Автореферат Шинибаева А.Д.

 

УДК 626.2:628.1(043)                                                                На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

 

ШИНИБАЕВ АБАЙ ДУЙСЕКОВИЧ

 

 

 

 Исследование и предотвращение местного размыва на открытых водорегулирующих сооружениях системы водоснабжения

 

 

05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные системы

охраны водных ресурсов

05.23.07 – Гидротехническое строительство

 

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2010

 

Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И.Сатпаева

 

 

 

Научные консультанты:                           доктор технических наук

                 (05.23.04), М.Мырзахметов

                                                                    доктор технических наук

                                                                    (05.23.07), Ж.К.Касымбеков

 

 

 

Официальные

оппоненты:                                               доктор технических наук

                                                                   (05.23.04), У.А.Соатов 

                                                               доктор технических наук

                                                                   (05.23.07), Т.К.Карлыханов

                                                                   доктор технических наук

                                                                  (05.23.07), Н.И.Лавров

 

 

 

Ведущая

организация:                                Таразский гоcударственный  университет

                                                                   имени М.Х. Дулати       

                                                                   

Защита состоится 27 марта 2010 года в 1430 часов на заседании докторского диссертационного совета Д14.61.25 при Казахском национальном техническом университете имени К.И.Сатпаева по адресу: 050013, РК, г.Алматы, ул.Сатпаева, 22, конф.зал (НК), 1-этаж, факс 8(727)292-60-25.

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке  Казахского национального технического университета  имени К.И.Сатпаева. (050013, РК, г.Алматы, ул.Сатпаева, 22).

 

Автореферат разослан 27 февраля 2010 года

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 14.61.25

доктор технических наук, профессор                                            М.Т.Жараспаев

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

       Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена исследованию и предотвращению местного размыва в нижнем бьефе открытых водорегулирующих  сооружении систем водоснабжения. В ходе выполнения научно-исследовательских работ теоретически обоснованы формы сопряжения бьефов, экспериментально установлены режимы работы многопролетных регуляторов, изучены особенности движения руслового потока в нижнем бьефе и обоснованы устойчивости регулирующих сооружении, а также разработаны мероприятия по защите сооружений от размыва и охране водных ресурсов.

       Актуальность темы. В принятых последние годы Концепциях по водохозяйственной деятельности и экологической безопасности РК до 2015…2020 годов  особое внимание уделяются вопросам внедрения новых технологий при строительстве и реконструкции гидротехнических сооружений, повышению безопасности водохозяйственных систем и водорегулирующих узлов.

Как показывают результаты многочисленных научно-исследовательских работ и практика, одним из основных причин повреждения крепления нижнего бьефа, а в отдельных случаях и самих сооружений, является  появление местного размыва русла. Это возникает преимущественно из-за недостаточно полного гашения избытка кинетической энергии потока и неравномерности распределения удельных расходов по живому сечению в конце крепления. Происходит преждевременный выход из строя до 35…40% гидротехнических сооружений и создаются аварийные ситуации, особенно при неустойчивом режиме водотока из сооружении. Поэтому, вопросы изучения технологических процессов по устойчивой работе инженерных систем и сооружений водоснабжения и разработка мероприятий по предотвращению местных размывов имеют важное научно-практическое   значение и отличаются актуальностью.

Не менее важным является то, что состояние потока в конце крепления зависит от формы сопряжения бьефов, которое определяется особенностями конструкции водорегулирующих сооружении и условиями их эксплуатации. Эти и другие задачи по размещению различных конструктивных устройств, обеспечивающих наиболее благоприятные формы сопряжения бьефов при разных режимах работы сооружения, были рассмотрены при выполнении научно-исследовательских работ по научно-техническим программам республиканского уровня по теме «Научно-техническая оценка техногенных процессов и путей утилизации отходов в Республике Казахстан (2004-2007гг)», «Научные обоснования и разработка системы управления экологической безопасностью сооружений на линии водоснабжения и теплоцентрали (2007-2009гг)» и «Повышение эффективности работы малых гидроэлектростанции путем усовершенствования системы  водообеспечения (2009-2010гг)».        

Целью работы является улучшение работы открытых водорегулирующих сооружений системы водоснабжения путем изучения причин, вызывающих местный размыв грунта, и разработка мероприятии по предупреждению их и методики расчета гасителей энергии потока в пространственных условиях.

Для достижения указанной цели сформулированы следующие задачи:

- анализ современного состояния и изучения способов защиты водорегулирующих сооружений от местных размывов;

- теоретическое исследование форм сопряжения бьефов на водорегулирующих сооружениях и выяснения причин образования сбойного течения, влияющих на размыв;

- рассмотрение процесса гашения избытка кинетической энергии потока за регулирующими сооружениями;

- экспериментальное исследование видов сопряжения бьефов за трехпролетными регулирующими сооружениями с безна­порными трубами и горизонтальными креп­лениями;

- исследования влияния условий эксплуатации многопро­летных шлюзов-регуляторов в нижнем бьефе на размеры размыва русла и установления оптимальных параметров растекания потока;

- разработка методики расчета сопряженных глубин в условиях пространственной формы сопряжения бьефов;

- разработка технических мероприятий по обеспечению защиты сооружения  от местного размыва за водорегулирующими сооружениями.

Научная новизна работы:

по  специальности 05.23.04 – Водоснабжение, канализации, строительные системы охраны водных ресурсов:

         - установлены условия и формы образования сопряжения нижнего бьефа за водорегулирующими сооружениями с учетом разнообразия прыжка воды в отводящем русле;

         - на основе закона об изменении количества движения жидкости разработана формула для расчета параметров гидравлического прыжка, позволяющая рассмотреть взаимодействия потоков;

         - разработаны усовершенствованная методика расчета сопряженных глубин в условиях пространственной формы сопряжения бьефов, размеров водобойных стенок, колодцев, в том числе колодцев комбинированного типа;

- экспериментально выявлены технологические и конструктивные параметры гасителей избытка энергии сбрасываемой воды в русла.

по  специальности 05.23.07 – Гидротехническое строительство

- установлены зависимости глубины потока в области вальца от напора на сооружении и времени длительности цикла «раскачки бьефа» при сбойном течении, где последнее сменяется растеканием бурного потока в плане;

- экспериментально раскрыт процесс влияния условий эксплуатации многопролетных шлюзов-регуляторов на размеры воронки размыва.

- выявлены технологические параметры местного размыва и возникающих повреждений  за многопролетными регуляторами в производственных условиях;

- разработаны пути улучшения условий растекания потока за гасителями в нижнем бьефе многопролетных регулирующих сооружений.

- разработаны технические мероприятия по борьбе с местными размыва­ми за водорегулирующими сооружениями и решения по очистке водосборных колодцев (авт.свид.СССР №1604402),а также по улучшению водоподготовки (патент РФ №2031848).

Научные положения, выносимые на  защиту:

- теоретически и экспериментально обоснованные формы сопряжения бьефов на открытых источниках системы водоснабжения  и параметры глубины прыжка в отводящем русле, позволяющие предотвратить  местный размыв;

- результаты экспериментальных исследований режимов работы многопролетных регуляторов и их влияния на размеры воронки местного размыва;

- методика расчета водобойных стенок, колодцев, необходимые для гашения избытка кинетической энергии потока за регулирующими сооружениями и основные технологические параметры при проектировании гасителей;

- результаты натурных исследований за многопролетными водорегулирующими сооружениями, позволяющие предотвратить местный размыв и механические повреждения;

Практическая значимость работы. Разработанные и освоенные научно-технические основы исследования позволяют реализовать мероприятия по предупреждению регулирующих сооружений на открытых источниках водоснабжения от разрушения, обеспечивать устойчивость работы водорегулирующих узлов.

Разработанная методика расчета водобойных стенок и комбинированных колодцев могут быть использованы инженерно-техническими работниками проектных и научно-исследовательских организации при проектировании новых и реконструкции эксплуатируемых гидротехнических сооружений, а также в ВУЗах при преподавании дисциплин «Водоснабжение», «Гидравлика» и «Гидрология, гидрометрия и гидротехнические сооружения».

Практическая реализация результатов работы. Результаты научно-исследовательской работы внедрены в ТОО «Водные Ресурсы-Маркетинг», в ААО «Шардаринская гидроэлектростанция», на обьектах комитета по водным ресурсам МСХ РК- Шардаринский филиал РГП «Югводхоз»,  в ТОО «Эко-Тех», в ТОО «Эко-жобалау», а также внедрены в учебном процессе института «Строительства и архитектуры» КазНТУ имени К.И.Сатпаева.

Апробация работы. Основные результаты работы и полученные результаты докладывались и обсуждались на Международной  научно-практической конференции «Водные ресурсы: потенциал использование, технология и экология» (г.Алматы, 2001г), на Международной конференции «Финасово-экономические и экологические проблемы развития инвестиционного комплекса Казахстана»(г.Алматы, 2001г), на Международной научно-практической конференции «Водные ресурсы Центральной Азии»(г.Алматы, 2002г), на Международной научно-практической конференции «Региональные проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности» (г.Алматы, КазНТУ, 2002г), на Международной научно-практической конференции «Экологическая устойчивость и передовые подходы к управлению водными ресурсами в бассейне Аральского моря» (г.Алматы, 2003г), на Международной конференции «Теоретические и экспериментальные исследования строительной конструкций», часть2( г.Алматы, 2004г), на Международной научно- практической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности: охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология» (г.Алматы, КазНТУ 2004г), на 3-Международной выставке и конференции «Су арнасы-2007» - «Водопользование: действительность, проблемы и перспективы» (г.Астана, 2007г), на Международной научно-практической конференции «Архитектура и строительство в новом тысячилетии» (г.Алматы, 2008г), на Международной конференции «По распространению упругих и упругопластических волн, посвященной к 100-летию со дня рождения академика Х.А.Рахматулина» (г.Бишкек, 2009г.,), на Междунарной научно-технической  конференции «Перспективные развития науки и техники»(Польша,2009), на Международной научно-технической конфернции «Научная индустрия Европейского континента» (Чехия, 2009г.)

Публикации.

