Введение к работе
Актуальность проблемы. Среднеазиатский регион является зднкм из экономических районов, где основой хозяйства является эроиаекоз земледелие, которое базируется на совместном использовании водных ресурсов бассейнов рек Амударьи н Сырдарьи. Злогоприлтные природные условия и богатые водно-эеыелылге ре -сурсы этого района создали большие возможности для развития орошаемого земледелия, эффективность которого непосредственно связана с водообеспечешостыо.
Но в природе внутркгодовое распределение речного стока ш соответствует требованиям водопотребителей. Неравномерно распределен стох и по территории. Перераспределение его в соответствии с реяииом водопотребления осуществляется водохранилищами. Зарегулированность стока р.Сырдарьи и использование ее на орошение достигает практически 100 %% о Аідударьи - сО %.
Строительство водохранилищ, наряду с положительными факторами, создает еще целый ряд других нежелательных последст?-вий - заиление полезной емкости, потери воды на испарение и фіїльтрациа, зарастание мелководна, разкьш русел рек и каналов осветленным потоком, орошение чистой водой без илистых частиц приводит к большим фильтрационным потерям в ороекгельных ка -налах и на полях орошения из-за отсутствия кслькатака лона каналов и поливных борозд, снижает плодородие почв, обнаружено влияние температурного регаша оросительной воды на снижение, урожайности сельхозкультур.
Срок службы с гаранткрованшм рэяимои иодоподячи припло-ткнных оросительных систем определяется исходя из продолжи -телыюсти протекания процессов заиления и занесения. Отлокение наносов в верхней бъефо постепенно уменьшает первоначальный объем и на определенном этапе заиления настолько сокоешает по-
аикостл
лозную регулирущую<'водсхранилна, что вызывает нарушение зеп -лашіровакного режкка работы водоисточника и ухудшает тем самым режим работы оросительных систем эа ;чет нарушения водообеспе-
ценности земель.
Переход на платное водопользование вызывает необхрдикость экстренного выявления не только фактической степени заилениости водохранилищ, но и прогноза изменения полезного обхсіса в процессе заиления по годам эксплуатации с тем, чтобы своевременно вносить коррективы в графики водопользования и принимать меры по продлению срока служби водохранилищ, осуществлять борьбу с непроизводительными потерями стока.
В процессе заиления и занесения водохранилия увеличивается длина кривой подпора, изменяются отметки уровней воды в зоне первоначального подпора, что увеличивает площади затопления и подтопления и ухудшает мелиоративное состояние окружающих земель. Осветленный поток освобожденный от наносов, поступая в нижний бьеф гидроузла вызывает деформации русла нг большой длине, что приводит к«существеиным затруднениям в плановом заборе воды головными сооружениями нижележащих бес-плотинных оросительных систем.
Крутые ыалиоралшные каналы, особенно те,которые проходят в несвязны,: грунтах и подключены к гидроузлу, при поступлении в них осветленного потока из водогранилищ подвергну гея существенной деформации, что значительно ухудшает ус -условия командования и.нарушает водообеспечешость зєшль, а также приведет к подмыву различных сооружений, расположенных па каналах. Оросительные каналы и коллекторно-дренакная сеть проектируются и строятся без систешого подхода к выбору элементов учитывавших сады устоіічиьости, которые определяет тот или иной режим эксплуатации. Это приводит к тоьу.что поток в канале начинает блуждать, вызывая такие де,}.ормг.ц:;к при которых наступает поїєря пропускной способности и нарушение необходимого режима водоподачи. Для восстановления нормаль -ной работы таких каналов потребуются длительные икгплуатаци-онныз затраты на протяжении периода пока неустойчивый рекиы эксплуатации после разшва русла вменится более устойчивым.
Поступление голодной води из водохранилип существенно из мечяіт теш^рзчурсыл режим оросительной воды и отрицательно '"''ку^ Ид уроля!ііі.-ч:ть сельхозкультур. С удалением ороситель
ной сети от юдохранилкща степень влияния холодной вода на урожайность с/к культур уменьшается и на определенной расстоянии полностью исчезает за счет естественного прогрева воды в оросительных каналах в дневное время. '
Приведенные выше гопросы и задачи, встречащиеся в процессе эксплуатации мелиоративных систем, являются лишь частью большого многообразия задач,мелиоративной науки,значительный вклад в развитие которой внесли Абальянц С.Х., Айдаров И.П., Алтунин СТ.» Алтунвн B.C., Артамонов К.., Варазашвили П.Г., Великанов М.Л., Воропаев Г.В., Голованов А.И., Гсстунекий А.К., Гришьнин К.В., Духовный В.Л., железняков Г.В., Костяков Л.Н., Коваленко П.И., Лапшеиков B.C., Леви И.И., йирцху-лава. Ц.Е., "счетов И. И.,.Кирзаев С.Ш., 1
Существующие методы расчета указанна* вше процессов и элементов мелиоративных систем имеют целый ряд недостатков. Преаде всего имеется резкое несовпадение натуры и прогноза для одних и тех же исходных данных из-за отсутствия ХО!ЯТЛЄКС-ной оценки различных факторов и отсутствия .единых принципов подхода к решению проблемы, отсутствует оценка режимов эксплуатации по'видам устойчивости, нет учета их в расчетных формулах. Отсутствуют условия применения имегаихся разработок, так как принятые допущения и фактический катериад, использованный для обоснования, ограничивают зону применения, что также приводит к судествендам несовпадениям. В связи с этим уточнение существующих рекомендаций,определение условий их применения и разработка новых. ігетодов расчета злешнтоа магистрального питания открытых оросительных систем, режимов их эксплуатации и мероприятий по устранении недостатков, позволявших сделать комплексну» оценку влияния всех факторов на режим ]>аботы водохранилищ и каналов и соз -дать тем самым более совершенные » нодояиые- мелиоративнне систем*, имеет большое народно-хозяйственное значение.
