Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение эффективности использования сельскохозяйственных угодий, обеспечение населения продовольствием и сырьем непосредственно связано с ускорением научно-технического прогресса в мелиорации и водохозяйственном строительстве.
В условиях возрастающего дефицита воды важнейшей задачей является повышение коэффициента полезного действия оросительных систем за счет сокращения их непроизводительных расходов. .
Например, в Кыргызстане ежегодно на орошение забирается около 30 млрд.м3 воды, при этом до 50/о теряется, не дойдя до поля.
В районах коренного орошения СНГ (республики Центральной Азии, Кавказа, Казахстан) системы предгорного типа являвтся пре-облядящими, т.к. на их долю приходится более 6Qfc орошаемых земель.
Отличительной особенностьи этих систем является прежде всего сложность рельефа, большие уклоны местности. Трассы магистральных и мккхозяйствекных каналов имеют больную протяженность (некоторые 10 го? л более), а их ложе для уменьшения потерь на фильтрацию выполняется в бетонной и железобетонной облицовке.
Сооружение каналов с большими уклонами позволяет обеспечить командование уровнями воды, снизить объемы земляных и железобетонных работ, а значит и стоимость строительства.
Движение воды в протяженных быстротечных каналах характеризуется высокой кинетичностью с числом Фруда Fs0 25 , сочетание значительных уклонов дна (от 0,02 до 0,08) с наиболее распространенной формой поперечного сечения прямоугольной и трапецеидальной вызывает потерл устойчивости течения на водоскате и образование катящихся волн. Такие высокоскоростные нестационарные' волновые потоки и названы Б.В.Ведерниковым сверхбурными потоками.
Механизм волнообразования на быстротоках подробно изучался теоретически и экспериментально. Исследованы специфичность появления и развития катящихся волн (Ф.Ф.Форхгеймер, К.И.Арсенишвили, Е.П.Федоров, ILP.PsayvnoBCEas, А.О.Гамбарян, С.Томас, Р.Дресслер, Р.Брок, Т.Г.Войнич-Сяноженцкий, В.А.Соколов, В.Ы.Лятхер, P.ILBa-гапов), получен ряд критериев устойчивости равномерного и неравномерного потока (В.В.Ведёрников, Н.А.Картвелишвили, И.Иваса, А.М.Пуляевский, А.И.Богомодов, Т.Г.Войнич-Сяноженцкий и др.),проверенные в лабораторных и натурных условиях.
Большинство авторов, характеризуя явление волнообразования, наряду с его описанием, стремились предусмотреть различные проти-воволновые мероприятия, так как эксплуатация быстротоков со сверх-бургаш течением сопряжена с серьезными трудностями в управлении потоком, вызванными возрастанием глубины воды и резким динамичес-х;ш воздействием катящихся волн на гидротехнические сооружения.
В проблеме предупреждения катящихся волн исследования сосредоточились в основном на отыскании "безволновых" поперечных профилей, которые могут быть применены лишь на проектируемых каналах. Для быстротоков с волновым течением предложен ряд средств ликвидации катящихся волн (К.И.Арсенишвили, Г.В.Месхи, М.Р.Разумовская, Я.В.Бочкарев, В.А.Соколов, В.Г.Ыикаелян, К*.Д.Лавров, Э.Б.Векбоев, Р.С.Бекбоева и др.), однако не все из них имеют обоснованную методику расчета на волновой режим, обладают рядом существенных недостатков и ограничений, и поэтому нуждаются в совершенствовании .
Одной из нерешенных задач, которой да сегодняшнего времени практически никто не занимался, является разработка методов гидравлического расчета конструкций для управления высокоскоростными нестационарными потоками при изменении направления течения и размеров русла. .
Слабоисследованным является также и водораспределение сверх-, бурных потоков. Нестационарный характер потока в старшем канале не позволяет обеспечить плановый отбор воды в отводы обычными типами регулирующих сооружений, а оборудование этих сооружений гасительными колодцами вызывает их удорожание и также не решает задачи нормированного распределения воды.
