Введение к работе
Актуальность темы п первую очередь определяется полностью общей проблеми защиты окружающей среды, рационального использования территории горних и предгорных районов, и в частности, защитой" народно-хозяйственных объектов и земель-!!ых угодий в селеопасных районах. Прошедшие в I992-IQ93 гг. в Казахстане, Таджикистане, Туркмении, Узбекистане, Кыргызстане, Азербайджане сели сопровождались многочисленными разрушениями и жертвами. В Казахстане возможный ущерб от селей и паводков по данным ПО "Казселезащита", стгг.эляет в ценах 1989 г. 657,87 млн.руб., поотому Государственной Национальной Программой рационального природопользования Республики Казахстан предусмотрены систематические исследование селерцх процессов и разработка научного обоснования намечаемых противоселеркх мероприятий.
В последние года в изучении гидравлики селей и противо-
селевых сооружєігай наметились повне тенденции. Это обуслов
лено, с одной стороны, расширением области исследований,
привлечением к решению гидравлических задач методов гидроме
ханики, механики грунтов, механики гранулированных сред,
применением численных и "гибридных", методов исследований,
а, с другой, повышением требований к комплексности, эконо
мичности, надежности работы сооружений, учету экологических
последствий противоселевнх мероприятий. Эти новые тенденции
и предопределили направление разработок, цель и задачи ра
боты.
Цель работы - на основе теоретических, экспериментальных и натурьых исследований усовершенствовать методы расчета формирования и движения селевых потоков при транспортном и тронспортно-сдвиговом процессах селеобразования, модернизировать существующие и разработать новые конструкции, создать методы расчета противоселевых сооружений на динамические нагрузки.
Основные за пачи исследований:
изучить условия возникновения и движения селей;
на основе экспериментов и анализа явления обосновать физическую картину удара грязекамєнного селя о жесткую и податливую преграды;
разработать приемы расчета противоселевых сооружений на динамическое воздействие грязекамєнного селя;
разработать упрощенные физические и математические модели движения грязекьменных и наносоводных селей; определить параметры этих моделей;
оценить эффективность работы существующих противоселевых сооружений, подвергавшихся воздействию грязекаменных и наносоводных селей;
разработать и обосновать экспериментально новые конструкции сквозных сооружений, селеводосбросов, дать рекомендации по их гидравлическому расчету.
Научная новизна:
обоснованы и экспериментально проверены новые подходы к расчетам и проектированию противоселевых сооружений;
разработано физическая схема и расчетно-тесретическая модель у .дара грязекамєнного селя о жесткую преграду;
- разработаны математические модели, описывающие динамику
;ара грязекамешюго потока о неподвижное сооружение;
предложены расчетные зависимости для оценки удара о со-эужение отдельного камня, несомого селевым потоком;
построены физические схемы, на основе которых выведены ютемы уравнений, описывающих формирование и движение селе "і эй транспортном и транспортно-сдвиговом селевых процессах;
разработаны"математические модели движения грязекаменных наносоводных селей, учитывающие возможность захвата матери-
іа со дна и бортов русла, выявлены условия перерастания не--
эльших селей в катастрофические;
разработаны новые конструкции сквозных селеуловителей и здосбросных сооружений противоселевых плагин, показана нрин-апиальная возможность их эффективной работы;
экспериментально обоснована целесообразность применения эдагливых противоселевых конструкций.
Практическая ценность. Впервые предложены методы динами-эского расчета селевых нагрузок, учитыващие динамику ироцес-ї взаимодействия селя с сооружением (фронтальный удар и пос-эдующее обтекание) и конструктивные особенности сооружений кеоткость, период собственных колебаний я т.д.). Такой подход эзволяег получать более обоснованное решение при проекгкрова-ии сквозных селеуловителей, противоселевых конструкций.
Предложенные методы расчета движения грязекаменных и аносоводннх селей позволяют при проектировании определить зновике гидравлические характеристики потоков, максималь-
- 4 -ные объемы и расходы, границы селеопасных территорий и необходимые противоселевые мероприятия, оценить требуемые емкости селехранилищ, конструкции и размеры селеводосбросных сооружений, обосновать уклон линии занесения селехранилища. Для внедрения научных разработок в проектную практику разработаны практические алгоритмы расчета динамического воздействия гряэекоменных селей на сооружения, расчетов движения наносоводных и гряэекамешшх селей, составлены программы расчетов на ЭЬМ.
Разработанные новые конструкции водосбросов расширяют область применения вихревых водосбросов, повышают степень их надежности.
Практические рекомендации по эксплуатации противоселевых сооружений, изложенные в составе нормативного документа "Правила эксплуатации противоселевых сооружений. Основные положения" РД 33.-3.2.05-88 (Москва, Союзгипроводхоз), предназначены для использования бассейновыми управлениями и службами эксплуатации ПО "Каэселезащиты", Таджикселеэащиты и
др.