Цель работы; Разработка более совершенных методов расчета процессов, оптимальных аяешнтов н различных мероприятий улучшающих вксплуагацию по надежности и эффективности работы открытых оросительных систем. .
Задачи исследований предусматривавт разработку:
- методики расчета наносоудерживамгсй способности водох -
ранилищ и определения их срока службы для равнинной и горно-
-предгорной зоны, в зависимости от режиыоп эксплуатации;
рекомендаций по построению кривых подпора и определении размеров зон затоплення в верхнем бьефе гидроузлов;
способов увеличения срока службы водохранилищ и борьбы с непроизводительными потерями стока воды в процессе их эксплуатации;
методики расчёта уровенного режима в оросительных каналах после подключения их к водохранилищу для условий работы на чистую воду без руслоформируюзих наносов;
метода расчета деформации русла в нижнем бьефе гидро -узлов в зависимости от режима эксплуатации водохранилищ;
методики расчета восстановления бытового температурного режима в оросительных каналах при условии поступления холодной воды из водохранилищ;
метода расчета оптимальных элементов оросительных .каналов и каналов коллекторяо-дренажной сети в увязке с режимом их эксплуатации.
Методика исследований. Наносоудерживаюяая способность водохранилищ и режим эксплуатации оросительных каналов выявлялись пс натурным данньш приведенным в опубликованной литературе, а также по материалам полученным на основании проведенных авто -роы натурных и специальных лабораторных исследований заиления бьефов и формирования каналов с различными режимами работы, а заіем принималась соответствующая математическая модель с замкнутой системой управлений и формул, решение которых позволило получить зависимости общего вида.
Объект исследований. Натурные исследования наносоудерживавдей способности верхнего бьефа выполнялись на Хишрауском, Кайрак-кумлком, Ф>зрхвдском и Бугуньском водохранилищах. Натурные ис-
следования по изучению режимов эксплуатации каналов и условий «к устойчивости выполнены на оросительных каналах Казалииском (левобережный и правобережный), Кзылординском (Чиркили и правобережный), Кызылкуыскои, Тоисака, Пахтаарана, Клычииязбай. .Условия восстановления температуры вода в оросительнкх капа -лах изучались на примере оросительных систем Андижанского во-дохранил.зца.
Научная новизна» работы заключается в разрабстке новых мето -дов расчета позволяющих сделать комплексную оценку процессов происходящих в оросительных системах, выявлению принципиально новых зависимостей по определению элементов головных частей открытых оросительных систем и их оптимальных значений с учетом режимов эксплуатации, характеризуемых условиями устойчи -вости, разработке мероприятий, повывающих надея-ность и э{фек-тивность эксплуатации открытых оросительных систем, виявлешш условий применения существующих рекомендаций.
Защищаете положения.
разработаны методы расчета естественного хода процессов деформации, изменения объемов и срока службы водохранилищ и верхних бьефов гидроузлов в зависимости от сочетания элементов игрежимов эксплуатации, постадайно, с учетоы их взаимного влияния, и с учетом однородности и разнородности наносов;
разработаны эксплуатационные мероприятия по снижению интенсивности заиления, рекомендаций по сокращению отлояепил наносов и их удалению, снижению интенсивности испарения и уменьшению завала полезного объема водохранилияа от ветровой абразии путем устройства специальных подводных даи$;
выявлены закономерности в изкгнеши по каналам температурного режима оросительной воды, поступаюз.ей из- водохранилищ, его влияние на урожайность хлопчатника, на основе чего разработана меры по снижению отрицательного воздействия путей сброса теплой воды из поверхностных слоев водохранилищ, раз-яичных приемов восстановления температуры рода d оросительных системах;
- разработаны вопроси проектирования и эксплуатации кру
тые ороситэлышх каналов, вяяячал классификацию рет.кмоз оке-
плуатации, определение устойчивых элементов, уровенного режима, коэффициента шероховатости, в тесной взаимосвязи с реки -ыоы работы каналов и эксплуатацией водохранилищ, а также специфики различных видов грунтов.
Практическая ценность работы
Предлагаемые рекомендации позволяют установить экономи -ческую эффективность открытых оросительных систем при их проектировании, реконструкции и эксплуатации па основе комплексной оценки положительных и отрицательных факторов и степени влияния их на окружаюаую среду. Комплексная оценка позволит такае определить мероприятия и расчктать такие элементы магистрального питания в увязке с режимом эксплуатации, которые обеспечат их высокую надежность с иаимсньпиш эксплуатацион -ныыи затратами.
Предлагаемые метода расчета заиления и занесения позво -ляют с большой точностью доставить прогноз отх.озкения наносов в верхних бьефах для различных вариантов наполнения водохранилища, выбрать параметры бьефе, и плотнил по экономически целесообразным срокам отложения наносов, наметить этапы работ по восстановлении потерянной емкости бьефа, повысить эффектив -ность использования водохракилчд, применяя сниженный уровек-ный режим эксплуатации и поэтапное использование обшего объема водохранилища.
Метод расчета кривых подпора позволяет выявить дополни -тельные площади затопления в процессе заиления и занесения и накотить варианты мероприятий по борьбе с затоплением прилегающих земель и сокращении площадей отчуждения.
Предлагаемое устройства по борьбе с заилением и испарением позволят повысить эффективность использования водохранилищ за счет увеличения их срока службы и уменьшения непроизводительных потерь стока пода.
Прогноз измзнзкия уровенного регама оросительных каналов в зависимости от условий работы водохранилищ позволит определить налж'зшие ошєтіш сооружений на каналах, разработать из-роприптии но обеспечению командного уровня и ликвидировать неблагоприятна ситуации в существующих каналах, которые <5у ~
дут переключаться на водозабор осветленного потока из водохранилищ. При проектировании и реконструкции оросительных каналов прогноз уровениого режима позволит назначать экономически целесообразные скорости и площади поперечных сечений из условия допустимых деформаций русла и снижения уровня воды , наметить мероприятия ограничивающие снижение уровней воды. Метод расчета устойчивых сечений каналов с учетом режима эксп-' луатации позволит выполнить проектирование и реконструкцию их с наибольшей допустимой скоростью динамически устойчивого русла, определить оптимальные значения параметра формы русла, которые полностью соответствуют устойчивой кинематической структуре потока, для заданного режима эксплуатации.
