Гидравлика узлов сопряжения открытых спокойных потоков Мухамедов, Дурбек Аминович

Введение к работе

Актуальность проблему» В сїязи с острым дефицитом оросительной воды в бассеіінах рек Снрдарьи и Амударьи, в Узбекистане, Казахстане и других республиках Средней Азии важной проблемой становится совершенствование действующих и проектирование новых высокоэффективных гидротехнических сооруаений гл искусственных и естественных, водотоках. Значительную часть таких сооружений составляют водовпускные и водовыпускные сооружения, которые образуют узлы слияния, дєлєїіяя к пересечения потоков.

В настоящее время в практике водохозяйственного строительства в равноа степени широко используется создание узлов слияния и деления для уоловии согфяяения напорных и безнапорных потоков. В местах пересечений естественных и искусственных водотоков в основном используется их сопряжение в виде дюкеров и акведуков, строительство и эксплуатация которых требует больших материальных затрат. Значительно реке сопряжение водотоков выполняется в виде узла открытого пересечения. С экономической точки зрения это значительно выгоднее, однако неучет гидравлического режима пересекающихся потоков и возникающих в узле пересечения русловых деформаций, как свидетельствуют данные эксплуатационных служб, еєдєт к большому материальному ущербу.

В этой связи важной проблемой становится разработка на основе теоретических, экспериментальных и натурных исследований методики расчета узлов пересечения открытых потоков, прогноза возникающих в них русловых деформаций и мероприятий по их сни-хения. Наряду с эгш большой научный и практический интерес представляют вопрооы совершенствования методики расчета узлов слияния а деления потоков, с целью-создания более совершенных компановок этих узлов, позволяющих обеспечить благоприятный гидравлический резким сопряжения потоков и минимальный объзм происходящих в них русловых деформаций.

Цель и задачи исследований» Цель» работы является разработка на основе теоретических, экспериментальных и натурных исследований методики гидравлического расчета узлов сопряжения открытых потоков, определения необходимой длины участков крепления и назначения гидротехнических элементов, аСеъпччу.ьтаях налегнуа работу угков сопряжения, Ъ соответствия с этим с:ор«у-лировагы слідужгле эада'Я исследован;:;::

1. Изучение структуры потока, его турбулентных характерне-, тик, русловых деформаций на узлах слияния и деления потоков и совершенствование на основе полученных данных методики'расчета этих узлов.

2. Изучение для различных схем сопряжения водотоков кинематической структуры пересекающихся потоков, характера изменения их турбулентных характеристик, русловых деформаций и разработка на основе этих данных методики расчета узлов пересечения открытых потоков.

3. Вывод расчетных зависимостей по определению глубин вше узлов соединения, деления и пересечения потоков и оценке местных потерь напора, возникающих в этих узлах.

4. Изучение кинематической структуры и переформирований русла на участках сопряжения натурных каналов с водотоками и разработка практических рекомендаций по сокращению возникающих в узлах сопряжения русловых деформаций.

5. На основе комплекса лабораторных и натурных данных изучение узлов сопряжения открытых потоков на моделях конкретных узлов слияния, деления и пересечения каналов с водотоками и разработка рекомендаций по выбору их рациональных схем сопряжения.

^Научная новизна работы. I. На основе теоретических, экспериментальных и натурных исследований разработана новая методика расчета узлоЕ соединения и деления открытых потоков. В основу методики положены усовершенствованные метода расчета глубин выше узлов соединения и деления потоков.

2. Впервые получены новые экспериментальные данные по гидравлике узлов пересечения открытых потоков, позволяющие установить закономерности изменения глубин, кривых свободной поверхности, границ раздела соединяющихся и разделявдихся потоков, размеров водоворотных зон, кинематической структуры потока, турбулентных характеристик и русловых деформаций до и пике узла пересечения. '

3. На основе полученных автором экспериментальных данных и теоретических зависимостей, выражающих законы изменения количества движения и сохранения энергии, разработана новая методика расчета узлов пересечения открытых потоков.

4. На основе натурных исследований на ряде крупных каналов

Узбекистана и Казахстана получены и обобщены данные по кинематическое структуре потока и русловым деформациям на участках соединения, деления и пересечения открытых потоков.

5. Проведено моделирование конкретных узлов сопряжения открытых потоков и экспериментально проверены предлагаемые методы расчета, С учетом результатов проведенных исследований разработан комплекс инженерных мероприятий по ечкженив русловых деформаций на исследованных узлах сопряжения водотоков и составлены рекомендгции по использованию рыбозащитяого устройства эколо-го-гидравлического типа на участке бесплотинного.водозабора.