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, составляющие содержание диссертационной работы освещены в 47 научных трудах, из которых 12 изложены в материалах Международных научно-практических конференции, 4 статьи опубликованы в зарубежных изданиях, 15 труда написаны единолично, 21 статьи опубликованы в 5 изданиях, рекомендованных Комитетом по  контролю в сфере образования и науки МОиН РК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения и списка использованных источников из 215 наименований и приложений. Работа изложена  на  245  страницах компьютерного набора, иллюстрированы 120  рисунками и  10 таблицами.

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

В первом разделе диссертации приведен анализ современного состояния проблемы защиты водорегулирующих сооружений от местного размыва на открытых источниках систем водоснабжения, рассмотрены процессы местного размыва за шлюзами системы водоснабжения, изучены виды сопряжения бьефов за регулирующими сооружениями.

При анализе основное внимание  уделено изучению особенностей режима работы гидротехнических сооружений для  регулирования расхода и уровня воды на открытых источниках водоснабжения, изученности вопросов по защите сооружений от местных размывов.Показано,что эксплуатационная надежность сооружении, относящие к типу водопроводного канала, как Иртыш-Караганда, Кызыл-Кумский канал и др., которые  имеют до 40 водовыпусков, водосбросов, перегораживающих устройств,находится на низком уровне из-за  разрушения русла канала, каркаса сооружения, что требуют значительных затрат на их восстановления.

         Научно-технические основы функционирования водорегулирующих сооружений и аналогии их с сооружениями других водохозяйственных объектов были рассмотрены с учетом научных положений  ранее выполненных работ (Жулаев Р.Ж., Бекмухамедов М.Т, Сарсекеев С.О., Турсунов А.А., Вагапов Р.И., Лавров Н.П., Койбаков С.М. и др.), а вопросы эксплуатации объектов водоснабжения, в том числе водозаборных сооружений - с использованием научно-практических рекомендации Тажибаева Л.Е., Мырзахметова М., Касымбекова Ж.К., Абдурасулова И.,

Соатова У.А.  и др.

Установлено,что предыдущие исследования по защите сооружений от местных размывов преимущественно проводились в следующих направлениях:

         -выявления механизма явления местного размыва русла в нижнем бьефе водорегулирующих сооружений на открытых источниках и установлению способности различных грунтов сопротивляться размывающему воздействию потока, а также разработка методов моделирования явления с целью прогнозирования глубины и размеров в плане воронки размыва (Мирцхулава Ц.Е, Вызго М.С., Сурова Н.Н., Тлеукабылов А.Е., Плетнева Е.В., Жулаева Э.Р. и др.)

         -изучению кинематических характеристик потока на выходе из сооружения, форм сопряжения бъефов, условий возникновения  и их взаимодействия с целью оценки способности потока к местному размыву русла (Бахметов Б.А., Чертоусов М.Д., Угинчус А.А., Павловский Н.Н., Шеренков И.А., Соловьева А.Г. и др.)

         -разработка  гасителей энергии потока и конструкций крепления нижнего бъефа, позволяющих предотвратить разрушение водорегулирующих сооружений из-за местного размыва (Чугаев Р.Р.,  Леви И.И., Шарлот Ю.М., Борский О.Б., Грицан В.В., Кошумбаев М.Б. и др.)

 

Анализ научно-исследовательских работ, посвященных этим вопросам показывает, что  защита сооружений от местных размывов требует дальнейшего рассмотрения. Это, связано в определенной степени, с тем, что в современных конструкциях сопряжение становиться очень сложным и многообразным при сжатии потока не только в плане, но и по глубине.

Как показывает обзор научно-технической литературы и опыт производственной практики, в настоящее время известно более ста различных конструкций устройств, предназначенных для защиты сооружений от местного размыва. Все эти конструкции, как правило, разработаны с учетом специфических особенностей конкретных сооружений и поэтому отвечают лишь определенным условиям их эксплуатации.

Выявлена, что в шлюзах регуляторах с относительно небольшими напорами (перепадами), например, трубчатых, поток значительно сжимается, во всех направлениях и он обладает значительным  избытком кинетической энергии. За многопролетными низконапорными (напором до 0,5 м) шлюзами-регуляторами с переездом и горизонтальным креплением наблюдается преимущественно сопряжения бъефов участком сбойного течения спокойного потока, при котором происходят значительные местные размывы берегов отводящего русла. Оказалось, что для предупреждения местных размывов за такими сооружениями важно не столько гашение энергии потока, а расширения его в плане. т.е. гасители должны обладать большой распределительной способностью.

Для дальнейшего изучения форм сопряжения потоков за многопролетными шлюзами-регуляторами с переездом, рассчитанных на пропуск расхода более 10м3  при напорах до 0,5м и разработки конструкций гасителей энергии потока, предотвращающих сбойное течение за этими сооружениями и водопропускными безнапорными трубами, были проведены специальные исследования, результаты которых изложены в следующих 2…4 разделах.

Во втором разделе приведено теоретическое обоснование формы сопряжения бьефов за регулирующими сооружениями на открытых источниках систем водоснабжения.

         Рассмотрение плоской задачи сопряжения бьефов, которая характеризуется отсутствием сжатия потока сооружением в плане и одинаковым удельным расходом по всей ширине потока, показало, что при этом должно соблюдаться условие:

                                                                                                      (1)

где  – коэффициент характеризующий степень сжатия потока в плане     сооружением;

        bc,bр – ширина потока в сооружении и в отводящем русле.

         В тех случаях, когда указанное соотношение не справедливо, поток за сооружением  приобретает форму  «пространственного».    

         Тогда, удельную энергию в сечении потока, т.е. энергию приходящаяся на единицу веса жидкости при движении в призматических руслах можем  описывать в следующем виде:

                                                                                                    (2)

         где    h – глубина потока (удельная потенциальная энергия);

                   – корректив кинетической энергии;

                   – средняя скорость по сечению;

                   – удельная кинетическая энергия.

Указанная зависимость для прямоугольного русла записывается как:

                                                                                                     (3)

         где     – удельный расход воды;

                   Q – расход воды пропускаемой сооружением м3/с;

                   bр – ширина потока в отводящем русле.

         Сжатие потока на входе  под щитом приводит к образованию бурного потока, который сопрягается со спокойным в отводящем русле посредством гидравлического прыжка (рисунок 1). Тогда, явление гидравлического прыжка представляет собой основную форму сопряжения бьефов в условиях плоской задачи.

         На основе закона об изменении количества движения, написанного для отсека жидкости между сечениями 1–1 и 2–2 (рисунок I, a) получено уравнение прыжка, представляющее собой равенство:

                                                                     (4)

где:   h1 - первая сопряженная глубина потока;

         h2 - вторая сопряженная глубина потока.

         При этом, графическую зависимость E=f(h) можно выразить кривой, имеющей точку перегиба, для которой E=Emin и h=hкр (рисунок 1, б).

Рисунок 1  – а) гидравлический прыжок, б) графики функций П (h) и E (h).

 

        

         В руслах прямоугольного сечения критическую глубину определяем по следующей формуле, которую нетрудно получить из (3) при удовлетворении условию экстремума de/dh=0:

                                                                                                      (5)

         Из графика изменения прыжковой функции П(h) (рисунок 2.) видно, что каждой глубине бурного потока соответствует сопряженная с ней глубина спокойного потока.

         Решая уравнение прыжка относительно сопряженных глубин получим:

                                                                                    (6)

                                                                                    (7)

                                               ,                                                      (8)

где: - расстояние от щита до второй сопряженной глубины;

                      n - расстояние от щита до первой сопряженной глубины;               

Оказалось, что месторасположение прыжка зависит от соотношения глубины потока в отводящем русле и второй сопряженной глубиной прыжка, соответствующей данному значению сжатой глубины за щитом.

      Если глубина в отводящем русле меньше расчетной глубины прыжка, то прыжок отгоняется на некоторое расстояние   (рисунок 2, а). На этом расстоянии кинетическая энергия бурного потока перед прыжком уменьшается, что сопровождается, как это видно из графика E=f (h), увеличением его глубины.

Рисунок  2 – а) отогнанный гидравлический прыжок,  б) затопленный прыжок

    Согласно зависимости П(h) (рисунок 1, б) большим значениям первой сопряженной глубины прыжка h1 соответствуют меньшие значения второй сопряженной h2. Поэтому, прыжок располагается на том участке, где непрерывно увеличивающаяся по длине русла глубина бурного потока становится равной расчетному значению первой сопряженной, отвечающей глубине спокойного потока в отводящем русле hнб. Таким образом, чем больше hнб при прочих равных условиях, тем ближе к щиту располагается прыжок. Если hнб>h2, то происходит затопление прыжка (рисунок 2, б).

    Выявлено, что значительное гашение избытка кинетической энергии происходит в совершенном прыжке, который имеет место при удовлетворении условию h1£ 0, 65hкр   или h2/h1³2.

      При обосновании форм сопряжения учтено, что для правильного назначения длины крепления нижнего бьефа, немаловажное значение имеет вопрос о длине прыжка и послепрыжкового участка.

      Из множество  эмпирических зависимостей для вычисления длины прыжка принято:                                     

                               ln=ma                                                                   (9)

где    m – коэффициент, равный 5…7; а – высота прыжка.

         Установлено, что в зависимости от соотношения между второй сопряженной глубиной прыжка и глубиной воды в отводящем русле в условиях плоской задачи могут иметь место следующие формы сопряжения потоков прыжком:

         а) при h2>hнб – сопряжение отогнанным прыжком; 

         б) h2= hнб – прыжком надвинутым на сжатое сечение за щитом;

         в) h2<hнб – затопленным прыжком.

         Наиболее неблагоприятным, из трех указанных случаев, на наш взгляд, является сопряжение бьефов отогнанным прыжком, так как при этом для защиты сооружения от местных размывов в большинстве случаях требуется строительство различных креплении.

         Был рассмотрен порядок взаимодействия форм сопряжения бьефов при пропуске в сухое широкое русло прямоугольного сечения за водорегулирующим сооружением, представляющем собой безнапорную трубу прямоугольного сечения с нулевым уклоном.