Для волновых потоков на быстротоках существуют лишь фрагментарные проработки методов и средств управления, содержащиеся в трудах К.И.Арсенипвиди, М.Р.Разумовской, А.О.Гамбаряна, В.А.Соколова, Г.В.Соболина, Р.И.Вагапова. Однако они требуют систематизации, дополнительных исследований и дальнейшего развития, в особенности в части разработки конструкций и гидросооружений для изменения направления течения и формы сверхбурного потока, вододе-ления в плане и по вертикали, слияния сверхбурного потока с бурным и спокойным, т.к. зти классы задач находятся, в основном, на стадии прогностических решений.
Цель работы заключается в совершенствовании теории и методов расчетного обоснования новых и модернизированных конструкций гид-
ротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками на ирригационных каналах-быстротоках, обеспечивающих движение воды с заданными гидравлическими характеристиками.
Для реализации поставленной цели требовалось решить следующие основные задачи:
раскрыть сущность гидравлических процессов трансформации сверхбурных потоков на поворотных и переходных участках быстротечных каналов, дать их теоретическое описание и на этой основе предложить рациональные формы и параметры русла, оказывающего управляющее воздействие на поток;
усовершенствовать конструкции и методику расчета устройств для предупревдекия и гашения катящихся волн на водоскате и в нижнем бьефе каналов-быстротоков;
выполнить технологическое обоснование способов и средств автоматизации процессов водоподачи из быстротечных каналов со сверхбурным течением;
на основе теоретических и экспериментальных исследований совераенствовать конструкции и методы расчета сооружений для вс— дораспределения высокоскоростного волнового потока;
разработать научно обоснованные рекомендации по выбору способов управления сверхбурньми потоками, методам расчетного обоснования и проектирования гидротехнических сооружений, предназначенных для этой цели.
Научная новизна работы состоит в:
обобщении литературных и других научных данных по названной проблеме и разработке на этой основе классификации (многоуровневой структуры) принципов и средств управления сверхбурными потоками на каналах-быстротоках;
усовершенствовании методики исследований и аппаратуры для проведения лабораторных и натурных экспериментов;
установлении и теоретическом описании гидравлических явлений, возникающих в'сверхбурном потоке при.изменении формы потока и направления его движения на водоскате быстротока;
обосновании рациональной формы и параметров русла, оказывающего управляющее воздействие на поток;
разработке и обосновании методов и средств предупреждения и ликвидации катящихся волн путем детурбулизации сверхбурного потока в зоне их зарождения и гашения сформировавшихся волн в зоне их развития;
усовершенствовании способов и технических устройств гашения энергии потока в нижнем бьефе канала в-*быстротоков в условиях переменного режима течения (волновой-бурный), изучение закономер- ностей перехода потока из сверхбурного состояния в спокойное;
выполнении технологического обоснования принципов, способа и средств автоматизации процессов водоподачи из быстротечных каналов с нестационарным высокоскоростным течением;
усовершенствовании конструкций и методов расчета сооружений для водораспределения сверхбурных потоков на основе теоретических и экспериментальных исследований;
разработке рекомендаций по выбору способов управления сверхбурными потоками, диапазону их применения, методам гидравлического расчета сооружений на волновых быстротоках.
Практическая значимость работы заключается в разработке комплексных научно обоснованных методов расчетного обоснования гидротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками на каналах-быстротоках.
Использование разработанных в диссертации научных рекомендаций позволит повысить качество проектирования комплекса гидротехнических сооружений гидромелиоративных систем, содержащих водотоки с нестационарным высокоскоростным течением, и за счет повышения надежности сооружений и снижения эксплуатационных затрат по- . лучить более.экономичные и надежные проектные решения.