Практическая значимость работы. Яа основе проведенных исс- ' ледозаниіі разработана методика расчета узлов сопряжения потоков, используемая при проектировании и зксплуаташіи узлов соединения, деления, пересечения каналов и коллекторов с водотоками. Данная методика позволяет определить основные гидравлические характеристики потока в узле сопряжения: глубины потока выше узла сопряжения; величины подпоров и понижений уровней, возникавших в верхних участках обоих рус^л; местоположение сжатых сечений} размеры водоворотных зон, образующихся при сопряжении потоков} донную и поверхностную границы разделяющихся потоков; характер распределения расходов ниже узла сопряжения; величины местных потерь напора и коэгрициеятов местных сопротивлений. Использование предлагаемой методики дает возможность установить характер распределения скоростей и величин интенсивности турбулентности на различных участках узла сопряжения, выявить зоны возможных русловых деформаций, выбрать рациональную компановку узла, которая обеспечит благоприятный режим сопряжения потоков и мя-гималь-иый объем русловых деформаций, а также позволит снизитьэкономические затраты не строительство и эксплуатацию данного узла.

Реализация результатов яооладоваяиіі. Основные результаты исследований использованыгинститутом "Соазгипроводхоз" при про-., ектированиа узлов сопряжения крупних каналов с переоекащами их' трассу водотоками; Управлением эксплуатации Лмуларьинск'лх дельтовых ирригационных каналов при проведении, берегозаштных работ на участке слияния канала иават с притоком Карауа'зысака; институтом "Узгипроводхоз" при разработке проекта реконструкции 0зер_т .но-уравнительного коллектора В Хорезмский области Узбекистана;" Государстве-чным комитетом по охране природа. Узбекаст'<ша-при раз- '

- 4 -работке рыбоохранных мероприятий иа участках бесплотинных водозаборов, в том числе на участке водозабора из Верхнего Ташкентского канала в Рамаданскую насосную станцию.

Личный вклад в решение проблемы. Данная диссертационная работа составлена автором на основе многолетних исследовании, проведенных им в лаборатории водозаборов САНИИРИ и Харьковском отделе ВНИИ ВОДТЖ). На осноеє детального анализа имеющихся в литературе данных, касающихся различных аспектов рассматриваемой проблемы, автором сформулированы задачи исследований и составлены проекты экспериментальных установок, по которым при его

личном участии осуществлено их строительство. Под руководством
и непосредственном участии автора проведены в І98І-89 гг. на
турные и экспериментальные исследования, в которых ему оказали
помощь ряд сотрудников лаборатории водозаборов САНИИРИ. Теоре
тические исследования, обработка основного объема эксперимен
тальных данных, их анализ, составление методики расчета узлов
сопряжения открытых потоков, а также формирование заключитель
ных выводов осуществлены лично автором диссертации. При выпол
нении данной диссертационной работы автор получил ценные советы
от научного консультанта, д.г.н., профессора Шеренкова И.А.

Апробация работы. Основные результаты исследований, выпол-яе^адс автором в рамках данной диссертационной работы, были об-суадены и одобрены навсесоюзных научных совещаниях, организованных институтом "Союзгипроводхоз" (гг. Ташкент, Москва, Ивантеевка, Ленинград, 1981-86 гг.); заседаниях секции гидротехники Ученого совета САНИИРИ (г, Ташкент, 1981-90 гг.); республиканских научно-технических: конференциях (гг. Ташкент, Ашхабад, Ба-

ку, Ереван, Джамбул, Тбилиси, 1981-88 гг.); на 2-й и 3-Й Всесо-
- изных конференциях "Динамика и термика рек, водохранилищ и ок
раинных морей" (г. Москва, 1984 и І9&9 гг.); У Всесоюзном гид
рологическом съезде (г. Ленинград, 1986 г.); Всесоюзной научно-
технической конференции в Гидропроекте им. С.Я.Дука (г. Москва,
I9S7 г.); 3-ем Бсеуральском научно-координационном совещании по
охране и рациональному использованию подземных вод Урала (г. Че
лябинск, 1989 г.); заседаниях секции научно-технического совета
Харьковского отдела ВНИИ В0ДТЕ0 (г. Харьков, 1990-93 гг.)} засе
дании научно-технического совета ВНИИ ВОДГЕО (г. Москва, 1991 г.)
расширенном семинаре отдела русел, лаборатории каналов, водохра-

- 9 --нилщ и сооружений САНИИРИ (г. Ташкент, 19ЭЗ г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 34 печатные работы, из них 9 в соавторстве.

Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа соо-тоит из введения, вооьми глав, основных выводов, приложения и списка литературы из 368 наименований. Она оодержит 297 страниц машинописного текста, 10 таблиц и 148 рисунков.