         В случае выхода потока из сооружения в широкий нижний бьеф с очень малой глубиной воды возможно растекание бурного потока в плане (рисунок 3). В иных режимах движение имеет место внезапного расширения, когда граничные поверхности АВ и СД изгибаются в плане под действием весового давления потока (рисунок 4).

 

 

 

 

 

 

                                   Рисунок 3 – Сжатие потока в плане

         Как следует из этих рисунков, вследствие непрерывного планового расширения потока на рассматриваемом участке происходит уменьшение глубины и соответственное увеличение скорости. Свободная поверхность получается криволинейной, выпуклой

 

 

Рисунок 4 – Растекание бурного потока с образованием косых гидравлических прыжков

 

         Принято, что одним из характерных параметров участка растекания бурного потока в плане является угол растекания , который определяется по следующей зависимости:

                                                                                                                         (10) 

где  – составляющая скорости нормальная к оси потока на выходе из сооружения;

         - глубина потока в выходном сечении О-О;

         - средняя скорость в сечении О-О;

                - критерий Фруда на выходе из сооружения.

Искривление вальца в плане объясняется тем, что скорости и глубины на участке растекания бурного потока не одинаковы по его ширине, а свободная поверхность криволинейна. Видно, что до настоящего времени задачи по определению сопряженных глубин прыжка с криволинейным в плане вальцом не имеют окончательного решения.

Отличительной особенностью сбойного течения является искривление динамической оси потока в плане и в движении его вдоль одного из берегов, что обуславливает резко выраженную неравномерность распределения удельных расходов по ширине русла.

На рисунке 5 рассмотрен участок сопряжения со сбойным течением, которое образуется после полного затопления пространственного прыжка. Основными параметрами, характеризующими такую форму сопряжения являются угол сбоя транзитного потока α и длина большого водоворотного вальца .

Как видно из обоснования, угол сбоя потока можно принимать равным углу между осью русла и прямой соединяющей точки на динамической оси потока в сечении 0-0 на выходе из сооружения и в сечении 1-1, в котором поток достигает берега.

 

Рисунок 5 – Сопряжение потоков участков сбойного течения

 

В тех случаях, когда глубина потока в отводящем русле достаточно большая, например, порядка 2hкр.с , разница отметок свободной поверхности в области водоворотных вальцов и транзитной части потока, а также в начале участка сопряжения и в конце его незначительна.

Таким образом, необходимость учета массообмена между потоком и вальцовыми данными, значительные возмущения на свободной поверхности, пульсация скорости и давления, а также недостаточная изученность особенностей взаимодействия потока с поверхностью русла делает теоретическое определение длины участка сопряжения крайне затруднительным, даже для относительно простого симметричного сжатия потока сооружением в плане.

В третьем разделе диссертации приведены результаты экспериментальных исследовании режимов работы многопролетных регуляторов в нижнем бьефе на открытых источниках систем водоснабжения.

Эксперименты были проведены в гидравлической лаборатории на большом и малом гидравлических лотках. Ширина большого железного лотка составляла - 100см, глубина - 60см и длина - 900см. Ширина малого, остекленного лотка составляла - 42 см, глубина - 45см, а длина - 700см. воды  (рисунки 6 и 7). В большом лотке были построены модели с размываемым отводящим руслом вначале трехпролетного, а впоследствии четырехпролетного шлюза-регулятора.

Первая модель (линейный масштаб модели по критерию Фруда dl=25) соответствовала натурному трехпролетному сооружению с переездом, рассчитанному на пропуск расхода Qн=30м3/с. Проезжая часть модели была изготовлена в виде прямоугольных труб сечением 12х12 см из оргстекла. Коэффициент заложения откосов крепления отводящего русла равнялся m=1.75, а ширина русла по дну - 42см.

Размываемый материал натуры был смоделирован по известной методике, разработанной Н.Н.Суровой. Он представлял собой мелкозернистый песок со средним диаметром  dср= 0,17мм.

Проезжая часть второй модели (рассчитанной на пропуск расхода в пересчете в натуру  Qн=40м3/с, при линейном масштабе dl=35) состояла из четырех труб сечением 8,57х8,57 см.

 

 

 

 

 

 

         

 

1-приемный резервуар, 2-центробежный насос, 3-экран, 4-успокоитель, 5-задвижки, 6-сливная труба, 7-сборный отсек, 8-сливной желоб, 9- рабочий отсек, 10-соединительный трубопровод с бассейном, 11-воронка для перелива, 12-направляющий уголок, 13-обратный сливной лоток, 14-верхний уровень воды в лотке,15-щелевой затвор, 16-концевой успокоитель, 17-мерный водослив

Рисунок 6 Схема установки с большим лотком

 

 


                          Рисунок 7 Малый стеклянный лоток

 

В малом лотке во время исследований устанавливалось сборное местное сужение длиной 50см в виде двух «П» - образных элементов, состоящих из двух продольных и четырех поперечных пластин. Изменением ширины поперечных пластин  достигалось изменение степени сжатия потока в плане.

Для устройства гасителей энергии потока и растекателей были использованы  элементы из железа и свинца в виде кубиков, пластин и призм, изготовленных в лабораторных условиях (рисунок 8). Такие элементы оказались удобными при сборке гасителей  различной конструкции и не требовали прикрепления к поверхности модели. В целях визуального наблюдения над параметрами потока использовались опилки, крошки пенопласта и устройства типа флюгеров, в виде шарнирно подвешенных на вертикальной и горизонтальной  оси  алюминевых пластин.

 

Рисунок  8   Основные элементы использованных гасителей и

растекателей

 

На первой модели скорости были измерены трубкой Реббока с диаметром приемной части  dl=4 мм и микровертушкой типа Х−6 с записью на осциллограмме  Н−700. На второй модели – трубками Пито с диаметром наконечников  dl=3,5 мм и микровертушки. Опыты с размывом  отводящего  русла проводились 6−7 часов, до полного прекращения размыва, что устанавливалось визуально по подвижке частиц песка размываемого русла модели.

Экспериментальные опыты были проведены при симметричном боковом сжатии потока и пропуске расхода 5, 7, 9л/с, степень сжатия потока в плане выбиралась в пределах от вср=0,4 до вср=0,8, а глубина за участком сопряжения принималась равной 1,25hкр, 1,5hкр, 1,75hкр и 2,0hкр.

Для установления влияния степени сжатия потока в плане сооружением и глубины в нижнем бьефе на длину участка сопряжения со сбойным течением, в малом лотке была проведена серия экспериментальных опытов, по результатам которых были построены графики Lв/hкр1=fср), показанные на рисунке 9, где Lв–длина большого водоворотного вальца; hкр1–критическая глубина в лотке; вс–ширина сужения; вр– ширина лотка (русла).

                   По этим графикам получена зависимость для приближенного определения длины участка сопряжения со сбойным течением спокойного потока, симметрично сжатого сооружением в плане.

                             (11)

где    z= hнб/hкр- относительная глубина в нижнем бьефе.

Полученные результаты показывают, что с увеличением степени сжатия (уменьшением вср) длина участка со сбойным течением спокойного потока увеличивается. Наибольшая относительно стабильная длина большого вальца Lв получается при глубине в нижнем бьефе hнб=1,25hкр. (при hнб/hкр<1,25 временами возможно образование волнистого прыжка со сбойным течением бурного потока и значение Lв не стабильно).

 

 

 

 

 

  Рисунок 9 – Графики зависимости длины вальца от степени сжатия потока в плане.

 

1 – при  hнб = 1,25 hкр;

2 – при  hнб = 1,50 hкр;

3 – при  hнб = 1,75 hкр;

4 – при  hнб = 2,00 hкр.

 

 

         Из соотношении hнб/hкр, соответствующим сбойному течению hнб/hкр=0,85÷2,00 видно, что такая форма сопряжения за низконапорными шлюзами-регуляторами является наиболее часто встречающейся. Об этом также свидетельствуют результаты исследований М.М.Селяметовой и других авторов. Оказалось, что при сбойном течении длина большого вальца может быть значительной, например при вср=0,5 и hнб/hкр=2,0 получится Lв »30hкр1, а при hнб/hкр=1,25,  Lв»55hкр1.

Опыты были продолжены на водорегулирующих сооружениях Кзыл-Кумского канала водоснабжения. Были проведены производственные исследования на  одно, двух и трехочковых водорегулирующих сооружениях. На участке размыва за креплением нижнего бъефа сняты  отметки  поверхности русла в 4−5 створах. Глубина потока  и воронки размыва определялись  при помощи нивелировки и измерений  гидрометрическим лотом, а скорости измерялись гидрометрической вертушкой типа Ж-3.

На основании полученных результатов построены эпюры распределения скоростей в плане, поперечные профили русла.

Установлено, что за многопролетными шлюзами-регуляторами с горизонтальным креплением, в зависимости от глубины в нижнем бъефе и степени сжатия потока сооружением в плане, могут иметь место различные виды сопряжения бъефов, растекание бурного потока, гидравлический прыжок и сбойное течение бурного или спокойного потока. При этом, растекания бурного потока и гидравлический прыжок определяются при глубине в выходном сечении h0 меньше (0,84–0.85)hкр, а при h0 больше 0,85hкр независимо от величины расхода, гидравлический прыжок сменяется сбойным течением.

Сбойное течение представляет собой участок искривления динамической оси потока в плане и одновременно расширения последнего за сечением, в котором он набегает на один из берегов (рисунок 10).

Рисунок 10 Сбойное течение при двухстороннем сжатии потока в плане

 

Сжатое сечение гидравлического прыжка, расположенного в месте наибольшего растекания бурного потока проходит по линии равных глубин, представляющей собой кривую выпуклую в сторону нижнего бъефа.

Как показывают проведенные эксперименты, в начале затопления пространственного прыжка происходит  «свал» транзитного потока к одному из берегов и особо интенсивное «отсасывание» воды из большого водоворотного вальца, вследствии чего глубина в начале вальца уменьшается и свободная поверхность, за сечением в котором транзитный поток набегает на берег, имеет обратный уклон.