Применение разработанных типов регулирупцих и энергогасядих сооружений дает возможность рациональными способами решать задачу преобразования потока из сверхбурного состояния а равномерное и квазиравномерное и облегчать решение проблем автоматизированного водораспределения, водоучета и, в целом, управления сверхбурными потоками.
Обоснованность и достоверность результатов обусловлены: проведением детальных экспериментов с применением современной измерительной аппаратуры, сопоставлением расчетных данных с опытными и данными измерений других авторов, а также проверкой адекватности полученных математических моделей в натурных уелоеиях;подтверждение предложенных технических решений авторскими свидетельствами; внедрением и производственной апробацией сооружений для управления сверхбурными потоками.
Реализация результатов исследований и разработок. Результаты исследований внедрены в производство на каналах-быстротоках
"Беловодский* и "Орто" Московского района, "ДкаламъшГ Сокулукского района, "Ташрабат-Щырыкты" Атбашинсхого района, еошли в проекты каналов-быстротоков "Кок-Коптал" Атбвшинскогр района, "Казенный" Сокулукского района, "Аламедин-Норус" Кантского района, Ала-мединский отводящий Аламединского района Кыргызской Республики, канала "Аксайский" Дкувалинского района Джамбулской области Казахстана, реализуются в других проектах института "Кыргызгипро-водхоз".
Министерством водного хозяйства Кыргызской Республики,издан руководящий документ по проектированию и эксплуатации гасителей энергии сверхбурного потока на каналах-быстротоках.
Личный вклад в решение проблемы. Диссертационная работа выполнена автором на основе 20-летних исследований, проведенных на кафедре гидравлики л автоматики Кыргызского сельскохозяйственного института им.К.И.Скрябина.
На основе анализа литературных, проектных и натурных данных автором сформулирована проблема задачи исследований, намечены направления их решения теоретическим и экспериментальным путем. Теоретические исследования, анализ основного объема экспериментальных данных, разработка методики расчета гидротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками, формулирование заключительных выводов осуществлены лично автором диссертации.
Лабораторные и натурные исследования выполнены под руководством и при непосредственном участии автора с помощью доцента Рохмана А.И., старшего преподавателя Сидоренко СИ., аспиранта Зусупова Ы.К.
При постановке ряда задач исследований и выполнении диссертации автор получил ценные советы и эффективную помощь научного консультанта, академика АНХ РЕ, чл.-корр., РАСХН и НАНКР, д.т.н., профессора Бочкарева Й.В.
Апробация работы. Основные результаты разработок и исследований докладывались и были одобрены на научно-технических конференциях Кыргызского СХИ в 1976-1993 г.г., на расширенном семинаре гидравлической лаборатории АрмНИИВПиГ (Ереван, 1979), на республиканской научно-технической конференции в КазНИЛЗХ (Джамбул, 1980), на республиканской научной конференции ВНІЮ "Ссвзводавто-матика" (Фрунзе, 1980), на заседании кафедр гидравлики и гидротехнических сооружений МГЩ (Москва, 1981), на заседании технического совета Ыинводхоза Киргизской ССР (брунзе, 1985), на юби-
лейной научно-технической конференции БСХА. (Горки, 1990), на научно-производственной конференции ДГмСИ (Джамбул, 1991), на наручном семинаре кафедры гидравлики Стамбульского технического университета (Стамбул, 1993).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 47 научных работ, из них одна монография (в. соавторстве), 2 учебных пособия (в соавторстве), 12 авторских свидетельств и 4 положительных решения на изобретения и патенты. Кроме того, материалы исследований включены в 2 учебника для высших и средних специальных заведений по специальности "Гидромелиорация" и I справочное пособие.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заклвчения и выводов, а также приложений в виде отдельного тома. Работа имеет общий объем 567 страниц машинописного текста, включая 194 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 186 наименований, 7 приложений.
Похожие диссертации на Совершенствование способов и средств управления сверхбурными потоками на ирригационных каналах-быстротоках
