Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние и оценка водохозяйственного комплекса ахтарской группы лиманов 9
1.1 Природно-климатические условия Юго-восточного Приазовья 9
1.2 Оценка проблемы и инженерные решения по охране окружающей среды водохозяйственного комплекса 13
1.3 Анализ водохозяйственной ситуации и проблема подтопления сельскохозяйственных земель 19
1.4 Цель и задачи исследований 23
2 Исследования эксплуатационных режимов главных коллекторов рисовых систем 24
2.1 Методика исследований 24
2.2 Исследование режимов уровней сбросных вод главных коллекторов ДГК и МОК 31
2.3 Исследование пропускной способности главных коллекторов ДГК и МОК 33
2.4 Исследование открытого шлюза-регулятора на коллекторе МОК-К-6 42
2.5 Анализ режимов эксплуатации сбросной насосной станции №7 при перекачке сбросных вод 46
Выводы по главе 49
3 Мелиоративное обоснование самотечного водоотвода для ликвидации переувлажнения и подтопления сельскохозяйственных угодий 51
3.1 Методика исследований 51
3.2 Обоснование подтопления земель сельскохозяйственного назначения, прилегающих к Кирпильскому лиману 53
3.3 Исследование мелиоративного режима грунтовых вод для обоснования переувлажнения земель 58
3.4 Динамика уровенного режима сбросной сети для отвода избыточных вод Калининского района 63
3.5 Мониторинг уровенного режима водохозяйственного комплекса Ахтарской группы лиманов 69
Выводы по главе 71
4 Обоснование эксплуатационных режимов сбросных сооружений для восстановления природного равновесия кирпильского лимана 72
4.1 Натурные исследования эксплуатационных режимов сбросного сооружения МЧОС-1 73
4.1.1 Исследования верхнего бьефа сооружения 73
4.1.2 Натурные исследования нижнего бьефа сооружения МЧОС-1 80
4.2 Обоснование и разработка конструкции сбросного сооружения двойного регулирования для реализации земельно-охранной системы 89
4.2.1 Разработка элементов конструкции сооружения «Лиман-Море-Лиман» 89
4.2.2 Моделирование движения жидкости через водосливы сбросного сооружения ЛМЛ 92
4.2.3 Состав и методика лабораторных исследований модели сбросного сооружения двойного регулирования 97
4.2.4 Лабораторные исследования модели сооружения ЛМЛ 101
Выводы по главе 104
5. Разработка земельно-охранной системы для защиты сельскохозяйственных земель от подтопления 105
5.1. Анализ причин, обуславливающих подтопление земель сельскохозяйственного назначения 105
5.2. Основные принципы формирования земельно-охранной системы ВХК 107
5.3. Выбор способов охраны сельскохозяйственных земель от подтопления при улучшении водоотвода из Кирпильского лимана в Азовское море
5.4 Экономическое и экологическое обоснование земельно-охранной системы ВХК Ахтарской группы лиманов 116
5.5 Определение показателей эффективности инвестиций проекта ЗОС ВХК Ахтарской группы лиманов 119
5.5.1 Обоснование чистого дисконтированного дохода ЗОС 119
5.5.2 Определение чистого дисконтированного дохода, индекса доходности и рентабельности инвестиционного проекта земельно-охранной системы 121
Общие выводы 123
Рекомендации производству 125
Литература 126
Приложения 135
- Оценка проблемы и инженерные решения по охране окружающей среды водохозяйственного комплекса
- Исследование пропускной способности главных коллекторов ДГК и МОК
- Исследование мелиоративного режима грунтовых вод для обоснования переувлажнения земель
- Состав и методика лабораторных исследований модели сбросного сооружения двойного регулирования
Введение к работе
Водохозяйственный комплекс (ВХК) Ахтарской группы лиманов является уникальным районом по своим климатическим условиям. Благоприятные природные условия, плодородные земли, воды богатые ихтиофауной выдвинули его в число основных производителей сельскохозяйственной продукции в Краснодарском крае. ВХК включает: часть Азовского моря ( Ахтарский залив ); Кирпильскую группу лиманов; бассейны степных рек Понура, Кирпили; главные коллектора рисовых оросительных систем Джерелиевский головной коллектор (ДГК), Магистральный опреснительный коллектор (МОК), коллектор К-10; рисовые и оросительные системы Динского, Калининского, Красноармейского районов. Проблема эксплуатации ВХК Ахтарской группы лиманов состоит в противоречии между его участниками, которое в конечном итоге складывается от вносимой доли в сельскохозяйственное производство и рыбоводство. С другой стороны, несогласованные действия самих участников ВХК и неудовлетворительная техническая готовность рисовых оросительных систем (РОС), гидротехнических сооружений, главных коллекторов, гидрометрических постов для учета сбросной воды приводит к чрезвычайным ситуациям, вызывая подтопление сельскохозяйственных земель, территорий и населенных пунктов в районе Ахтарской группы лиманов.
Один из путей восстановления природного равновесия в регионе является выделение на данной территории земельно - охранной системы (ЗОС).
Земельно-охранная система обеспечит устойчивость развития водохозяйственного комплекса, позволит решать ряд задач по устранению разногласий между водопользователями ВХК. Поэтому формирование земельно-охранной системы на территории Ахтарской группы лиманов, направленной на ликвидацию подтопления, является актуальной проблемой.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР КГАУ (номер гос. регистрации 01200113465).