Явление «раскачка бьефа» может наблюдаться сколь угодно долго, если удовлетворяются следующие  условия :

-глубина воды в отводящем русле незначительно превышает вторую сопряженную глубину прыжка надвинутого на сечение с полным растеканием бурного потока;

-при сбойном течении из-за увеличения скорости потока и эжекции в начале участка сопряжения происходит уменьшение глубины достаточное для растекания бурного потока в плане.

По результатам исследовании определено, что за водорегулирующими сооружениями «раскачка бьефа» наблюдается при глубине в отводящем русле hнб=(0,84–0.85)hкр.  Оказалось, что с увеличением глубины в отводящем русле hнб увеличивается угол сбоя потока α  и снижается способность его к размыву дна, что видно из графиков ctg α=f(hнб/hкр) и К=f(hнб/hкр), где К=t/ hнб–коэффициент размывов; t–глубина воронки в месте наибольшего размыва (рисунок 11).

Для установления влияния режимов работы сооружений на размеры воронки размыва, на модели с размываемым отводящим руслом были исследованы различные варианты симметричной и несимметричной работы трехпролетного сооружения.

   Исследования были проведены в следующих случаях: при всех полностью открытых щитах, при работе одним из крайних пролетов, работе центральным пролетом, ра­боте двумя пролетами с закрытым крайним пролетом и работе двумя крайними пролетами при закрытом центральном.

Расход на единицу   ши­рины открытого пролета был принят равным удельному расходу в сооружении при работе его всеми пролетами и пропуске максимального рас­хода, т.е.  q=0,27 л/с. Глубина потока в нижнем бьефе во всех опытах была принята равной hнб  =9,5см, а глубина в верхнем бьефе hвб =11см, что соответствует напору на сооружении в натуре Z=37,5см. Длина крепления модели lкр=60см. Продолжительность опыта составляла по 6–7 часов.

  

Рисунок 11  График зависимости котангенса угла сбоя потока от относительной глубины в нижнем бьефе

 

Построенные эпюры распределения скоростей в плане на глубине 0,4hнб и поперечные профили русла за креплением в створах   с наибольшим размывом дна (круглые точки) и боковых откосов (треугольные точки), показаны на рисунках 12–13.

     Как показывают эти данные, что при работе сооружения всеми пролетами в указанных выше условиях, удельные расходы в конце крепления нижнего бьефа распределяются равномерно и глубина размыва, как по дну,  так и на откосах  не превышают  2см, что в пересчете в натуру  составляет около 98см (рис.12, а).При симметричном сжатии потока сооружением в плане (при перекрывании  центрального пролета и работе крайними) глубина размыва по дну уменьшается, а на боковых откосах  увеличивается. (рис.12, б). Сбойное течение, т.е. искривление динамической оси потока при этом не наблюдается. Глубина воронки в створе с наибольшим размывом по дну составляет около 3см, а ширина воронки в створе о наибольшим размывом боковых откосов равна 2,5см.

Работа сооружения центральным пролетом сопровождается появле­нием сбойного течения, при котором происходит отклонение потока к одному из берегов(рис.12, в). Степень расширения потока на дне русла для ство­ра створ I-I,  расположенного на расстоянии 5см от конца крепления составляет  h=в/втр=2,5.

За креплением нижнего бьефа расширение потока так же как и до указанного выше сечения происходит медленно. Распределение удельных расходов близко к равномерному, т.е. расширение потока на всю ши­рину русла, наблюдается на расстоянии 180-185см от конца крепления.

Сосредоточение удельных расходов в конце крепления у левого бе­рега приводит к увеличению воронки размыва до 3,2см на дне и до 4,5см (по вертикали) на откосе отводящего русла, а ширина планового размыва доходит до 8см. Из полученных данных видно, что глубина размыва при  центральном пролете происходит по дну и по бокам почти равномерно.

 

а)

 

 

 

 

б)

 

 

 

 

 

в)

 

 

 

а – при работе сооружения все пролетами; б – при работе двумя крайними пролетами и в – центральным пролетом. 

Рисунок 12 – Поперечные профили русла в сечении с наибольшим размывом дна (круглые точки) и откосов (треугольные точки)

 

Таким образом, симметричное сжатие потока сооружением с боков при сопряжении бьефов участком сбойного течения приводит к размыву преимущественно берегов отводящего русла.

Натурные наблюдения также показали, что при симметричной работе сооружений, в нижнем бьефе может иметь место сбойное течение, если степень сжатия потока сооружением вср< 0,8, а при несимметричной работе длина участка с неравномерным распределением удельных расходов может превышать глубину потока в нижнем бьефе более чем в 20 раз.

Сбойное течение за регулирующими сооружениями на каналах может возникнуть даже при небольшой разнице расходов, пропускаемых труба­ми (пролетами). Об этом свидетельствуют результаты натурных исследовании над водорегулирующими сооружениями Кзыл-Кумского канала водоснабжения.

На рисунке 13 показаны эпюры распределения скоростей в плане за двумя двухпролетными шлюзами-регуляторами с круглыми трубами на канале I-P-I. Здесь, трубы сооружения затоплены, диаметр труб d=1,5м. В конце труб уст­роены гасители в виде полукольцевых диафрагм. Глубина в верхнем бьефе сооружений hвб=2,31м, а глубина в нижнем бьефе со­оружения hнб=2,06м.  Сооружения рассчитана на пропуск расхода до  Qн=10м3/с. Затвор правой трубы первого сооруже­ния во время обследования был опущен на 30см ниже затвора левой трубы, что обусловило появление сбойного течения и размыва дна и боковых откосов русла.

Рисунок 13 Эпюра распределения скоростей в плане за двухпролетным регулятором на канале 1–Р–1 Кзыл-Кумского канала водоснабжения

 

Как видно из рисунка 14, при отклонении динамической оси потока к левому берегу отводящего русла, сбойное течение возникшее за сооружением обусловливает размыв дна так и боковых откосов русла. Часть крепления нижнего бьефа длиной местами до одного метра находится над воронкой размыва.

Рисунок 14 Поперечные профили русла на участке размыва двухочковым регулятором

Оказалось, что разрушение крепления нижнего бьефа из-за местных размывов может происходить и при симметричной работе сооружения. К такому случаю можно отнести двухочковое сооружение с безнапорными трубами (рисунок 15) на канале Ш-Х-2. В нем часть крепления сооружения была разрушена, плиты крепления снесены потоком на дно воронки размыва, остав­шаяся часть крепления смещена к откосу воронки.

Подобный размыв имеет место и за одноочковыми сооружениями с безнапорными трубами прямоугольного поперечного сечения, шириной втр=1м на канале Ш-Г-3., рассчитанного на пропуск расхода до 5м3/с. За сооружением с меньшей глубиной в нижнем бьефе размеры воронки размыва оказались большими как на дне, так и у боковых откосов. Конец крепления длиной около 1,5м находился над воронкой размыва. Крепление сооружения с большей глубиной в нижнем бьефе подмыто в среднем на расстоянии 0,7м.

 

Рисунок 15 Последствия размыва за двухпролетным регулятором

 

На рисунке 16 показано крепление нижнего бьефа трехочкового сооружения с безнапорными трубами, после прекращения подачи воды в канал  соответствующими модели построенного в лабораторных условиях.

Несмотря на наличие гасителей в виде водобойной стенки высотой 0,7м на расстоянии 5м от выходного сечения перекрывание левой край­ней трубы в конце вегетационного периода привело к размыву дна русла глубиной около одного метра, а также к повреждению дамбы канала за каменной отсыпкой.

 

Рисунок 16  Крепление нижнего бьефа за трехпролетным регулятором

(справа видна отмостка из продуктов размыва)       

 

Результаты натурных исследований, приведенные выше, подтверждают, что за сооружениями в нижнем бьефе сопряжения потоков происходят посредством участка со сбойным течением, обуславливающим наряду с размывом дна и боковых откосов русла. При этом на глубину и размеры в плане воронки размыва, значительное   влияние оказывают условия работы со­оружения, такие как несимметричность работы труб и глубина наполнения отводящего канала.

  Предупреждения местных размывов при меньшей длине крепления, чем Lкр»25hнб, можно осуществить путем расширение потока в плане и распределение удельных расходов при помощи гасителей энергии потока и растекателей.

В четвертом разделе диссертации рассмотрены особенности взаимодействия потока с сооружением, изложена методика расчета высоты водобойной стенки, водобойного колодца и глубины комбинированного колодца.

Проведенные исследования показывают, что наибольшее расширение потока при истечении через водобойную стенку имеет место, если за ними образуется сжатое сечение. При пространственной форме сопряжения, поток выходящий из сооружения набегает на гаситель не по всей ширине. По мере увеличения глубины в отводящем русле, донное сопряжение за такими гасителями постепенно переходит в поверхностное и способность его к расширению потока в плане уменьшается, вместе с тем, увеличение глубины в нижнем бьефе сопровождается постепенным уменьшением способности потока со сбойным течением к размыву.

Согласно расчетной схеме (рисунок 17), разность уровней воды перед гасителем и в отводящем русле  (Z) составляет:

                                           Z = hг + Hсрhнб,                                             (12)

где    hг – высота гасителя;

                  Hср– средняя величина напора над гасителем.

а) при сопряжении бьефов участком со сбойным течением спокойного потока; б)  при образовании гидравлического прыжка на входе в сооружение.

Рисунок 17    Расчетная схема для определения высоты гасителя

 

         Тогда, напор над гасителем Hср, можно выразить через критическую глубину в сооружении:

,                                           (13)

 

где    Q – расход воды пропускаемой сооружением;

 – критическая глубина в сооружении;

m0 – коэффициент, учитывающий скорость подхода;

α – коэффициент кинетической энергии.

         Исходя из этого, равенство (12) представим в следующем виде:

                                                (14)

         При устойчивости донного сопряжения за гасителем (водосливом) может иметь  следующее соотношение

                                              x = Z/hг ≥ 0,3,                                                         (15)

         Спокойный поток со сбойным течением наиболее способен к размыву, если                                         hнб/hкр » 1,25 hкр.,                                                    (16)

         С учетом  (15) и (16)  можно записать:

                                                    (17)

         По данным Г.Г.Богданова и Н.Г.Поздняя  сжатие потока в плане, при h = 2 является граничным, а при h > 2 сбойное течение происходит активно.

