Введение к работе
Актуальность работы. Шлюзы являются неотъемлемой частью внутренних водных путей Единой глубоководной системы. Способствуя комплексному использованию водных ресурсов и стимулируя развитие судоходства , шлюзы стали одним из факторов, сдерживающих интенсификацию судоходства . В связи с этим вопрос ускорения пропуска судов через шлюзованные участки рек является актуальным . Время прохождения флота через шлюзованные участки складызается из собственно времени судопропуска и времени ожидания возможности подхода к шлюзу с рейда ( как это имеет место на Городецком и Чайковском шлюзах).
из практики иззестно, что при степени загруженности системы, близкой к предельной, непроизводительные простои флота в ожидании шлюзования возрастают весьма быстро. Судопропускная способность большей части современных шлюзов в конце 80-х г. по тоннажу использовалась на 70 - 75 * от их полной пропускной способности, а з ряде пунктов и превышала ее. Например, имея проектную пропускную способность 15.4 млн. т, шлюзы Еолго-Балтийского водного пути (ЕЕЕП) в середине 80-х г. пропускали не менее 20 млн. т. з навигацию. Аналогичная ситуация с грузопотоками сложилась и на Волжских шлюзах . При проектной пропускной способности Самарских шлюзов 44.S млн.т. з 1987 г пропущено 48 млн.т., на Еалаксвскпх при проектной 42.5 млн. г. пропущено 50 млк.т., на Городецких- емєсто 40 млн.т. проектных,пропущено 48 млн.т. и т.д. Помимо грузовых потеков, довольно динамично рос обьем пассажирских перегоэок - удваивался каждые 8-10 лет. Таким образом, вопрос ускорения движения флота по шлюзованным участкам несомненно актуален к в настоящее время .
Рост грузо- и пассажиропотоков потребовал ускорения судооборота и применения глубоко сидящих крупнотоннажных судов типа "Водго-Дсн" пр. 15Є5 и 507А(Б) и "Волго-Нефть" пр. 558 и 550 грузоподьемностью 5000 т. Такая тенденция развития отрасли резко обострила проблему движения флота ка участках с лишшфаванкыми глубинами. Так, например , простои крупнотоннажного судна в ожидании судоходных глубин в нижнем бьефе Городецкого района гидротехнических сооружений (ГРГС) в среднем составляют 13.2 ч/сут.
Это приводит к тому, что фактические сверхнормативные простои флота в навигацию 1994 г. составили 1574 тыс. тоннаже-оут. и вызвали потерю доходов от перевозок в навигацию 1994 г. в объеме 1.8 млн. руб в ценах 1990 г.-
Одним из способов радикального решения данной проблемы является строительство шлюзов в дополнение к существующим с соответствующими глубинами на подходах к ним. Следует отметить, что такое строительство потребует огромных капитальных вложений (2.3 млр. руб по ГРГС , до 1.8 млр. руб по ВБВП в ценах 1990 г.),а также длительного срока строительства.
В данной работе для снятия напряженности в транспортном процессе предлагаются пути сокращения машинной составляющей времени шлюзования и наиболее эффективное использование "проходных" судоходных глубин. Достигнуть это можно применением опускных ворот, пропускающих воду при наполнении камеры из-под ворот со стороны напорной поверхности ,с одновременным переливом через верхнюю часть конструкции , что сокращает время наполнения и исключает из цикла маневрирования операцию подъема ворот . Помимо этого, для ослабления напряженности в судоходстве в нижнем бьефе Нижегородской ГЭС предлагается эффективное использование провозной способности флота на базе более достоверного прогноза суточного графика глубин.