Практическое пр::менение предлагаемых рекомендаций цоэво * лит существенно повысить эффективность эксплуатации открытых оросительных систем и поэтому настоящая работа имеет больпое народно-хозяйственное значение.
Внедрение. Результаты разработок использованы:
Институтом Узгипроводхоэ для расчета заиления водохранилища Тсндахо п Эфиопии при выборе экономически целесообраз^ пых параметров плотины и водохранилища.
Институтом Узгипроводхоэ для расчета водоеберзгаютего ректаа эксплуатации водохранилища Тендахо при поэтапном увеличении объема водохранилища.
Таджикским научно-исследовательским отделом энергетики ГЛАЕНИИпроекта і'инзнергоР.Тад.при расчете занесения емкости для складирования наносов в процессе разработки способа руслового гидравлического транспорта и складирования карьерных материалов для строительства Ро'гунской ГЭС с ежегодным экономическим эффектом 90 тыс.руб. (в ценах Т989 г).
Институтом Узгипроводхоэ при составлении техпроекта канала Хога-Тегл в Демократической республике Афганистан с экономическим эффектом 2С0 тыс.руб. (в ценах 1989 г).
Институтом Союзгилроводхоз при составлении ТЭО крупного канала.
Институтом Узгипроводхоэ при составлении проектов реконструкции каналов Кегейлк я Муваюгащяарю (Р.Кар.), а гпктъ яв-вобереяного Тотмушского (Хорезмская обл.Респ.Узбекистан) с
экономическим эффектом 5092 тыс.руб. (в ценах 1989 г).
- Ташкентским 0ПУ0С в технорабочем проекте реконструкции канала "Левобережный Kapacy" с экономическим эффектом 2IC тыс. руб. (в ценах'Т989 г).
Общий ежегодный экономический эффект от внедрения предлагаемых рекомендаций составил более 5 ылн.руб.(в ценах 1989 г)»
Апробация работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 43 статьи, 3 методических указания. Работа рассмотрена на Ученом Совете САШИРИ,- ло отдельным разделам на НГС Главного управления экспертизы Минводхоза Р.Узб., в институте Узгипроводхоэ, на координационном совещании в институте ГруэНИИГиМ (1983 год) по вопросам заиления водохранилищ, на Всесоюзном совещании в т..Черкассы (1983 год) по вопросам переработки берегов, на объединенном заседании кафедр гидравлики я гидросооружений МГМИ. В 1987 г опубликована монография.
Состав работы. Работа состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций изложенных на 291 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков и 1,5 таблиц.
Список литературы включает 149 названий, в том числе 19 зарубежных,
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЦ . '
I. Основные затруднения возникающие в процессе экплуатациии при проектировании открытнх оросительных систем .
Реким расходов открытых оросительных систем определяется планом водопользования. Поэтому каждая система имеет вполне определенные элементы и режим эксплуатации, включающий кош -леке условий и мероприятий ло поддержанию системы, которые должны обеспечить заданный реким пропускной способности.
. Для различных частей бесплотинных и приплотинных оросительных систем, входящих в состав магистрального питания(участок реки или водохранилище как источники орошения, магистральный и межхоаяиственные каналы), должны соблюдаться соответствующие им режимы эксплуатации.
Для бесплотиншх и приплотинных оросительных систем рассмотри комплекс і-еропричтіШ и условий работы, которые необхо-
- II -
диш для создания надежного и эффективного режю/а эксплуатации. Указаны затруднения возникающие при проектировании и эксплуатации открытых оросительных систем, приводится перечень вопросов необходимых для исследования.
2. Повышение эффективности эксплуатации ирригационных водохранилищ
Повысить эффективность эксплуатации водохранилищ можно за счет продления срока службы н сокращения отрицательных последствий их строительства путем использования следующих мероприятий :
снижение интенсивности заиления при эксплуатации водохранилищ с пониженным уровенным режимом и поэтапным использованием объема в процессе эксплуатации;
применение устройства по удалению наносов со дна водо -хранилища;
использование плотных потоков для частичного сброса наносов в нижний бьеф;
. - наращение плотин и устройство парапетов новой конструкции;
строительство обводных каналов;
использование различных способов борьбы с непроизводительнымипотерями стока;
уменьшение объема переработки берегов;
восстановление бытового температурного режима оросятеяь-1533 соды:
Но целесообразность применения большинства указаших мероприятий может быть оценена только при наличии простых и достаточно надежных методов расчета по определению наносоудержива-сден способности и сроісов заиления водохранилищ.
2.1..Расчет заиления водохранилищ
Существует достаточно большое количество различных методов расчета заиления и занесения водохранилищ. Большой вклад в развитие теории осаждения наносов я разработку методов расчета их аккумуляции внесли С.Х.Абальяиц, С.Т.Аятунин, И.А.Буяунов, М.А.Великанов, Н.Г.Варезамвили, А.Н.Гостунский, З.Н.Гончпроп, Л.С.Редгенидяе, j'.B.KnpnymcD, И.И.Лиги, В.СЛагагенкг.в, K.ti.Jb-типоп, H.tu!''iK!?nneeri, И.Й.Т-'ечитов, !'.Л.Костков, Д.О.Обрятзк^-
кий, В.И.Полтавцев, К.И.Российский, Н.В.Кереселидзз, И.А.Кузьмин, Г.И.Шамов, Х.Ш.Еапиро, И.А.Шнеер, Ф.Ш.Цухамедаанов и ми. другие.