         Опыты проведенные нами показывают, что при h>2 ( при работе четырехпролетного сооружения одним крайним пролетом) для обеспечения растекания потока перед гасителем на всю ширину русла, высота гасителя должна быть неприемлемо большой. В таких случаях, чтобы предотвратить сбойное течение, достаточно расширить поток на часть ширины русла.

         Для определения коэффициента расхода в малом лотке были проведены опыты при симметричном сжатии потока  h = 1,45–3,82.

   На рисунке 18 показаны графики зависимости  при различных значениях , где  в – расстояние от центра лотка до рассматриваемой вертикали,   вл – ширина русла (лотка).

Рисунок 18     Графики зависимости .

Как показывают опыты, значения напоров над гасителем в нижнем бьефе меньше напора   Нс , который   имел бы место при установ­лении гасителя на участке сужения.

Тогда

                                                          (18)

Из рисунка 18 видно, что для случаев с    η > 2,4 поперечный профиль свободной поверхности перед гасителем (в сечении с Н=Нтах) очерчивается кривой с двумя  точками перегиба, похожей на кривую Гаусса. Это говорит о том, что при η>2,4 поток перед гасителем растекается не по всей ширине русла. При η<2,4 поперечные профили свободной поверхности очерчиваются  параболической кривой с точкой перегиба на оси русла.

Эти графики хорошо описываются  зависимостью вида:

                                    ,                                                (19)

где α, β- величины зависящие от степени сжатия потока в плане η.

На рисунке 19 показаны графические зависимости α=f(η) и β=f(η), полученные на основе проведенных опытов. На основе этих зависимостей предложены формулы для определения значений α и β:

                                                                                                         (20)

                                           β= 0,06η – 0,027                                            (21)

 

Рисунок 19    Графики зависимостей    и

 

Заменив криволинейное сечение над гасителем равновеликим прямоугольным,  будем иметь

 

                                (22)

На графике 20 нанесены величины коэффициентов расхода m0, подсчитанные с использованием опытных значений среднего напора Нср.

Рисунок 20     График зависимости

         По величине Нср можно определять среднее значение коэффициента расхода m0.Расчет и опытная проверка показывают, что при hнб=1,3hкр, h=2, α=1,1, m0 ориентировочно можно принимать равным 0,47.

      hr=0,7 hкр ,                                                                                 (23)

Гасители, высота которых выбрана по формуле (23) обеспечивает бессбойное течение за трехчетырехпролетным сооружениями при различных режимах их работы.

Расположение водобойной стенки чрезмерно близко к выходному сечению уменьшает пропускную способность сооружения, а гасителя близко к концу крепления, может вызвать размывы.

          На рисунке 21 показаны графики зависимостей m/mГ = f(LГ/hкр), (кривая 1), К= f(LГ/hкр), (кривая 2).                

        

m  – коэффициент расхода сооружения без гасителя; mГ – коэффициент расхода сооружения с водобойной стенкой; LГ – расстояние от выходного сечения до гасителя

Рисунок 21    Графики зависимостей: 1-

.

 

При этом, коэффициент расхода сооружения определялся по формуле:

                                                                                                   (24)

         где Н – глубина воды перед сооружением.

   Эти опыты проводились при пропуске центральным пролетом модели трехпролетного сооружения расхода Qм=3,5л/с (11,0м3/с в пересчете в натуру) и длине крепления нижнего бьефа  Lкр = 60см.

Предлагаемая методика расчета высоты водобойной стенки сводится к следующему:

         1) определяется глубина в сжатом  сечении и сопряженная с ней глубина h2;

         2) рассчитывается высота гасителя по формуле (4.15, разд.4), При этом допускается, что гаситель не подтоплен;

         3) если высота гасителя окажется меньше глубины воды в отводящем русле, устанавливается значение  и расчет производится по формуле (4.14, разд.4);

 4) для нового значения hг  определяется  и, если величина существенно       отличается от первой, то hг  определяется вновь и т.д.

         Методика расчета водобойного колодцев в виде водобойного уступа следует вести в следующем порядке:

         1) определяется глубина h2 сопряжения с глубиной в сжатом сечении за щитом h1 или глубиной в конце быстротока hб по формуле    ;

         2) рассчитывается глубина по формуле (4.8, разд.4) с учетом равенства Н=hнб. Коэффициент  затопления  прыжка принимается, равным, =1,05–1,1;

         3) предварительно определяется глубина колодца в первом приближении по формуле   ;                                          

   4) определяется глубина h2, сопряженная с hс.1, после чего глубины колодца во втором приближении рассчитывается по формуле  ;                                                 

5) полученную величину   сравнивают  с hкол.1. Если разница значительна (более 1–3%), устанавливают глубину в сжатом сечении при новой глубине колодца и расчет проводят повторно.

Методика расчета глубины комбинированного колодца заключается в следующем:

1) определяется глубина в сжатом сечении за  комбинированной стенкой. Она должна быть равной  глубине в отводящем русле. При этом,  высота стенки на выходе из колодца выбирается такой, чтобы за ней не происходил отгон прыжка    ;                                             

2) определяется  высота комбинированной стенки. При этом, чтобы за стенкой имел место затопленный прыжок, высоту ее принимают несколько меньше, умножая на коэффициент 0,9–0,95. Глубину колодца перед стенкой определяют так же, как и глубину обычного колодца.

3) длина колодцев в виде водобойного уступа должна приблизительно равняться длине подпертого прыжка, которая в среднем меньше длины прыжка в 1,44 раза, поэтому длина таких колодцев может быть принята равной =3h2.

В пятом разделе диссертации рассмотрены вопросы защиты водорегулирующих сооружений от местных размывов в нижнем бьефе.

В результате проведенных исследований уста­новлено, что сплошные водобойные стенки и прорезные водобойные стенки с шириной прорези не более чем в 30% от ширины выступов обладают большой распределительной способностью.

Для правильного устройства гасителей, расположенных под углом к оси русла была проверена опытная проверка их применительно к конструкции данного сооружения и условиям его работы.

 В табли­це 1 приведены  значения разностей отметок поверхности русла на участ­ке размыва и крепленая нижнего бьефа, полученные при проведении опытов с гасителями в виде прямолинейной стенки  нормальной к оси русла (створы I и 2) и стенок с изломов в сторону нижнего бьефа при =136° (створы 5 и 6). Опыты проводились при пропуске расхода   Qм=6 л/с двумя крайними пролетами модели четырехпролетного сооружения. Глубина в нижнем бьефе была принята hнб =6,5см, а в верхнем бьефе hвб =9,0 см.

 

Таблица 1 – Результаты опытов с гасителями в виде прямолинейной стенки 

 

ство-ров

№№  т о ч е к

Рас

стоя

ние от конца креп

ления,см

7

6

5

4

3

2

1

0

1

2

3

4

5

  6

7

 

 

Глубина размыва /см/

1

1,0

0,6

-

-

0,2

0,2

0,7

0,7

1,5

1,9

1,8

1,1

1,7

1,4

1,8

5

2

1,0

0,4

-

0,2

0,4

0,2

0,3

0,7

1,7

2,0

1,8

0,7

1,1

1,1

1,8

7

3

1,0

0,4

0,1

0,0

0,2

0,3

1,5

1,9

0,7

1,3

1,4

1,1

1,9

1,4

1,8

3

4

1,1

0,4

0,1

-

-

-

1,1

0,4

-

0,6

1,0

0,9

1,8

1,9

1,7

6

5

1,0

0,3

-

-

-

0,2

0,6

2,7

2,8

2,5

2,2

2,7

2,9

2,3

2,4

3

6

1,1

0,8

-

-

0,1

0,1

0,8

3,5

3,8

3,4

2,1

1,1

2,4

2,5

2,5

7

 

Как видно из таблицы 1 при =156о работа гасителя несколько улучшается, а при <136° глубина разрыва возрастает в срав­нении с прямолинейной водобойной стенкой.

На рисунке 22 приведен график изменения К=f(), построенный на основе серии опытов, проведенных с гасителями при различных значениях .  При этом, треугольные точки  соответствует гасителям с изломом в сторону верхнего бьефа.

Установлено, что при уменьшении угла   направление движения потока  не совпада­ет с направлением нормали к фронту слива с гасителя.

Экспериментальные опыты на модели показывают, что при работе двумя центральными  трубами, гасители с изломов в сторону нижнего бьефа работают несколько лучше прямолинейных стенок, что говорит о возможности их применения за одноочковыми сооружениями.

 

 Рисунок 22 – Графики зависимости для порогов, установленных под углом к оси русла

 

         Установлено, что кроме явления поперечной циркуляции, для дополнительного расширения потока в плане, можно воспользоваться эжекционной способ­ностью струй. Для расширения потока за счет эжекционной способности ст­руй нужно направить некоторую часть струи в сторону проти­воположного берега, которая может увлечь за собой часть потока. Такую струю следует создать путем исполнения гасителя в виде трех порогов, средний из которых выдвинут в сторону верхнего бьефа.

Оказалось, что значительное улучшение работы гасителей обеспечивается при искусст­венной шероховатости, устраиваемой за ними. Наиболее простыми в исполнении и эффективными устройствами такого типа, являются ребра высотой равно . Искусственная шероховатость в виде ребер позволяет уменьшить длину участка успокоения потока за гасителями и значительно уменьшает размыв возникающий при глубине в нижнем бьефе , т.е. во время попусков  в сухое русло, а также в случае отгона гидравлического прыжка,  образованного за  основным гасителем.

Для выбора типа гасителей и разработки конструкции креплений нижнего бьефа, позволяющей предотвратить местные размывы за трех и четырехпролетными водорегулирующими сооружениями с переездом на мо­делям с размываемым руслом, были проведены опыты с различными гасителями, наиболее предпочтительные из которых показано на рисунках 23, 24.

Прорезная водобойная стенка, показанная на рисунке 22, была запроектирована проектно-изыскательским институтом "Казгипрорис". Высота его равнялась hr=0,76.

 

Рисунок 23 – Прорезная водобойная стенка

 

Несмотря на это, при пропуске расхода =3,5 л/с одним из трех пролетов сооружения за гасителем наблюдался местный размыв глубиной=1,2см на дне русла и =3,1 см на откосе (по вертикали), что видно из таблицы 2, в которой приведены значения разности отметок поверхности на участке размыва и участке крепления нижнего бьефа (створы 1 и 2). Размыв русла за таким гасителем объясняется неудачным выбором место расположения  гасителя.

Таблица 2 - Результаты опытов с гасителями по вертикали

ство-ров

№№ точек

Расстоя-ние от конца крепле-ния, (см)

7

6

5

4

3

2

1

0

1

2

3

4

5

6

7

 

Глубина размыва (см)

1

1,0

2,2

1,4

0,8

1,8

0,6

1,2

1,2

1,4

0,8

0,7

1,4

3,0

3,1

2,9

2

2

1,2

2,2

2,1

0,5

0,8

-

0,6

1,0

0,8

0,8

1,1

0,1

1,9

3,0

2,5

6

3

2,1

2,2

2,0

0,6

1,3

1,6

1,7

1,9

2,0

1,4

1,3

0,7

0,4

0,1

0,1

2

4

1,8

2,1

1,4

-

1,0

2,7

2,8

2,9

3,0

1,6

0,5

0,7

0,2

-

0,3

5

5

1,0

1,1

0,3

0,7

1,1

0,3

0,7

1,2

1,3

1,1

1,2

0,8

0,4

0,4

0,3

3

6

0,7

-

-

-

0,2

0,1

-

-

1,0

1,3

0,8

-

-

0,2

0,3

5

7

0,6

0,2

-

-

0,2

0,1

-

0,1

-

-

-

-

-

0,7

0,6

7

 

Устройство подобного гасителя высотой hr=0,65=3см., расположенного на расстоянии =2,5, =11,2см от выходного сечения сооружения, позволяет полностью предотвратить размыв  при пропуске того же расхода через центральной пролет трехпролетного сооружения.

Гасители  исполненные в виде трех порогов, средний из которых выдвинут в сторону верхнего бьефа (рисунок 24), позволяет предотвратить размыв при работе сооружения  как средним так и крайними пролетами. При этом, работа сооружения крайним пролетом сопровождается образованием струи, выходящей из проема между крайним и центральным порогами и направленной к противоположному берегу, которая отклоняя соседние струи, дополнительно расширяет поток. Такой гаситель обеспечивает бессбойное течение в нижнем бьефе и при других режимах работы сооружения. В диссертации изложены результаты изучения конструкции подобного гасителя для четырехочкового сооружения.

 

Рисунок 24 – Гасители в виде трех порогов

 

Гасители в виде стенки с изломом  в сторону нижнего бьефа (), были построены за двумя однопролетными сооружениями на канале Р-3 (ГК-1 + 77,0) с расходом =15 м3/с. Высота стенки принята равной hr=0,7∙. Оказались, что местные размывы за креплением нижнего бьефа сооружений не наблюдаются.

Гаситель в виде прорезной водобойной стенки, высота которой принята равной hr=0,7∙, а расстояние от начала крепления , был построен за двухпролетным  сооружением с прямоуголь­ными безнапорными трубами с расходом=37м3/с на канале P-I2 (ГК-72+100). Местные размывы за сооружением в течение двух лет работы не наблюдались.

Опыты, проведенные с различными конструкциями крепления нижнего бьефа показывают, что гасители энергии потока и растекатели,  разработанные для одних сооружений, не всегда возможно успешно распространять на другие и при выборе энергогасящих устройств, предупреждающих местные размывы за водорегулирующими сооружениями в нижнем бьефе, нужно учитывать особенности конструкции  сооружения и принцип  действия существующих  гасителей и растекателей.

В диссертации дана оценка  различным мерам борьбы с местными размывами и предложения по выбору гасителей, предложен классификатор конструктивных мер по защите водорегулирующих сооружений от местных размывов.

В ходе проведения опытов было выявлена необходимость прочистки водобойного колодца от накопившихся песчаных отложений. Для эффективного решения данного вопроса нами  разработано  и освоено новое устройство для удаления песка из колодца (а.с. №1604402,СССР), (рисунок 25). Установлено, что его рациональная работа обеспечивается при относительном напоре hr=0,21-0,25 и коэффициенте эжекции dг=0,86-0.91.

1- водобойный колодец; 2-песчаные отложения; 3- гидроэлеваторный узел; 4-напорная труба; 5-пульпопровод; 6-рабочее сопло; 7-приемная камера гидроэлеватора; 8- труба для прочистки.

                   Рисунок 25 - Устройство для удаления песка из колодца

 

 Использование другого нового устройства для сбора всплывающих веществ из поверхности отстойников (патент №2031848 РФ) оказалось особенно эффективным при подаче воды на распределительные водопроводы.

  В целом, технико-экономическая эффективность предлагаемых мероприятий по предотвращению размыва грунта на открытых водорегулирующих сооружениях достигается за счет снижения затрат на восстановления нижнего бьефа сооружения после размыва грунта и разрушения укрепляющих арматур русла канала. Экономия этих затрат, приведенное на одно сооружение, составляет 4,5 млн.тенге. При указанных условиях эксплуатации, годовой экономический эффект от снижения или предотвращения разрушения равняется 0,95-2,3 млн.тенге.

 

ВЫВОДЫ

 

   1. Глубина местного размыва за сооружением, помимо свойств грунтов слагающих русло, зависит от взаимодействия потока на выходе из сооружения с потоком в канале. При сопряжении  бьефов без гидравлического прыжка за сооружением, условия взаимодействия потоков определяются  степенью сжатия потока сооружением в плане и кинетичностью потока в верхнем и нижнем бьефах.

   2. Повышенную опасность для размыва грунта и  крепления нижнего бьефа  за водорегулирующими сооружениями представляет собой сбойное течение спокойного потока при степени сжатия сооружением в плане  и глубине в нижнем бьефе .

   3. При значениях угла сбоя α=7+100 наблюдается сбойное течение бурного потока, обладающего  высокой кинетичностью на большом удалении от выходного сечения сооружения. С увеличением глубины воды в нижнем бьефе, поток на участке сопряжения все больше искривляется в плане. При α=25+270 поток спокоен, неравномерность распределения скоростей по ширине русла слабо выражена.

   4. За многопролетными шлюзами-регуляторами с горизонтальным креплением при напоре до 0,5м, в качестве расчетной формы сопряжения бьефов можно принимать сопряжение участком со сбойным течением, т.к. этому режиму соответствует наиболее широкие пределы изменения глубины в нижнем бьефе.

   5. Длину участка сопряжения сбойным течением при степени симметричного сжатия потока сооружением в плане вс/вр=0,4÷0,8 и глубине в нижнем бьефе можно определить по формуле hнб= (1,2÷2,0) hкр. при сбойном течении длина участка сопряжения бьефов при η≤0,5 имеет значительную величину lb>30hкр.  Принудительное расширение потока в плане на выходе из сооружений при помощи га­сителей энергии и растекателей считается целесообразным.

6. Для предупреждения местных размывов в нижнем бьефе трех-четырехпролетных шлюзов-регуляторов с напором до 0,5м первоочередной задачей является расширение потока со сбойным течением в плане, при помощи гасителей обладающих большой распределительной способностью.

Гасители, обеспечивающие бессбойное течение в нижнем бьефе при hнб= 1,3hкр предотвращают местные размывы.

7. Высоту водобойной стенки, при  сопряжении  бьефов участком со сбойным течением спокойного потока (беспрыжковом сопряжении) можно определить исходя из условия образования донного сопряжения за стенкой  по формуле (23). Длину всего крепления нижнего бьефа с гасителем в виде сплошной водобойной     стенки  следует принимать по зависимости .

   8.Установлено, что при степени сжатия потока сооружением  сечение потока перед гасителем очерчивается параболической кривой, а при >2,4 линией напоминающей кривую Гаусса. Для значений  =1,45¸2,40 получена формула (22), по которой можно подсчитывать среднюю величину напора над гасителем. По среднему напору над гасителем можно определить коэффициент  расхода гасителя в расчетных условиях.

  9.За всеми гасителями целесообразно усиление шероховатости  поверхности крепления нижнего бьефа при помощи ребер высотой  . Для улучшения диссипации энергии потока пороги и стенки исполнять прорезные с шириной прорези меньше 30% от ширины выступов.

   10. Гасители энергии потока, обеспечивающие бессбойное течение в нижнем бьефе в условиях наибольшей активности сбойного течения спокойного потока   (при =2,0 и hнб =1,3hкр) при пропуске максимального удельного расхода, позволяют предотвратить местные размывы и при других значениях глубины в отводящем русле и степени сжатия потока сооружением в плане.

11. За четырехпролетным сооружением наилучшее расширение потока имеет место при устройстве гасителя, показанного на рисунке 24, в котором имеется дополнительный центральный порог.

12. Технико-экономическая эффективность от предотвращения размыва грунта за водорегулирующим сооружением достигается за счет экономии затрат на восстановления разрушенных креплении и размытой поверхности.

Годовой экономический эффект, рассчитанный на одно сооружение составляет 0,95-2,30 млн.тенге.

Оценка полноты решений поставленных задач. Поставленная цель перед диссертацией достигнута и задачи исследований решены. Результаты выполненных работ доведены до внедрения.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Для широкого внедрения на практике рекомендуются научно обоснованные мероприятия по предупреждению регулирующих сооружений на открытых источниках водоснабжения от разрушения, которые обеспечивают устойчивость работы водорегулирующих узлов. Предлагаемая методика расчета водобойных стенок и комбинированных колодцев могут быть использованы инженерно-техническими работниками проектных и научно-исследовательских организации при проектировании новых и реконструкции эксплуатируемых гидротехнических сооружений, а также в ВУЗах

Оценка технико-экономической эффективности внедрения.Технико-экономическая эффективность от предотвращения размыва грунта за водорегулирующим сооружением достигается за счет экономии затрат на восстановления разрушенных креплении и размытой поверхности. Годовой экономический эффект, рассчитанный на одно сооружение составляет 0,95-2,30 млн.тенге.