Внедрение. Результаты работы использовались Казахским филиалом института Гидропроект им. С.Я.Кука и Главным управлением по строительству и эксплуатации селезащитных сооружений при Совете Министров Казахской ССР (Казглавселезсщитой) при проектировании и строительстве селеуловителей в ур.Медео на р.Большой Алматинке, в ур.Мынжилки, на озере Иссык, на р. Талгер, но озере Кольсай и др. Фактический экономический эффект от внедрения рекомендаций на строительстве селеуло-
- 5 -вителей составил I млн. 397 тыо.руб. (в ценах 1975-1987 гг.).
Эффект получен за счет уменьшения объемов и снижения сметной
стоимости строительных работ.
Метод расчета движения наносоводннх селей использовался в институте "Каэгипроводхоз" при разработке "Схемы использования водных и земельных ресурсов долины Хадрамаут в Н7№\ что позволило разработать и обосновать схемы противоселевых и протиЕоэрозионных мероприятий, оценить границы возможных зон затопления селевыми паводками.
Рекомендации по эксплуатации с еле-водосбросов протиЕОсел^--вых плотин, селезадерживающих и селепролускных сооружений вошли составной частью б "Правила эксплуатации противоселегнх сооружений. Основные положения" РД 33-3.2.05.-63 (MockfM.
В настоящее время результаты, изложенные в диссертации, используются службой' эксплуатации ПО Казселезящиты, научно-производственным комплексом ПО Казселезащиты при разработке нормативных инструкций и при проектировании ряда объектов.
Личный вклад в решение проблемы. Диссертация является результатом многолетних исследований автора в КазНМЭнергетики. Постановка проблемы, формулирование всех рассмотренных задач, поиск путей их решения теоретическими и экспериментальными путями, научные и практические рекомендации, их анализ, выводы осуществлены автором лично.
Экспериментальные исследования на лабораторных стендах, численные расчеты на ЭВМ выполнены аспирантами Ю.М.Никоновым и М.А.ХегаЙ при непосредственном участии и под руководством автора.
- б -
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных и всесоюзных сове-щаниях и конференциях, в том числе на Всесоюзном научно-техні ческом совещании по защите г.Алма-Аты от селевых потоков (Алма-Ате, 1974 г.), на Всесоюзной конференции по проблемам гидравлической устойчивости (Тбилиси, 1975 г.),- на ХУ Всесоюзной научно-технической конференции по противоселевым мероприятиям (Ташкент, 1978 г.), на ХУІ Всесоюзной научно-технической конференции по методам расчета и прогноза селевых потоков (Нальчик, 1981 г.), на XX, ХХП, ХХІУ конгрессах МАГИ (Москва, 1983 г., Лозанна, 1987 г., Мадрид, 1991 г.), на юбилейной конференции, посвященной 40-летиго основания КазНИИЭнергетики (Алма-Ата, 1985 г.), на Всесоюзном совещании "Методы исследований и гидравлических расчетов водосбросных гидротехнических сооружений" (Ленинград, 1985 г.), на научно-техническом совете Казглавселезсщиты (Алма-Ата, 1985г на П съезде гидроэкологов СССР (Москва, 1991 г.), на советск» китайско-японском симпозиуме по предотвращению природных катастроф (Алма-Ата, Душанбе, 1991 г.). Диссертация была доложена в полном объеме на заседании республиканского научноп семинара по гидравлике открытых русел и сооружений при Киевском автомобильно-дорожном институте (1989 г.), на объединенном семинаре кафедр гидравлики, гидротехнических сооружений, инженерной гидрологик и мелиорации, механики грунтов ЛПИ им. Калинина (1989 г.), на расширенном семинаре лаборатории наносов, лаборатории защиты от селей и паводков, лаборатории защитно-регулировочных сооружений, лаборатории
- 7 -оросительных каналов САНИИРИ (1939 г.).
Степень достоверности и обоснованность выводов определятся прежде всего тем, что научные положения; лежащие в осно-е диссертации, соответствуют современным представлениям мехя-ики многофазных сред, гидромеханики и механики грунтов, остоверность результатов исследований подтверждается исполь-ованием в экспериментах крупномасштабных моделей, современ-ой измерительной аппаратуры и специально созданных средств эмерений, оценкой достоверности экспериментов, совпадением езультатов численных расчетов по разработанным мопеллм с нр-ависимыми татурными и экспериментальными данными, апробацирй езультатов работы на различных уровнях.
Связь диссертации с планом НИР института. Диссертационная абота является составной частью исследований, выполненных пол уководством и при непосредственном участии автора по 22 те-ам, включая работы" по заданиям 08.02. и 06.02.02 проблемы .85.01 плана ШЮПКР ГКНТ СССР (1975-1988 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 26 ечатных трудах, опубликованных в виде двух монографий, в атериалах международных и всесоюзных совещаний и конференций, пециалиэированных тематических сборниках. Получено 9 авторс-их свидетельств на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит з введения, семи глав, заключения, списка использованной итератур* из 253 наименований и приложения. Она изложена на 00 страницах машинописного текста и содержит 98 рисунков, 3 таблиц.