Для реализации данных предложений требуется :
создать и апробировать методику обоснования оптимальной конфигурации напорной поверхности рабочих ворот для комбинированного доступа воды в камеру шлюза, с последующей реализацией ее в практических расчетах ;
разработать математическую модель гидродинамического воздействия потока на опускные ворота, базирующуюся на системе гидродинамических уравнений с соответствующими краевыми, граничными и начальными условиями ;
для замыкания системы гидродинамических уравнений необходимо аналитически установить закономерность изменения коэффициента турбулентного обмена потока ;
провести лабораторные исследования для определения необходимых составляющих формулы коэффициента турбулентного обмена с последующей проверкой адекватности полученной математической модели ;
провести лабораторные испытания условий отстоя судов в камере шлюза з процессе ее комбинированного наполнения ;
провести аналитический обзор существующих методов расчета неустановившегося движения воды с целью создания методики максимально оперативного прогнозирования графика изменения глубин в нижнем бьефе ;
апробировать применение многофакторного анализа для создания алгоритма прогнозирования суточного графика глубин в нижнем бьефе ГЭС;
создать алгоритм расчета суточнсго графика хода глубин в нижнем бьефе ГРГС для последующей разработки программы, и ее использования при оптимизации процесса судспропуска .
Научная новизна.
1. Создана методика расчета и получены координата напорной
ПОВерХКОСТИ ОГГуСККЫХ ЕСрОТ,ОіїгйИаЛЬКО СН->ТвК39МЫЭ водным потоком.
2. Разработана математическая модель для определения вели
чины гидродинамического давления потока воды на рабочие спускные
зорота, базирующаяся на системе гидродинамических уравнений,
учитывающих турбулентный характер течения потока.
2. Получена расчетная зависимость для определения коэффициента турбулентного обмена в потоке, обтекающего опускные зорота.
-
При проверке корректности постановки граничных условий по скорости потока использован метод экспертных систем с обратной сзязью.
-
Ка математической модели проанализирована кинематическая структура потока, обтекающего спускные ворота, и установлен характер ее влияния на пульсационкую составляющую гидродинамической нагрузки на зорота .
Є. На базе систэкнсгс эксперимента ка математической моделе установлена зависимость влияния различных фачторсз на величину гидродинамического усилия, действующего ка опускные ворота.
-
Подтверждена целесообразность использования математического аппарата многофак^орнсй статистики для поиска потенциальных факторов-аргументоз эмпирического показателя степени интенсивности спада глубин К в емкостном методе А.П.Браслазского.
-
Разработана и поставлена на ?ЕМ методика прогнозирования
суточного графика изменения глубин в нижнем бьефе Нижегородской ГЭС для ее использования при оптимизации транспортного процесса.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на первой межвузовской конференции студентов и аспирантов (в 1992 г.), научно-технической конференции, посвященной 150-летиш Волжского пароходства " (1993 г.) , межвузовском семинаре молодых ученых по эрозионным и русловым процессам, семинаре молодых ученых вузов, объединенных межвузовским научно-координационным советом по проблемам эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ (1994 г.) , четвертой конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей" в ИВП (Институт водных проблем) РАН (Российской академии наук), совместном заседании кафедр ПСГШ и ГТСиК в СПГУВК.
Публикации . Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах.
Реализация выполненных исследований. Начиная с 1991 г., на нижнем шлюзе ГРГС для расчетов графиков колебаний уровня воды используется программа, разработанная в рамках данной диссертации. В результате ее внедрения среднесуточные простои крупнотоннажного флота сократились в среднем на 12 %. Отделом водных путей Волжского государственного бассейнового управления водных путей и судоходства применяется программа подбора графиков нагрузок на агрегаты Нижегородской ГЭС с целью обеспечения необходимого графика изменения глубин в нижнем бьефе. В рамках реализации договора N 32/94 от 23 марта 1994 г., между СПКГБ "Ленгидросталь" и Волжским государственным бассейновым управлением водных путей и судоходства основные положения диссертации учтены при разработке новой конструкции рабочих ворот Городецких шлюзов.
Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения , 6 глаз, заключения, списка использованной литературы ( 142 наименования) , 2 приложений. Общий объем диссертации 210 страниц, в том числе 38 рисунков, 21 таблица.