Цель работы - обоснование и формирование земельно-охранной системы водохозяйственного комплекса Ахтарской группы лиманов Азово - Кубанского бассейна для защиты сельскохозяйственных земель от подтопления.
Объект исследований. Земли сельскохозяйственных угодий, подверженные подтоплению и переувлажнению. Эксплуатационные режимы главных коллекторов и концевых сооружений рисовых оросительных систем при пропуске паводковых вод и максимальных сбросов.
Методы проведения исследований:
Задачи, поставленные в работе, решены путем проведения натурных и лабораторных исследований. Лабораторные исследования проводились с использованием стандартного измерительного оборудования и методик физического моделирования гидравлических явлений. Натурные исследования выполнялись гидрометрическим методом на базе приборов и оборудования, прошедшего государственную аттестацию. Обработка экспериментальных данных производилась методом статистического анализа с помощью критериев Стьюдента и Фишера, а также регрессионного анализа.
Основные положения, выносимые на защиту:
-анализ и оценка водохозяйственной ситуации ВХК при подтоплении земель сельскохозяйственного назначения;
-пакет экспериментальных зависимостей эксплуатационных режимов главных коллекторов и сбросных сооружений;
-технологическая схема отвода паводковых вод и пропуска максимальных расходов с РОС, а также мелиоративный режим земель подтапливаемых территорий;
-конструкция концевого сбросного сооружения по обеспечению реверсивного пропуска паводковых расходов «Лиман-Море-Лиман»;
-земельно-охранная система ВХК Ахтарской группы лиманов.
Научную новизну работы составляет:
-эмпирические зависимости колебания уровня воды в Кирпиль-ском лимане от сложившихся эксплуатационных режимов главных коллекторов и концевых сбросных сооружений при пропуске паводковых вод и максимальных расходов с РОС;
-обоснование строительства самотечного водоотвода с подтопляемых земель сельскохозяйственного назначения;
-экспериментальные зависимости колебания уровня и общей минерализации грунтовых вод на подтопляемых землях от природных и антропогенных факторов;
-реверсивная технологическая схема пропуска паводковых вод через сбросное сооружение «Лиман-Море-Лиман»;
-земельно-охранная система ВХК Ахтарской группы лиманов.
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований использованы при разработке земельно-охранной системы ВХК Ахтарской группы лиманов Краснодарского края для обоснования пропуска паводковых вод и максимальных расходов с РОС через самотечный водоотводящий канал. Годовой экономический эффект от проведенных натурных исследований эксплуатационных режимов главных коллекторов и сбросных сооружений в Эксплуатационном мелиоративном государственном учреждении Калининского района Краснодарского края составил 387 тыс. рублей.
Практическая ценность работы заключается в разработке схемы отвода избыточных вод из Кирпильского лимана при критических уровнях воды, превышающих абсолютную отметку 0,8 м. В обосновании трассы самотечного канала для отвода паводковых вод и максимальных сбросных расходов в Кирпильский лиман в обход сбросной насосной станции №7 с целью экономии электроэнергии и защиты прилегающих земель от подтопления.
Личный вклад автора заключается: в непосредственном участии по проведению натурных, лабораторных и топографических исследований на главных коллекторах РОС; разработке конструкции концевого сооружения двойного регулирования; сбору информации и научному обобщению данных по эксплуатации режимов основных сооружений водохозяйственного комплекса; разработке и обоснованию земельно-охранной системы на территории водохозяйственного комплекса Ахтарской группы лиманов; инженерной защиты от подтопления и переувлажнения сельскохозяйственных земель на территории ВХК Ахтарской группы лиманов.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-практических конференциях Кубанского госагроуниверситета «Мелиорация земель, охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» (Краснодар, 1997 - 2002 г.г.), на конференции «Научные достижения молодежи Кубани» (Краснодар, 2001 г.). Научная работа «Мелиорации переувлажненных земель Краснодарского края» по итогам Всероссийского конкурса 1999 г. была награждена дипломом 1 степени и медалью Министра сельского хозяйства России.
Публикации. Основные материалы исследований опубликованы в 5 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложений и списка литературы. Общий объем диссертации 138 страниц, в числе: 134 страниц машинописного текста, 45 рисунка, 9 таблиц, 2 приложения и списка литературы, включающий 110 наименований отечественных и зарубежных источников.
Оценка проблемы и инженерные решения по охране окружающей среды водохозяйственного комплекса
Сельское хозяйство Приазовских районов Кубани в значительной степени зависит от функционирования водохозяйственного комплекса (ВХК) гидросистем лиманов [32].
Водохозяйственный комплекс Ахтарской группы - это система социально-экономических и технических мероприятий по использованию водных ресурсов в интересах участников комплекса исходя из запросов народного хозяйства. Мероприятия включают в себя: гидротехнические мелиорации, водоотведение, рыбное хозяйство и водный туризм. Водохозяйственный комплекс Ахтарской группы лиманов является уникальным районом по своим климатическим условиям. Благоприятные природные условия, плодородные земли, воды богатые ихтиофауной выдвинули его в число основных производителей сельскохозяйственной продукции в Краснодарском крае. ВХК включает: часть Азовского моря (Ах-тарский залив); Кирпильский лиман; бассейны степных рек Понура, Кирпи-ли; главные коллектора оросительных систем ДГК, МОК, К-10; оросительные системы Динского, Калининского, Красноармейского районов Краснодарского края. