосредственные выгоды для человека, и некоторые проекты речного строительства были связаны исключительно с восстановлением или защитой природных характеристик и среды обитания.
Гидромодификация включает систематический ответ на изменения в речных и неречных водоемах, таких как прибрежные воды (эстуарии и заливы) и озера. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) определило гидромодификацию как «изменение гидрологических характеристик прибрежных и прибрежных вод, которое, в свою очередь, может вызвать деградацию водных ресурсов». Речное инженерное дело часто приводит к непреднамеренным систематическим ответам, таким как сокращение среды обитания для рыб и диких животных, а также изменение температуры воды и характера переноса наносов.
С конца 20-го века инженерная дисциплина речного строительства стала более целенаправленной. по восстановлению гидромодифицированной деградации и учету потенциальной систематической реакции на запланированные изменения с учетом речной геоморфологии. Флювиальная геоморфология - это изучение того, как реки меняют свою форму с течением времени. Флювиальная геоморфология - это совокупность ряда наук, включая открытый канал гидравлику, перенос наносов, гидрологию, физическую геологию и прибрежную экологию.. Речная инженерия пытается понять речную геоморфологию, осуществить физические изменения и обеспечить общественную безопасность.
Размер рек, превышающих любой приливный предел, и их средний расход пресной воды пропорциональны протяженности их бассейнов и количество дождя, которое, выпав в этих бассейнах, достигает русел рек на дне долин, по которым он переносится в море.
Гидрография Паннонского бассейна до Регулирование рек и озер в XIX веке. 
Бассейн реки Миссисипи является крупнейшим в Соединенных Штатах. Бассейн реки - это простор страны, ограниченный водоразделом (называемым «водоразделом» в Северной Америке), по которому ливневые дожди стекают в сторону реки, пересекающей нижнюю часть долины, в то время как дождь идет на дальнем склоне водораздела течет в другую реку, впадающую в соседний бассейн. Речные бассейны различаются по протяженности в зависимости от конфигурации страны, начиная от незначительных водосборов ручьев, поднимающихся на возвышенностях в непосредственной близости от побережья и текущих прямо в море, до огромных участков больших континентов, где реки берут начало в склоны горных хребтов далеко вглубь суши должны пересекать обширные участки долин и равнин, прежде чем достигнуть океана. Размер крупнейшего речного бассейна любой страны зависит от протяженности континента, на котором он расположен, его положения по отношению к холмистым регионам, в которых обычно возникают реки, и моря, в которое они впадают, а также расстояния между исток и выход в море реки, истощающей его.
Скорость потока рек в основном зависит от их падения, также известного как градиент или уклон. Когда две реки разных размеров имеют одинаковое падение, более крупная река имеет более быстрое течение, поскольку ее замедление из-за трения о ее русло и берега меньше пропорционально ее объему, чем в случае с меньшей рекой. Водопад на участке реки примерно соответствует склону страны, которую он пересекает; поскольку реки поднимаются близко к самой высокой части их бассейнов, как правило, в холмистых регионах, их падение происходит быстро у истока и постепенно уменьшается, иногда с неровностями, до тех пор, пока, пересекая равнины на последней части своего русла, их падение обычно становится совершенно нежный. Соответственно, в больших бассейнах реки в большинстве случаев начинаются как потоки с очень переменным потоком и заканчиваются пологими реками со сравнительно регулярным стоком.
Сооружения для защиты от наводнений на барьере Темзы в Лондоне. Неравномерное течение рек на всем их протяжении составляет одну из главных трудностей при разработке работ по уменьшению наводнений или увеличению судоходных возможностей рек. В тропических странах, где периодически идут дожди, реки паводки в течение сезона дождей и почти не имеют стока в остальное время года, тогда как в умеренных В регионах, где осадки распределяются более равномерно в течение года, испарение приводит к тому, что количество доступных осадков в жаркую летнюю погоду намного меньше, чем в зимние месяцы, так что летом реки опускаются до своего низкого уровня и очень подвержены наводнениям зимой. Фактически, с умеренным климатом год можно разделить на теплый и холодный периоды, продолжающиеся с мая по октябрь и с ноября по апрель в северном полушарии соответственно; реки низкие, а умеренные наводнения в теплый период случаются редко, а реки высокие и подвержены периодическим сильным паводкам после значительных дождей в холодный период в большинстве лет. Единственным исключением являются реки, берущие начало в горах, покрытых вечным снегом, и питаемые ледниками ; их наводнения происходят летом в результате таяния снега и льда, примером чего может служить Рона над Женевским озером и Арве, который присоединяется к нему ниже. Но даже в этих реках сток может быть изменен за счет притока притоков в зависимости от различных условий, так что Рона ниже Лиона имеет более равномерный сток, чем большинство рек, так как летние паводки Арве В значительной степени этому противодействует низкий уровень Соны, впадающий в Рону в Лионе, где зимой бывают наводнения, когда Арве, напротив, низкий.
Другой серьезное препятствие, встречающееся в речном строительстве, состоит в большом количестве детрита, которое они приносят во время паводков, главным образом из-за разрушения поверхностных слоев холмов и склонов в верхних частях долин ледниками., мороз и дождь. Мощность течения для транспортировки материалов зависит от его скорости, так что потоки с быстрым падением около источников рек могут уносить камни, валуны и большие камни, которые постепенно измельчаются истиранием в своем продвижении на сланец, гравий, песок и ил, одновременно с постепенным уменьшением падения, а следовательно, и транспортной силы тока. Соответственно, в обычных условиях большая часть материалов, принесенных с возвышенностей проливными водотоками, выносится основной рекой в море или частично рассыпается на плоских аллювиальных равнинах во время наводнений; размер материалов, образующих русло реки или переносимых потоком, постепенно уменьшается по мере продвижения к морю, так что, например, в реке По в Италии, галька и гравий встречаются примерно на 140 миль ниже Турина, песок вдоль следующих 100 миль и ил и грязь на последних 110 милях (176 км).
Улучшения можно разделить на следующие: которые направлены на улучшение течения реки, особенно в условиях паводка, и те, которые направлены на сдерживание течения, в первую очередь для целей навигации, хотя выработка электроэнергии часто является важным фактором. Первый из них известен в США как формирование каналов, а второй обычно называют канализацией.
Канальный поток (Sechler Run ) в Данвилле, Пенсильвания Уменьшение длины канала путем замены извилистого участка прямыми отрезками - единственный способ в котором эффективное падение может быть увеличено. Это влечет за собой некоторую потерю пропускной способности русла в целом, и в случае большой реки со значительным потоком очень трудно поддерживать прямой разрез из-за тенденции течения размывать берега и снова образовывать извилистый канал. Даже если разрез сохраняется за счет защиты берегов, он может вызвать изменения отмели и поднять уровень наводнения в канале чуть ниже его окончания. Тем не менее, там, где доступный водопад исключительно мал, как, например, на суше, первоначально отвоеванной у моря, такой как английский Fenlands, и где, как следствие, дренаж в значительной степени является искусственным, прямые каналы были сформирован для рек. Из-за кажущейся ценности защиты этих плодородных низменных земель от затопления были также предусмотрены дополнительные прямые каналы для отвода дождя, известные как стоки в болотах. Даже обширное изменение течения реки в сочетании с расширением ее русла часто приводит лишь к ограниченному снижению ущерба от наводнения. Следовательно, такие паводковые работы соизмеримы с затратами только тогда, когда значительные активы (например, город) находятся под угрозой. Кроме того, даже в случае успеха такие наводнения могут просто сдвинуть проблему дальше вниз по течению и поставить под угрозу какой-либо другой город. Недавние паводковые работы в Европе включали восстановление естественных пойм и извилистых русел, чтобы паводковые воды сдерживались и выпускались более медленно.
Удаление препятствий, естественных или искусственных (например, стволов деревьев, валунов и скоплений гравия) с русла реки представляет собой простое и эффективное средство увеличения пропускной способности ее русла. Такие отводы, следовательно, снизят высоту паводков выше по течению. Каждое препятствие потоку, пропорционально его протяженности, поднимает уровень реки над ним, чтобы вызвать дополнительное искусственное падение, необходимое для переноса потока через ограниченный канал, тем самым уменьшая общий доступный водопад.
Вмешательство человека иногда непреднамеренно изменяет русло или характеристики реки, например, путем создания препятствий, таких как горнодобывающие отходы, шлюзовые ворота для мельниц, ловушки для рыбы, чрезмерно широкие опоры для мостов и плотные плотины. Препятствуя потоку, эти меры могут повысить уровень паводка выше по течению. Правила управления реками могут включать строгие запреты в отношении загрязнения, требования по расширению шлюзов и обязательному поднятию их ворот для прохождения паводков, устранению ловушки для рыбы, которые часто забиваются листьями и плавающим мусором, уменьшение количества и ширины мостов опор при восстановлении и замена передвижных плотин вместо сплошные плотины.
Установив датчики на довольно большой реке и ее притоках в подходящих точках, и в течение некоторого времени ведя непрерывный учет высоты воды на различных станциях, подъем Можно определить периоды наводнений в различных притоках, периоды, которые они занимают при переходе к определенным станциям на главной реке, и влияние, которое они по отдельности оказывают на высоту наводнений в этих местах. С помощью этих записей, а также путем наблюдения за временем и высотой максимального подъема конкретного паводка на станциях на различных притоках можно определить время прибытия и высоту максимума паводка на любой станции на главной реке. может быть предсказан с поразительной точностью за два или более дня до этого. Сообщая эти подробности о высоком наводнении местам в нижнем течении реки, водители плотин могут заранее полностью открыть передвижные водосливы, чтобы обеспечить проход паводка, а прибрежные жители получают своевременное предупреждение о надвигающемся наводнении.
Если части прибрежного города расположены ниже максимального уровня паводка, или когда важно защитить землю, прилегающую к реке, от наводнений, разлив реки должен быть отведен в противопаводочную дамбу или ограничен непрерывным набережные с двух сторон. Путем размещения этих насыпей на некотором удалении от края русла реки создается широкий паводок для стока реки, как только она выходит из берегов, при этом естественное русло остается неизменным для обычного течения. Низкие насыпи могут быть достаточными там, где с лугов нужно исключить только исключительные летние паводки. Иногда насыпи поднимаются достаточно высоко, чтобы выдерживать наводнения в течение большинства лет, в то время как в особых местах на насыпях, где защищается от разлива выходящего потока, и паводков, предусмотрены меры для предотвращения редких, исключительно высоких наводнений. соседней земли наименее опасен. Таким образом можно избежать удорожания насыпей, возвышающихся над наивысшим уровнем паводка из редких случаев, а также опасности прорыва берегов из-за необычно высокого наводнения и быстрого потока с их катастрофическими последствиями.
Наиболее серьезное возражение против образования непрерывных высоких дамб вдоль рек, приносящих значительное количество обломков, особенно вблизи мест, где их падение резко сократилось за счет спуска с горных склонов на аллювиальные равнины., представляет собой опасность того, что их русло будет поднято отложениями, что приведет к повышению уровня наводнения и потребует поднятия насыпи, чтобы предотвратить наводнения. Продольные разрезы реки По, сделанные в 1874 и 1901 годах, показывают, что ее русло было существенно поднято в этот период от впадения Тичино в нижнюю часть, несмотря на очистку от наносов, вызванную натиском через прорывы. Таким образом, завершение строительства насыпей вместе с их возведением только в конечном итоге усугубит ущерб от наводнений, которые они были призваны предотвратить, поскольку утечка паводков из поднявшейся реки должна произойти рано или поздно.
В Великобритании проблемы затопления жилых домов на рубеже 21-го века были связаны с неадекватным контролем за планированием, который позволил застройку на поймах. Это подвергает участки поймы опасности затопления, а замена естественных пластов бетоном ускоряет сток воды, что увеличивает опасность затопления ниже по течению. В Среднем Западе США и на юге Соединенных Штатов термин для этой меры - канализация. Многое из этого было сделано под эгидой или общим руководством армии США инженерного корпуса. Одной из наиболее сильно канализированных областей в Соединенных Штатах является Западный Теннесси, где все основные потоки, за одним исключением (река Хатчи ), были частично или полностью канализированы.
Канализация потока может осуществляться по нескольким причинам. Один из них - сделать ручей более пригодными для плавания или для плавания более крупных судов с большой осадкой. Другой - ограничить водопотребление определенной частью естественных низин ручья, чтобы большая часть таких земель могла быть использована для сельского хозяйства. Третья причина - это борьба с наводнениями с идеей создания для потока достаточно большого и глубокого русла, чтобы затопление за этими пределами было минимальным или отсутствовало вообще, по крайней мере, на регулярной основе. Одна из основных причин - уменьшить естественную эрозию ; поскольку естественный водный путь изгибается вперед и назад, он обычно откладывает песок и гравий на внутренней стороне углов, где вода течет медленно, и режет песок, гравий, недра и драгоценный верхний слой почвы с внешних углов, где он течет быстро из-за изменения направления. В отличие от песка и гравия, эродированный верхний слой почвы не оседает на внутренней стороне следующего угла реки. Он просто смывается.
Создание каналов имеет несколько предсказуемых и отрицательных эффектов. Одна из них - потеря болот. Водно-болотные угодья являются прекрасной средой обитания для многих видов диких животных, а также служат «фильтром» для большей части поверхностных пресных вод в мире. Во-вторых, канальные потоки почти всегда выпрямляются. Например, образование каналов реки Киссимми во Флориде было названо причиной, способствующей исчезновению водно-болотных угодий. Это выпрямление заставляет ручьи течь быстрее, что в некоторых случаях может значительно увеличить эрозию почвы. Это также может увеличить затопление ниже по течению от участка с выделением каналов, поскольку большие объемы воды, движущиеся быстрее, чем обычно, могут достигать узких мест за более короткий период времени, чем в противном случае, с чистым эффектом борьбы с наводнениями в одной области за счет сильно обострился флуд в другом. Кроме того, исследования показали, что формирование каналов приводит к сокращению популяций речных рыб.
Исследование 1971 года реки реки Харитон на севере Миссури, США, обнаружило что в русловой части реки обитает только 13 видов рыб, тогда как в естественной части ручья обитает 21 вид рыб. Биомасса рыбы, которую можно было поймать на дноуглубительных участках реки, была на 80 процентов меньше, чем в естественных частях того же ручья. Считается, что эта потеря разнообразия и численности рыб происходит из-за сокращения среды обитания, устранения перекатов и водоемов, более сильных колебаний уровня и температуры воды, а также смещения субстратов. Скорость восстановления потока после проведения дноуглубительных работ чрезвычайно низкая, при этом многие потоки не демонстрируют значительного восстановления через 30-40 лет после даты создания канала.
По причинам, указанным выше, в последние годы распределение потоков в США было значительно сокращено, а в некоторых случаях даже частично отменено. В 1990 году Правительство Соединенных Штатов опубликовало политику «отсутствие чистых потерь водно-болотных угодий», согласно которой проект создания каналов в одном месте должен компенсироваться созданием новых водно-болотных угодий в другом, процесс, известный как «смягчение последствий».
Основным агентством, участвующим в обеспечении соблюдения этой политики, является тот же самый армейский инженерный корпус, который в течение многих лет был основным пропагандистом широкомасштабной канализации. Часто в случаях, когда разрешено создание каналов, валуны могут быть установлены в дне нового канала, чтобы замедлить скорость воды, а также каналы могут быть намеренно изогнуты. В 1990 году Конгресс США дал армейскому корпусу конкретный мандат на включение защиты окружающей среды в свою миссию, а в 1996 году он уполномочил Корпус осуществлять проекты восстановления. Закон США о чистой воде регулирует определенные аспекты распределения каналов, требуя от нефедеральных субъектов (например, правительства штата и местных органов власти, частных лиц) получать разрешения на Дноуглубительные работы и заливочные работы. Разрешения выдаются армейским корпусом при участии EPA.
Разделенный участок реки Флойд в Су-Сити, штат Айова 
Разделенный канал южной развилки реки Кроу в графстве Микер, Миннесота 
Раннее создание большого канала было выполнено Иоганном Готфридом Туллой на Верхнем Рейне.Реки, сток которых может стать довольно небольшим на нижнем уровне или которые имеют довольно большое падение, как это обычно бывает в верховьях рек, не могут получить достаточную глубину для плавания исключительно с помощью работ, регулирующих течение; их обычный летний уровень должен быть повышен путем заполнения потока водосливами через определенные промежутки времени через канал, в то время как шлюз должен быть предусмотрен рядом с водосливом или в боковом канале для обеспечения прохода судов. Река, таким образом, преобразуется в последовательность довольно высоких участков, поднимающихся ступенчато вверх по течению, обеспечивая плавание в спокойной воде, сравнимое с каналом; но он отличается от канала наличием плотин для поддержания уровня воды, обеспечением регулярного стока реки в плотинах и двумя порогами шлюзов, проложенными на одном уровне вместо верхний порог поднимается над нижним до уровня подъема у шлюза, как это обычно бывает на каналах.