Оценка технико-экономического уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Достаточно высокий уровень выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области характеризуется  научной новизной результатов исследований по предотвращению местного размыва на открытых водорегулирующих сооружениях системы водоснабжения и практической ценностью  использования конкретных мероприятии и новых технических решении, имеющих патентную чистоту.

 

 

 

 

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

 

1 Шинибаев А.Д., Толеушова Р.Ж. Пространственный гидравлический прыжок//Межвузовский сборник научных трудов, КазГАСА. -Алматы, 2000.с.194-198.

2 Шинибаев А.Д. Пространственные формы сопряжения бъефов за гидротехническими сооружениями на каналах//Межвузовский сборник научных трудов, посвященный 20-летию КазГАСА.Часть 1. -Алматы, 2000. с.139-143.

3 Мырзахметов М.М., ШинибаевА.Д.. Сооружения для регулирования расхода и уровня воды в каналах//Вестник КазГАСА. -Алматы, 2001.-№1 с.95-99.

4 Шинибаев А.Д., Мамреев Е.Т. Сопрягающие сооружения на оросительных каналах//Вестник КазГАСА. -Алматы, 2001. -№1(2) с.195-199

5 Шинибаев А.Д. Влияния конструкции сооружения и условий их эксплуатации на размыв русла//2-я Центрально-азиатская международная конференция. Тезисы докладов.- Алматы, 2001.с.56-59.

6 Шинибаев А.Д., Конструктивные особенности сооружений и условия их эксплуатации//2-я Центрально-азиатская Международная конференция тезисы докладов. -Алматы, 2001.с.59-62.

7 Мырзахметов М.М., Шинибаев А.Д. Сопряжение бьефов в условиях плоской задачи//Вестник Инженерной академии РК. -Алматы, 2001.-№3.с.89-92.

8 Шинибаев А.Д., Мырзахметов М.М. Особенности гидравлического прыжка//Международная научно-практическая конференция, КазГАСА. -Алматы, 2002.с.56-58.

9 Мырзахметов М.М., Шинибаев А.Д. Причины образования сбойных течений//Центрально-азиатская Международная научно-практическая конференция. -Алматы, 2002.с.374-378.

10 Шинибаев А.Д., Мамреев Е.Т. Местные размывы русла в нижнем бьефе сооружений на каналах//Центрально-азиатская Международная нучно-техническая конференция. -Алматы, 2002.с.378-381

11 Шинибаев А.Д. О механизме явлений размыва//Научный журнал МОиН “Поиск”. -Алматы, 2002. с. 246-250.

12 Шинибаев А.Д. О защите сооружений на каналах от местных размывов // Вестник КазГАСА. -Алматы, 2002. с.125-129.

13 Шинибаев А.Д.,  Мырзахметов М., Мамреев Е.Т. Терендіктегі жергілікті шайылудың эксперименттік тәсілдері туралы// ҚР БжҒМ Халықаралық журналІзденіс”. -Алматы, 2003. 223-227б.

14 Мырзахметов М.М., Шинибаев А.Д., Мамреев Е.Т. Ағын параметрлері арқылы жергілікті шайылудың пайда болуы//КазМСҚА Хабаршысы. -Алматы, 2003. 128-132б.

15 Шинибаев А.Д., Мамреев Е.Т. Пассивные меры защиты от местных размывов//Центрально-азиатская Международная научно-техническая конференция. -Алматы, 2003.с.552-556.

16 Шинибаев А.Д. Влияние конструкции сооружений и условий их эксплуатации на размыв русла//Научный журнал МОиН “Поиск”. -Алматы, 2003г., с. 221-215.

17 Шинибаев А.Д., Влияние параметров потока на явления размыва// Вестник КазГАСА. -Алматы, 2003. с.116-220.

18 Шинибаев А.Д. Об экспериментальных методах прогнозирования глубины местных размывов//Вестник КазГАСА. Алматы, 2003. с. 151-155.

19 Шинибаев А.Д. Влияние свойств грунтов, слагающих русло//Вестник КазГАСА. -Алматы, 2003. с.148-153.

20 Шинибаев А.Д., Наурузбаев К.А. Перераспределение удельных расходов по глубине потока за гасителями гидротехнических сооружений//Материалы Международной конференции. КазГАСА. Часть 2.  -Алматы, 2003.с.122-125.

21 Мырзахметов М.М., Шинибаев А.Д., Мамреев Е.Т. Устойчивость частицы грунта под влиянием параметров потока. Материалы Международной конференции.Часть 2. КазГАСА. -Алматы, 2003.с.155-157.

22 Мырзахметов М.М, Шинибаев А.Д.,  Гашение избытка кинетической энергии потока в гидравлическом прыжке//Вестник КазНУ, -Алматы, 2003 г.№3 с.104-107.

23 Шинибаев А.Д. Гашение энергии за счет расщепления потока на струи// Вестник КазНУ.-Алматы, 2003.№4 с.101-106.

24 Мырзахметов М.М., Шинибаев А.Д., Мамреев Е.Т.Активные меры защиты гидротехнических сооружений от местных размывов//Вестник КазАТК. -Алматы, 2003. - №6, с.21-25.

25 Шинибаев А.Д., Калиев С.М. Плановое сжатие сбойного потока сооружением//Материалы второй международной научно-технической конференции.Транспорт Евразии.  Том 4 (часть 2).-Алматы,2004.с.144-148.

26 Шинибаев А.Д., Калиев С.М. Некоторые особенности методики расчета высоты водобойного и комбинированного колодцев// Международная научно-техническая конференция. КазНТУ, Часть 1.-Алматы, 2004.c.123-126.

27 Шинибаев А.Д.. Меры защиты сооружений от местных размывов. Вестник КазГАСА. – Алматы.2004.-№4.с.67-71.

28 Мырзахметов М.М., Шинибаев А.Д., Калиев С.М.  Крепление нижнего бьефа//Научно-технический журнал «Водные ресурсы и водопользование». -Астана, 2004. №6,с.103-106.

29 Шинибаев А.Д. Конструктивные меры защиты сооружений на каналах от размывов//Научно-технический сборник КазГНИИНТИ «Новости науки Казахстана».-Алматы, 2004. -Выпуск 4 (82),с.58-64.

30 Шинибаев А.Д. О сопряжении потоков в нижнем бьефе сооружении//Научно-технический сборник КазГНИИНТИ «Новости науки Казахстана», -Алматы, 2004. -Выпуск 4.с.65-69.

31 Шинибаев А.Д., Калиев С.М. Некоторые особенности образования сбойных течений//Вестник КазНТУ, -Алматы. 2004. -№ 5. с.95-101.

32 Шинибаев А.Д. Некоторые особенности комбинированных гасителей и растекателей//Научно-технический журнал «Промышленный транспорт Казахстана» КУПС, -Алматы, 2004. -№1.с.90-94.

33 Шинибаев А.Д., Тюменев С.Д. Особенности гасителей энергии ковшевого типа//Вестник КазНТУ, -Алматы. 2005. №5. с.33-37.

34 Шинибаев А.Д., Мамреев Е.Т. Төменднгі бъефтегі ағынның қоршаған ортамен байланысы//КазҰТУ Хабаршысы, -Алматы. 2005. -№5. 81-85б.

35 Шинибаев А.Д. Тюменев С. Констукции, обеспечивающие удаление воронки размыва от сооружения /Научно-технический журнал «Водные ресурсы и водопользование» -Астана, 2006. -№9.с.45-47.

36 Шинибаев А.Д. Алиев Б.З., Куракбаев Е. Форма сопряжении потоков в нижнем бъефе сооружений//Вестник КазГАСА.-Алматы. 2006. -№3, с.106-110.

37 А.С.1604402 (СССР). Песколовка с гидроэлеваторной системой удаления осадка//Мырзахметов М.М., ШинибаевА.Д.-М., 1990. - 3с.

38 Шинибаев А.Д., Тюменев С.  Защита сооружений от местных размывов// Международная научно-техническая конференция. «Су арнасы».-Астана, 2007.с.157-161.

39 Тюменев С., Шинибаев А.Д.  Комбинированные гасители и растекатели для защиты сооружений от местных размывов//Вестник Каракалпакского отделения Академии наук Республики Узбекистан, -Нукус, 2008. -№2.с.21-23.

40 Шинибаев А.Д., Тюменев С.   Гашение избытка кинетической энергии потока в нижнем бьефе//Вестник Каракалпакского отделения Академии наук Республики Узбекистан, -Нукус, 2008.- №3.с.12-14.

41 Шинибаев А.Д., Искакова К.А., Калиев С.М. Сопряжение потоков сбойного течения в нижнем бьефе//Международная научно-практическая конференция. «Архитектура и строительство в новом тысячилетии», -Алматы., 2008.c.200-204.

42 Шинибаев А.Д. Взаимодействие потока в нижнем бьефе в разных формах планового расширения потока//Труды Международной конференции по распространению упругих и упругопластических волн, посвященной к 100-летию со дня рождения академика Х.А.Рахматулина. -Бишкек. 2009. c.217-223.

43 Шинибаев А.Д., Усенов А. Совершенствование осбенностей методики расчета водобойной стенки//Труды международной конференции по распространению упругих и упругопластических волн, посвященной к 100-летию со дня рождения академика Х.А.Рахматулина. -Бишкек. 2009.c.223-227.

44 Патент 2031848 (Россия). Устройство для сбора всплывающих веществ//Алексеев Е.В., ШинибаевА.Д. - Москва, 1995. -4с.

45 Шинибаев А.Д., Касымбеков Ж.К. Изучение размеров воронки размыва за многопролетными шлюзом-регулятором в зависимости от состояния потока//Materialy V Miedzynarodowej naukowj konfereneji «Wschodnia spolka – 2009»,Volume 9 Techniczne nauki – Пшемысль (Польша), Nauka i studia,2009.

46 Касымбеков Ж.К., Шинибаев А.Д. Натурные исследования местного размыва при эксплуатации водорегулирующих сооружений на каналах// Materialy v mezinarodni vedecko-praktika conference «VEDECKY PRUMYSL EVROPSKEHO  RJNTINENTU-2009».-Praha(Чехия),2009. c.45-48.