Несмотря на значительный объем выполненных исследований, простые и надежные зависимости, которые отражали бы непосредственно наносоудеркиваюаую способность водохранилищ, пока отсутствуют.
За рубежом некоторые исследователи характеризуют измене -ниє наносоудеркипаккіей способности графической зависимостью от различных критериев. Так Хазен (СЮ предлонил критерий W/\Vcr представляющий отноиение объема водоема к среднешого летнему годовому стоку води. Брюне и Аллен, Броин и Борланд (США) предложили критерий отношения емкости водоема к площади водосбора. Позже Брюне, используя критерий Хазена, построил графики для определения наносоудеркиващей способности водоемов. Однако указанный критерий не использует характеристики нано -сов и их содержание в потоке и поэтому не может достаточно надежно" отражать процесс заиления.
Нами предлагается в качестве критерия отношение объема' русла, в котором поток транспортирует расчетное количество наносов, к начальному объему водохранилища (1/К/у). В работе теоретическим путем показано, что в формуло В.С.Лап-шанкова-по расчету объемов заиления _ /
H=Jv(V-eO ) -.(2.1)
заложен гиперболический закон изменения степени осветления в виде
Є - kS/cwp/w») *"C2-2)
или же в виде /
S^S'e7" --.(2.3)
Поэтому зависимость (2.Г) соответствует только таким водохранилищам, у которых будет наблюдаться процесс заиления с пое -тепенным возрастанием вьшоса наносов в нижний бьеф.
Для большинства существующих водохранилищ имеется период полного отлокения наносов, который не учитывается уравнзниоы (2.1), поело которого наступает период возрастающего выноса
- ІЗ -
наносов, который описывается уравнением (2.1) Поэтоьу должно существовать такое значение отношения Wr>/\\rH , которое определяет переход от полного отложения к. возрастаете^' выносу наносов.
В работе критерий Wp / М/ представлен в виде отношения утроенного рнпченга скорости потока для транспортирования наименьшей фракции к скорости транспортирования всех фракций взвешенных наносов. По имеющимся данным фракционного состава взвешенных наносов ряда рек определены указанные выше скорости и вычислено значение критерия На / l\'H, который оказался равным К = 0,12. На рис. 2.1 приведен график изменения стемэни осветления в зависимости от значения предлагаемого критерия
O.S о.б о.7 аа 0-з /.о
Рис. 2.1. Грлі.ик верхних (SbeftoB гидроузлов
и водохранилищ.'^орхпдсиий бье{.: I - 1949г, 2 - IS5I г, Гі - 195Г:г. А - липрпуский бьо{., 5 - лабораторные дчііике(лотик), 6 - ІСлйраи-.чумскоя, 7 - Тгчзжчтринское, 8- Тедяенскоо, О - БопклгискиЯ бьо{, 10 - лабораторія..-! ('!,[. ,'rl, II - Остзд новге(СИЛ), і2- по ;срмулс (;.'.2!д 1~, - !\о {ортуле,Й.5/, 24 - іго |осмуле;2.6/, Л - 2 зоні, Б - П оонч.
-14:-
В аоне"А"степвнь осветления постоянна и равна единице, что соответствует перЕой стадии эаидеюш, когда происходит полное отложение всех наносов. В зоне "В" степень осветления, по не ре увеличения \V f Wj , изменяется от ї до 0, что соответству от второй стадии заиления, когда происходит возрастаний быно наносов в нижний бьеф.
Показателем перехода от первой стадии ко второй является отно шеиие Wp /№ц* 0,12. Согласно этому критерию, если начальна емкость водохранилища удовлетворяет условии
ши J&L в 8.33 WP ч
WH^ 0,12 . Г > ...(,2.4:
то процесс его заиления ограничивается только второй стадией.
Если и^>8,ЗЗИ»(о , то в процессе заиления будет наблюдаться
сначала первая стадия, а затем вторая стадия.
По имеїадимся данным получены два уравнения
^ . 0,041 С-т^)-1,5 -(2.5:
L v \v«y w„J ...(2.6:
В основу предлагаемого штода расчета заиления положено дифференциальное уравнение баланса наносов (объема отложений) следующего вида
аґщ-бРї^ї ...<2.7
решая (2.5) и (2.7), получим врекя заиления второй стадии
/ - 48.В >УрУ,Г/ 1 I ч
Z ^ У*Н?~ /иг . -,г-е
W - обгеы бьефа второй стадии определяется по ьыреже Ы ни») (2.4);
|У, - обгем заиления вторей стадии. Вработе наряду с (2.8) получена ^орцула для определения объе да ваилекия второй стадии. Совместное решение (2.6) с (2.7) представлено в ьиде численного интегрирования, но для практ> ческих цалий рекомендуете!/ выражение (2.D). Объем оянл&нчя к коїпду порвой стадии
Время'заиления первой стадии
^/= ^/^, ...(2.10)
Общео время заиления определяется кглс сумка
T=tfi-t.L ...(2.11)
Установлено, что если объем по выражении (2.4) т превьшаег 5-6 % означального-объема, то расчет заиления для сторож стадии мочено не делать, определяя продолжительность заиления верхнего бьефа по формуле
Г~ ^и/д.0 , ...(2.12)
В соответствии с выявленными закономерностями можна выделить следующие три схеш процесса отложения наносов в верхних бьефах гидроузлов, отличающихся друг от друга интенсивностью заиления,
К подвой схеме можно отнести водохранилища, имевдие V{^^8,33 Wp, ъ которых с начала эксплуатации наблюдается возрастающий такое наносов в нижний бьеф по мере заиления верхнего бьефа (вторая стадия заиления).
Ко второй схеш относятся водохранилища, имеющие ІУц >8,ЗЗИ^>, в которых наблюдается период полного отлояеигл наносов, (пер -вая стадия заиления) и период юзраставдего пыноса наносов в нихниЛ бьеф (вторая стадия заиления).
К третьей схеїлз относятся водохранилища имешке Л^»8,33'1^» в результате чего период полного отложения наносов составляет основную часть и второй стадией можно пренебречь. Ряд исследователей рекомендуют использовать для расчета заиления водохранилня кривую наносоудерживающей способности Бреде (СМ). Каин установлено, что'эта кривая получена по прудовым водоемам и весьга. существенно отличается от данных по водохранилищам в той числе и от данных по водохранилищам СКА. Сопоставление результатов рзсчета продолжительности заиления водохранилищ по реломондуемог^у методу с фактическими даннигя заиления1 1G водохранилищ (в том числе иностранных) показали хвродув ехзяжоэть расчета и натурных данных.
- 16 -.
2.2. Расчет занесения верхних бьефов ниэконалорных гидроузлов
Под процессом занесения подразумевается отложение только донных наносов, когда взвешенные наносы полностью выносятся в нижний бьеф.
В осноьу метода расчета занесения положена формула интегральной кривой фракционного состава влекомых наносов или донных отложений,предложенной И.А.Буэуковым. Путем различных преобразование из отой формулы и по данным натурных исследований в общей виде получена зависимость для определения степени осветления следующего вида
<5= f-[a+0-a)-~] .= /-^ >l ...(2.13)
Vo Реиая (2,13) с (2,7), получим
Совместно с Пулатовым А.Г. формула (2.I4) приведена к упрошенному выражений
В случае однородного состава наносов (',>— оо ) получено выра
жение / і/ / .,
Г= Vi/b\.
2.3» Предлагаемые способы увеличения срока службы водохранилищ
В существующей литературу для умош.шения заиления водохранилищ .рекомендуете!! псниіюнний урованный режим в половодье позволяющий пропускать транзитом часть илвешенных наносов. Установлено, что пониженный урогениіт режим молно применять для водохранилищ первой схеш оаьлйПи,;. Для водохранилищ второй схомы заиления' вознокноеїь приие.чпнии пониженного уроьен-ного режима следует определить по прадлягіївмому методу о іи> -шіща графіка осветления.
- г? -
Для водохранилищ третьей схемы заиления применять пониженный уровенныЛ режим нецелесообразно, так как он связан с большим понижением уровня и непроизводительной сработкой больоих масс воды. Предложено устройство для удаления наносных отложении из водохранилищ, которое состоит из плавсредства, грунтозабо-рника, трубопровода уложенного на дно и концевой частью выходящей в нижний бьеф плотины. Для своей работы устройство ис -пользует статический напор на гидроузле поз водящий осущест -вить разработку, всасывание я трянспортировку пульпы в нижний бьеф гидроузла. Устройство исследовано в лабораторных условиях и получены расчетные графики позволяющие производить Еыбор размера трубопровода и определять его производительность. В случае,если в водохранилище возможно образование плотного донного потока, сброс которого иояет существенно ушкьиить интенсивность заиления, для расчетов такого потока следует использовать специальные формулы, которые представляют замкнутую систему уравнений, составленную по рекомендациям И.И.Леви, А.В.Бочарина и др.
В целях уменьшения потерь вода на испарение с поверхности зеркала водохранилища нами разработано специальное устройство (а.с. № 1555420 от ЗС.05Л9Э5), которое работает за счет статического напора не. гццроузле, осуществляет сброс теплой води из поверхностного слоя водохранилищ и уменьвавщее температуру этого слоя, сокращая потери на испарение. В работе рассмотрена эффективность строительства обводных каналов для пропуска мутного потока в обход водохранилища с цель» продления срока службы водохранилища* улучшения плодоро -дня почв за счет выноса илистых' частиц на поля орошения и уменьшения потерь воды на фильтрация за счет калькотации ка -налов и поливных борозд. Предложена методика расчета подьод -ной дамбы с горизонтальной бермой для борьбы с переработкой земляных Плотин, дамб и берегов ветровыми волнами^ 3. Рекомендации по определении зон затопления в процессе эксплуатации водохранилищ
Вопросу расчета кривых подпора г процессе заиления и занесения водохранилищ посяятеїм работы С.Т.Алтунина, И.А.Бузунлцл, И.И.Леви, В.Н.Гончарова, В.П.Иолохова, Я.А.Инеери, ^.2.\'углгс.~
дханова и др.
Предлагаемые рекомендации уточняют и дополняет существующие рекомендации. В заиляемых,бьефах кривую подпора рекомендуется строить при помощи формулы
Jl=Js(S~) ...(3.1)
Верхний бьеф разбивается на ряд расчетных участков и согласно предложении В.С.Лапшенкова объем воды, находящейся вше рас -четного створа, условно принимается за объем бьефа. Для каждого расчетного бьефа по предлагаемой методике определяется степень осветления и уклон в расчетном створе. Затем по рас -стояниям и уклонам определяется положение уровня воды. Для заносимых бьефов уклон водной поверхности в рассматриваемом створе определяется по формулам
где ^ - расстояние от расчетного створа до створа выкли-
' кивания. Решая совместно (3.2) и (3.3) после замены [= Х~i-f. получим формулу для расчета кривой свободной поверхности в заносимом бьафе в виде
где Л у
Kp^i-[f-(i^l)exPH/h)J ...(3.5)
И& (3.4) можно получить выражение для определения длины кривой подпора,
где 'У '3,6//?? ; лу = $}fdtp-l
В [.'бтле, произведено сопоставление результатов расчета криьых
подпора с натурными данным: и получено подтверждение надея-иости предлагаемых зависимостей.
4. Влияние водохранилищ на температурный режим оросительной годы'
Создание водохранилищ с высоконапорными плотинами, амеазиос
донные водовыпуски, привело к иэкенени» существовавшего тем
пературного режима воды, постулалцзй в оросительные сгестеїи.
На опытных участках СоюННХИ обнаружено, что холодная вода
сдерживает развитие различных сельхозкультур и приводят к етт-
жоніш урожайности. Отсутствие исследований а данных по генякв-
нив температуры воды по мере удаления оросительных каналов от
водохранилищ нэ позволяет оценить характер к масштаба влияния
водохранилиц на температурный режім оросятеяьноЯ воду. Позто- .
иу били проведены специальные натуркав исследования влияния
Андижанского водохранилища на тежоратурпаЯ режим- ороентель-
ной вода в Нургантешшсхо?* раЯсш АкдяггансгсоЯ области*' .
Под нашим руководством ка осносз теоретических исследовании и
дщпалл натурных измерений Д.Г.Лэктжжокл* получена зависимость
дал определения температугн cn^i в капало на заданном удалении
от подохртяяязз, слодуопзго вида ^>g
L** ...
где - температура вода на заданном удалении от содохра-
*
йзлща.
Та - тсіяіература воздуха;
- - температура вода на. входо в какая;
2 - расстояние ст водохранилища до зада«д«ого стпора;
В - алркна какала;
GL - расход води в канале;
/^ - коэффициент, по натурпш,! донним равен С,С2.
^'ІЗр^кчанйс. Нотургке исследования проводились группой
езтруднї'коз НЛО OAKfiS'H под нашим руководством
- го -
Результаты исследований температурного режима по поливным бороздам показывают, что в дневное время вода по длине борозды на длинз IC0 м прогревается от 14,5 С до 23 С. Температура, корнеобитаемого слоя на глубине 10 см от поверхности прогревается в дневное время до 25-26 С. Полив холодной водой в ночное вреі/л понижает теляературу корнеобитаемого слоя почвы до 14 С в начале и до 15 С в конце борозды длиной 120 м.
В работе приводятся результаты фенологических измерений на участке колхоза Андик. области и отралеат итоговые показатели развития хлопчатнике к ых&якгу начала сбора урожая. По ыассе созревшего хлопка в начале и конце борозда потеря удельной урожайности (на I м борозды) составляем 9,3 %. По данным районного стат.управления по Кургантспинскому району, в котором проводились исследования после вступления в экс-, плуатацию Андижанского водохранилища^потерт урожайности сое -тавило от 6 до 8 %. Для того, чтобы исключить влияние холод -ной воды на урожайность сельхозкультур .предлагается осуиест -вить естественный обогрев в дополнительном канале, устраивав- мои между оросителем и"поливными бороздами, либо между расп - ределителем и оросителем. Элементы канала можно расчитывать по формуле полученной из (4.1), следующего вида
где [- " температура воды в канале при отсутствии водохранилища, В формуле (4.2) необходимо задаться значением 2Г равным значению температуры в бытовых условиях, которая имела бы место при отсутствии водохранилияа.
Наряду с приведенными рекомендациями необходимо производить влагозарлдный полив, а затем .в прогретую землю осуществлять сев хлопчатника с ватяжкой во времени первого полива с тем, «п'обы скестмь его ь зону повышешых техтератур.
5. Расчет оптимальных элементов мелиоративных каналов для различных режимов их эксплуатации
Оптимальность элементов русла каналов прежде всего определяется соблюдением его устойчивости.
Проблеме устойчивости русел посвящено значительное число работ как у нас в странах СНГ, так и в дальнем зарубежье. Большой вклад в развитие теории устойчивости и разработку методов расчета устойчивых русл внесли: С.Х.Абальянц, С.Т.Алтунин, И.А. Бузунов, В.С.Алтункн, К.Ф.Артамонов, М.Л.Великанов, К.В.Гриша-нин, Т.Г.Войнич-Слиожанцкий, Б.Б.Келезняков, Ю.А.Кбад-Заде, Ю.Г.Иваненко, И.Ф.Кірасев, А.А.Кадыров, М.А.Михалев, В.С.Лап-шеяков, Л.МЛ-'ухамедов, Е.К.Рабкова, Н.А.Ржаницын, А.В.Троиц -кий, Х.ЇІ,Шапиро, ?.А.Алиев, Р.И.Самедов, Р.Каримов, Ч.Г.Нуриев и другие.
В дальнем зарубежье проблеме устойчивости посвящены работы П.Аккерса, Р.Каландера, Д.ЛеЙси, В.Лангбейка, Л.Лоолольдаі Д.Сейконса и др.
Разработанные нами рекомендации дополняют и развивают суще-ствугаглив проработки. Е существуете") литературе в основном применяется понятие гидравлической устойчивости. Нами предлагается различать следующие виды устойчивости, Поскольку нарушение гидравлической устойчивости вызывает продольные изменения структуры потока относительно геомегр.ччес -кой оси канала, то эту устойчивость целесообразно назвать продольной устойчивостью потока и русла.
Наряду с блужданием потока нарушение устойчивости канала вызывается несоответствием поперечных размеров русла їлирине потока, отвечающей продольной устойчивости. Русло при этом стремится расшириться да устойчивой ширины соответствующей кинематической структуре потока. Эту устойчивость целесообразно имено -вать поперечной устойчивость». Следовательно, плановая устойчивость канала вкяючазт продольную и поперечную устойчивость русла. В отличие от плановой устойчивости в каналах могут иметь'место деформации вызываемые поворотами, ветровыми полками, сужениями и мостовыми переходами и др. Однако эти факторы, как правило, вызывают лекальные» деформации не лриоодп-щио к супественногу изменена» раяимз работы ішнсла.
5.1. Классификация режимов эксплуатации.
каналов
Для мелиоративных каналов целесообразно различать нижеследующие режиш эксплуатации в качестве числовой характеристики которых можно принять параметр (/>= WJ&
1. .Статически устойчивый релаш*
а) русло статического равновесия - % = 0,074;
б) русло предельного равновесия - fc= 0.."0; ,
2. Квазидинамический режим (переходный)J
а) начало движения наносов - у = 0,13;
б) начало массового движения наносов - и> - 0»20; І. Динамически устойчивый режим:
а) динамически устойчивый режим прямолинейного
рулла - if = С,20-0,42;
б) динамически устойчивый режим извилистого
русла - if = 0,42-1,0.
4. неустойчивый режим - ХР> 1,0.
5.2. Параметр, характерязунзиЗ рзгжы азкл^уавЕЦйй
Принятия иажя для с'цешот ретимэз ексшзрехсцдз BQK3XOD . параметр иошо сред-сгавнть' в сгда
который аналогичен числу Sgysai
Численные значения параметра у , указакше mzze, для кандого реяика зкеплуатЕЦПи получены по данный натурных к /лбератор -них исследований Тірїгведеншх в литература и пояучеиких автором. Обратная величина, этого параметра о vvspad/tf^r предлагалась для оценки устойчивости русла 73ЛГркззаншваз, Н.А. Ееликановыы, Н.И.Макгсидазшк, ЙДІ.Лева» M.U.1iIocskobkm. Известии и другие параметри для «оценки устойчивости русла. Так, Н.А.Ржаницын предложил яаах&этр
который учитывает в комплексе лродашзув и шперэтгную устойчивость. Однако ш считаем более тделесовбразжи рассматривать каядую из отих устойчивостей отдельно, так как ттрл каяпчин
плановых, деформаций канала необходимо установить какая устойчивость нарушена, чтобы наметить соответствующие мероприятия для ее восстановления.
5.3. Поперечная устойчивость русла
Под поперечной устойчивостью русла мы понимаем такую устойчивую ширину!-при которой отсутствует поперечное расширение русла.
Приняв за основу формулу предложенную А.В.Троицким, по натурным данным определены аначения коэффициента пропорциональности. Рекомендуются следующие формулы:
а) для песчаных грунтов и каналов берега которых сложены суглинками
.- вш ^Sfj+K(^7-i)J^ ...(5.3)
где К а 0,078-0,051 - при песчаном дне и берегах;
К = ОіСГД-0,019 - при песчаном дне и суглинистых
берегах; К - 0,019-0 - при песчаном дне и глинистых берегах; б)для гравелисто-галечнккових грунтов
5.4. Коэффициент шероховатости русел каналов
Как правило коэффициент шероховатости назначается в зави-
сішости от-внешней характеристики смоченной поверхности рус -
да, а также способа производства работ, что создает труднос
ти в его выборе, так как вносится элемент субъективизма.
Нами предлагается методика выбора"d зависимости от режима ра
боты. Построенные по натурным данным графики /7= /'ҐЛ~А
позволили получить формулы следующего вида I 16/'
а) для русел с песчаным дном и берагоми из связшк и нес
вязных грунтов
,,=^, 0,083. --1)7, МЛ)
б) Л'іл русел иа граьрллсхо-галечникоїшх грунтов
n -//ї t 0,16 ( -- - І)0'54/
/* ...(5.6)
где /7 = 0,0524 ^'(формула Чанга). о
5.5. Связь средней скорости потока с у.
Заданная пропускная способность канала обеспечивается при средней скорости течения в аначительной степени зависящей от режима эксплуатации.
Ооркула Еези преобразована щт и рекомендуется в пиде
г/- (Vf/ti) H*d*,sr .-.(в.?)
Для статически устойчивого русла
(
5.6. Расчет оптимальных элементов мелиоративных каналов
Совместное реоение (5.1), (5.3) и (5.8) приводит к следу-усе их раз
лД>63 }й7у
,7= ...(5.10)
H
$= і.іфкСЯ.-і)]"- ...(5.11)
Для галечниково-гравелистых грунтов глубина определяется
по формуле А ,* -*1
/~UO,C604( ^--I) у*"'**'
. ,, -.-э6/~1+0,Об04 <-- 1)7
'./Г «а*"- 1*"?..«.!»
I 1,596 /1+0,0604( - -I) fC,i rf"5 V
J я fjL.; g = 1,596^1+0,0604 (Ji - 1)7—-...(5.13)
- 2Ь -
б. Прогноз изменения уровенного режима оросительных каналов с водозабором из водохранилищ
Для вызода расчетных формул размыва русла осветленным потоком иепользованы:
а) преобразованная формула (3.2)
б) формула для расчетг. удельного содержания наносов, по
лученная нами из расчетной схемы при рассмотрении ойъемоп раз
мыва на всем участке и на участке до расчетного створа, с оп
ределением показателя степени по лабораторным данным различных
исследователей и автора, в виде
Решая совместно (6.1) и (6.2), после замены J-uit'/uf .полу
чено уравнение для определения понижения уровней еоды в рас
четных створах і ?
Для определения распространения размыва^в зависимости от продолжительности де^оріящии русла, предложена формула
С _ \/nZ t lIM{Q0/ft '- А/
~ ~ ' o~J~f ...(6.4)
/V = -///л (.% -J, ) ;. А/= //, 5/й ')//» -//*) 6.2. Рвсчет снижения уровней вода в каналах с учетом наносов поступающих ііз верхнего бьеа нпэконапорных гидроузлов
Лугом ішедеііия транзитных наносов для расчетной схемы на начальном участье пази^ваоиого русла получено уравнение
- 2S
где /у. - количество наносов, поступающих из верхнего бьефа
Гешение (6.5) позволило получить формулу^изменения транспортирующей способности в голове размываемого канала «в виде
Дня расхода наносов .поступающих в канал из водохранилища по-
лучеі'О выражение yL,
''J ...(6.7)
Приравнивая правые части формул (б.6) и (6.7) получим формулу для определения предельного времени размыва
n Для построения кривой свободной поверхности в размытом русле канала используем формулу (3.2) приведя ее в соответствие с рассматриваемыми условиями
формулу (6.6) jum расчетного створа моено яредставкть в виде
Решая совместно (6.9) и (6.10) получено уравнение, которое для снижения уровней вода в расчетном створе представлено в
Для определения длина распространения разрыва использованы зависииосги:
а} геометрического сФъека размыва дна согласно принятой расчетной схеме;
б) возможного объекта $ гздава, выражаемого разностью геж-ду стоком наяосов ъ русле канала « стоком наносов поступающих
- zi-
из верхнего бьефа;
в) уравнение поверхности дна разштого русла;
г) уравнение поверхности воды в размытом русле.
Решая совместно указанные уравнения получим ^
j_ „ м , . ri .15.12)
ГАв 7 W* Vo '
HtyJcT глубина и уклон водкой поверхности в начальном створе размываемого участка канала.
3 работе произведено сопоставление результатов расчета по всем предложенным методам с данными натурных и лабораторных исследовании. Получено хорошее сходство, что подтверждает надежность предлагаемых рекомендаций.
швода и риюшдАщи-
I. Предложенный метод расчета заиления .основанный на зависимостях (2.8) и (2.10) для определения срока службы.водохранилищ с разделением процесса заиления на две стадии, позволяет более точно прогнозировать аккумуляции наносов и значительно упростить определение срока службы.(продолжительность заиления) водохранилищ, расчет заиления которых должен производи-. ться только по линейной зависимости (2.12) соответствующей первой стадии заиления, определить условия применимости существующих методов.
формула (2.8) рекомендуемая для расчета второй стадии заиления, не требует дополнительных громоздких вычислений по определению первоначальной степени осветления бьефа, которые необходимо делать при использовании существующих матодоо.расчета.
Методы дя.ч расчет заилвьия,использующие показательные,и акспОоСт;цигии,>;ь:е рр?п/ли,справедливы только для расчета
- ьО -
второй стадии заиления.
Известные в литературе кривые Брвне !США), для расчета наносоудерживавдей способности, построены только по данным натурных измерения заиления прудовых водоемов и поэтому не могут быть рекомендованы для расчета заиления водохранилищ.
2. Для расчета занесения верхних бьефов низконапорных гидроузлов получены формулы (2.14) и (2.15), которые учитывают неоднородность состава наносов и исключают громоздкие вычисления по определению начальной степени осветления,необхс -димые при применении существующих методов расчета.
З.Для увеличения сргка службу водохранилищ относядихсп к первой и второй схемам заиления целесообразно притенять пони -женный уровзншй режим эксплуатации, при котором мутная вода в начале половодья пропускается через водохранилища при уровне воды ниже НПУ, что обеспечивает высокие скорости течений и значительный транзит наносов в няжииЗ ф*ьеф.
Для Бодохракияиацзаиляющкхся согласно тезрвой стадяи(тгро-тья схема).целесообразнее уменьшить заиленйв с помощью разработанного автором устройства по удаления наносов со дна водохранилища, которое использует для работы статический и эжекционныВ капоры.
Дня борьбы с испарением из водохранилищ рекомендуется устройство позволяющее осуществлять -сброс теплой воды из поверхностных слоев аккумулируемого в водохранилище объема воды в нижний бьеф, тем самым понижая температуру воды на поверхности зеркала и уменьшая его испаряющую способность. 4. Для определения изменения плолади затопления прибрежной территории ^связанного с отложением наносов в процессе эксплуатации .гидроузлов.разработаны методы расчета кривых подпора раздельно для водохранилищ и для верхних бьефов низконапорных гидроузлов.
б. При оценке устойчивости русла в вессяэных грунтах необходимо -ыделить продольную (гидравлическую) и поперечную устойчивости, рассматривая их раздельно, а-тпкже и во взаимосвязи, которая определяет плановую устойчивость.
Различья степень продольной устойчивости потока о и роде -ляет карсктер движения кчносов и их количества,положение по-
тока и русла в плане, степень Бездействия потока на дно и берега русла и з целом характеризует соответствующий режим эксплуатации. Для мелиоративных каналов целесообразно различать следующие режимы эксплуатации: статический, квазидинамический, динамически устойчивый, неустойчивый. Каждый из них дополнительно характеризуется состоянием русла и наносов и численным значением параметра у .
Для оценки поперечной устойчивости русла, понимаемой как отсутствие поперечного расширения сечения, принято условие устойчивой ширины по урезу воды, определяемое формулой А.В. Троицкого, которая после некоторых преобразований и определения коэффициента пропорциональности по данным натурных исследований приведена к выражениям.учитывающим взаимосвязь поперечной устойчивости с режимом эксплуатации каналов. . Полученные по данным натурных исследований формулы (5.5) и (5.6) позволяют определять значения коэффициента шероховатости для каждого принимаемого режима эксплуатации, что устраняет имевшую место ранее неопределенность когда значения этого коэффициента шбнрялись исходя из словесной характеристики смоченной поверхности и ее состояния. . В результате проведенных исследований разработан принципи - -ально новый метод расчета устойчивых русл каналов в несвязных, связных и гравелисто-галечниковых грунтах, который в отличие от существующих методов позволяет определять гидравлические элементы сечений из ожидаемых или принимаемых режимов эксплуатации. . Для расчета общего размыва русел рек и каналовfслоненных из мелкопесчаных грунтов осветленным потоком, поступающим из водохранилищ,рекомендуется использовать формулы (6.3) и {6Л\ которые позволяют определить снижение уровня воды в расчетных створах и длину распространения размыва. . Расчет общего размыва канала^после начала поступления донных наносов из верхнего бьефа необходимо производить по формулам (G.8), (6.II) н (6.12) позволяющим определить предельное время разьмва, снижения уровня вода и длину распространения размыва до момента начала занесения русла сбрасываемыми наносами.
- зо -
-
Проверка основных положений рекомендуемых методов произведенная путем сравнения реэультетог ресчета с данными натурных и лабораторных исследований, показала их высокую надежность.
-
Рекомендуемые методы расчета использованы при проектировании целого ряда объектов, что дало ежегодный экономический аффект более 5 илн.руб в ценах 1989 года.