Канализация обеспечивает определенную доступную глубину для навигации; и расход реки обычно достаточен для поддержания уровня запруженной воды, а также обеспечивает воду, необходимую для запирания. Однако судоходство может быть остановлено во время спуска паводков, которые во многих случаях поднимаются над шлюзами; и в холодном климате на всех реках он обязательно задерживается длительными сильными морозами, особенно льдом. Многие небольшие реки, такие как Темза, превышающая приливную границу, стали судоходными благодаря канализации, и поэтому несколько довольно крупных рек обеспечили хорошую глубину для судов на значительные расстояния вглубь суши. Таким образом, канализированная Сена имеет судоходную глубину 10 ⁄ 2 футов (3,2 метра) от границы прилива до Парижа, расстояние 135 миль и глубину 6. ⁄ 4 футов (2,06 метра) до Монтро, 62 мили выше.
Всасывающий земснаряд баржа на реке Висла, Варшава, Польша.
Еще одна баржа земснаряда на реке Висла, Варшава, Польша. Как реки течет по направлению к морю, они испытывают значительное уменьшение падения и постепенное увеличение бассейна, который они осушают, благодаря последовательному притоку их различных притоков. Таким образом, их ток постепенно становится более слабым, а их разряд больше по объему и менее подвержен резким изменениям; и, как следствие, они становятся более удобными для навигации. В конце концов, большие реки при благоприятных условиях часто служат важными естественными магистралями для внутреннего судоходства в нижней части своего русла, как, например, Рейн, Дунай и Миссисипи. Речные инженерные работы требуются только для предотвращения изменений русла, регулирования его глубины и, в особенности, для фиксации маловодного русла и концентрации в нем потока, чтобы максимально увеличить судоходную глубину на участке. нижняя ступень уровня воды.
Инженерные работы по повышению судоходности рек могут быть успешно предприняты только на больших реках с умеренным падением и достаточным расходом на их нижнем уровне, поскольку при сильном падении течение представляет собой серьезное препятствие для верхнего течения. судоходство, и обычно наблюдаются большие колебания уровня воды, а также когда сток становится очень небольшим в сухой сезон. Невозможно поддерживать достаточную глубину воды в маловодном русле.
Возможность обеспечить равномерность глубины в реке за счет снижения мелей, преграждающих русло, зависит от характера мелей. Мягкая мель в русле реки возникает из-за отложения из-за уменьшения скорости течения, вызванного уменьшением падения и расширения русла, или из-за потери концентрации размыва. основного тока при переходе от одного вогнутого банка к другому на противоположной стороне. Понижение такой отмели за счет дноуглубительных работ просто вызывает временное углубление, так как вскоре оно снова образуется по причинам, которые его породили. Кроме того, устранение каменистых препятствий на порогах, хотя и увеличивает глубину и выравнивает поток в этих местах, приводит к понижению реки над порогами за счет облегчения оттока, что может привести к появлению свежих отмелей на низинах. этап реки. Однако там, где узкие скалистые рифы или другие твердые отмели тянутся по дну реки и представляют препятствия для эрозии течением мягких материалов, образующих русло реки вверху и внизу, их удаление может привести к постоянному улучшению, позволяя река углубляет свое русло за счет естественного размыва.
Способность реки обеспечивать водный путь для судоходства летом или в течение всего засушливого сезона зависит от глубины, которую можно обеспечить в русле на самом низком уровне. Проблема в засушливый период - небольшие выделения и недостаток промывки в этот период. Типичное решение - ограничить ширину маловодного русла, сконцентрировать в нем весь поток, а также зафиксировать его положение таким образом, чтобы он ежегодно вымывался паводками, которые следуют за самой глубокой частью русла вдоль берега. линия сильнейшего течения. Этого можно добиться, закрыв второстепенные маловодные русла дамбами, пересекающими их, и сужая русло на нижнем уровне за счет перекрестных дамб с низким падением, простирающихся от берегов реки вниз по склону и немного направленных вверх по течению, чтобы направлять воду. течет по ним в центральное русло.
Для нужд судоходства может также потребоваться, чтобы устойчивый, непрерывный судоходный канал был продлен от судоходной реки до глубокой воды в устье устье. Взаимодействие речного стока и приливов необходимо моделировать с помощью компьютера или с помощью масштабных моделей, подогнанных под конфигурацию рассматриваемого эстуария и воспроизводящих в миниатюре приливные и отливные потоки, а также расход пресной воды над дном. из очень мелкого песка, в который можно последовательно вставить различные линии тренировочных стен. Модели должны быть способны предоставить ценные указания на соответствующие эффекты и сравнительные достоинства различных схем, предлагаемых для работ.
Водный портал 