47 Шинибаев А.Д., Исследования форм сопряжения бьефов со сбойным течением за водорегулирующими сооружениями//Труды Международного форума «Наука и инженерное оборудование без границ», КазНТУ, том 2.- Алматы, 2009. с.214-217.

                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тұжырымдама

 

Шыныбаев Абай Дүйсекұлы

 

Сумен жабдықтау жүйесіндегі ашық су реттегіш ғимараттардағы жергілікті шайылуды болдырмау және зерттеу

 

05.23.04 – Сумен жабдықтау, канализация және су қорларын қорғаудың құрылыс жүйелері

05.23.07 – Гидротехникалық  құрылыстар

 

Зерттеулерді жүргізу. Сумен жабдықтау жүйесінде пайдаланылатын ашық түрде салынған көп аралықты су реттегіш ғимараттар мен оның суағар төменгі беті.

Жұмыс мақсаты. Сумен жабдықтау жүйесіндегі ашық көзді су реттегіш ғимараттардың жұмысын оның төменгі жағындағы грунттардың шайылу себебін зерттеу арқылы жаңарту және жергілікті шайылудан сақтандыру үшін ағын энергиясын төмендетуді есептеу әдістемесін, шайылымды болдырмау шараларын жасау.

Жұмысты жүргізу әдісі. Сумен жабдықтау жүйесіндегі ашық көзді су реттегіш ғимараттардың  кейінгі жергілікті шайылуды және қарастырылған материалдарды талдау мен зерттеу.

Жұмыс нәтижесі. Зерттеу кезінде «бьефтің тербелуі» циклдің қайталануы ретінде қарастырылды. Олардың төменгі бьефте тереңдіктің біртіндеп көбею кезінде болатыны байқалады. Қарқынды ағымның жайылуына қажетті реттелу ағымы кезінде оның ағыс жылдамдықтарының азаюы және учаске басындағы эжекциялануы келуі көрсетілген.

Су реттегіш ғимараттардан кейінгі «бьефтің тербелуі» суағызу арнасының тереңдігі hнб=(0,84–0.85)hкр болған жағдайда тұрақталады. Шығу қимасынан қашықтаған сайын оның жоғары кинетикалық ағымының бір бағытта кеңеюі өткізу арнасының тереңдік жанында көбірек байқалады және жаға мен арна түбінің шайылуына мүмкіндік туғызады.

Реттеу ағымының ауданы соғылу бұрышымен α және үлкен құйынша ұзындығымен Lв сипатталады. Ағыстың динамикалық өсінің шығу қимасы мен жағаға жанасу қимасы аралық бұрышы α соғу бұрышына тең. Әкету арнасының тереңдігі hнб ұлғаюымен ағыстың соғу бұрышы α өседі және оның түбін шайып кету мүмкіндігі азаяды. Өзекті жылдамдықтың азаюы арқасында жағаның шайылуы да төмендейді.

Алынған тәжірибелердің нәтижелері қысу дәрежесінің көбею құбылмалы ағыс бағытындағы аумақ ұзындығын арттырады. Ең жоғарғы құйынша ұзындығы Lв төменгі бьеф тереңдігі hнб=1,25hкр болғанда қалыптасады.

Негізгі технологиялық сипаттамалары. Ағын энергиясын төмендеткіш өлшемін тағайындау үшін су реттегіш ғимараттар сипатттамасына сәйкес есептік сұлба құрылған. Негізгі есептік сұлба ретінде оның пайдалану жағдайына және ғимарат типімен анықталатын бьефтердің жанасуы қабылданды. Көп аралықты шлюз-реттегіштерден кейінгі 0,5 м-ге дейінгі құламалар және көлденең бекіткіш бьеф жанасу сипаттамасының сұлбасы баяу ағынды ағым болып табылады. Ғимараттарды жергілікті шайылудан қорғау үшін ағынның кинетикалық энергиясын барынша азайту көзделген. Ғимараттан кейінгі жергілікті шайылудың тереңдігі арна бойындағы   ағыстың өзара араласу жағдайына байланысты екендігі анықталған.

Ағын энергиясын төмендеткіш параметрлерінің тағайындауға және есептеуге арналған тең сұлба гидравликалық құрылым сипаттамаларына сәйкес қабылдануы қажет. Бұл жағдайда ең басты есеп айыратын сұлбалар астыңғы бьефтердің ерекшілігімен айқындалады, оның шартты жұмыс істеу үлгісімен анықталады.

Сумен жабдықтау жүйесіндегі ашық көзді көп аралықты реттегіш-шлюздармен және көлденеңдік бекітулер құламамен 0,5м денгейге дейін жұмыс істеген кезде, астыңғы бьефте кездесетін ағынды реттеу түрлерінен түзіледі, сондықтан жергілікті шайылудың алдын алу мәселелерін тоқтату үшін, кинетикалық энергия ағымның жайылуына, ағыс жылдамдықтары және учаске басында эжекция тереңдігінің жергілікті азаюына көңіл бөлу қажет.

Өндіріске енгізу дәрежесі.Ғылыми-зерттеу жұмыстарының нәтижелері «Су ресурсы-Маркетинг» ЖШС, «Шардара гидроэлектростанция» АҚ, Қазақстан Республикасының Ауыл шаруашылық министрлігінің Су ресурстары комитетінің Шардара филиалы «Югводхоз» РМК нысандарында, «Экотех» ЖШС, «Экожобалау» ЖШС, және де Қ.И.Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ «Құрылыс және сәулет» институтының оқу процесінде енгізілген.

Пайдалану саласы. Қалалық және ауылшаруашылық сумен қамтамасыз ету жүйелерінде, сумен жабдықтау жүйесінің ашық су реттегіш құрылымдарында және басқа саладағы гидротехникалық ғимараттарда.

Экономикалық тиімділік. Су реттегіш ғимараттардың техника- экономикалық тиімділігі топырақтың шайылуын болдырмаудың нәтижесінде, бұзылған бекітулер мен орын алған шайылуды қалпына келтіруге кететін шығынды үнемдеудің негізінде іске асырылады. Бір ғимаратқа шаққанда жылдық экономикалық тиімділік 0,95-2,30 млн. теңгені құрайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Summary

 

Shinibaev Abaj Dujsekovich

 

Research and prevention of local washout on open water regulating constructions of system of water supply

 

05.23.04 – Water supply, the water drain and building systems of protection of water resources

05.23.07 – Hydraulic engineering building

 

Object of research. Multiflying sluices-regulators (water regulating constructions) on open sources of system of water supply.

The work purpose. Studying and improvement of work of open water regulating constructions of system of water supply by elimination of the reasons causing local washout of a ground, and working out action for the prevention and design procedures extinguish energy of a stream in spatial conditions.

Research technique. Studying, generalisation and the analysis of materials on research and prevention of local washout behind regulating constructions on open sources of system of water supply.

Results of works.

 «The swing bief» represents repeated repetition, i.e. consists of interface forms biefs which are observed at gradual increase in depth in bottom bief. At rough a current, because of increase in speed of a stream and ejection in the beginning of a site of interface there is a local reduction of depth, sufficient for extend a rough stream in the plan.

Are experimentally established that «the swing бьефа» is observed of water regulating constructions at depth in a taking away channel hnb = (0,84–0.85) hкр. Slow unilateral expansion of a stream in the plan at rough a current causes high kinetication it at a great distance from target section and possibility of considerable washout as channel bottom, and coast.

The site rough currents is characterised by a failure corner α (length small whirlwind) and length big whirlwind Lв. The failure corner α can be accepted equal to a corner between a channel axis in a straight line of a connecting point on a dynamic axis of a stream in target section and sections in which it runs on coast. With depth increase in a taking away channel hnb the corner of failure of a stream α increases and its ability to bottom washout decreases. Washout of coast, thus, as is weakened in a consequence of reduction of size of actual speeds.

Results of the received experiences show that with increase in degree of compression the length of a site with rough a current of a quiet stream increases. The greatest rather stable length big whirlwind Lв turns out at depth in bottom bief hnb=1,25hкр.

The cores structurally-technical characteristics.

The correct choice of the settlement scheme which is characteristic for water regulating constructions is necessary for appointment of the sizes gasitel for energy of a stream. The basic settlement scheme is the interface form biefs, defined by type of a construction and a condition of its operation. Behind multiflying sluices-regulators with difference to 0,5 m and horizontal fastening, the characteristic form of interface biefs is rough a current of a quiet stream. For protection of constructions against local washouts, not so much dispersion of kinetic energy of a stream, how many expansion of the last in the plan is important.

Depth of local washout behind a construction, besides properties grounds composing a channel, depends on stream interaction on an exit from a construction with a stream in the channel. At interface biefs without a hydraulic jump behind a construction, conditions of interaction of streams are defined by degree of compression of a stream a construction in the plan and kinetication a stream in top and bottom biefs.

Gasitels energy of the stream, providing without  rough a current in bottom bief in the conditions of the greatest activity rough currents of a quiet stream at the admission of the maximum specific expense, allow to prevent local washouts and at other values of depth in a taking away channel and degree of compression of a stream a construction in the plan.

Practical realisation. Results of research work are introduced in Open Company «Water Resources-marketing», in ААО «Shardarinsky hydroelectric power station», on обьектах committee on water resources МСХ RK - Shardarinsky branch RGP "Southern Water management", in Open Company "EkoTEX", in Open Company "Eko-zhobalau", and also of institute “Buildings and architecture” are introduced by KazNtU of a name K.I.Satpaeva in educational process.

Introduction area. It is applied in system of operation of constructions of agriculture, hydraulic engineering constructions and on open water regulating constructions of system of water supply (the sluices-regulators regulating the devices and water channels).

Economic efficiency.

Technical and economic efficiency from prevention of washout of a ground behind a water regulating construction is reached at the expense of economy of expenses on restoration destroyed fastening and a dim surface. The annual economic benefit calculated on one construction makes 0,95-2,30 million tenge.

 

 

Вы 7228-й посетитель.
Powered by Drupal
Copyright © KazNRTU, 2007-2016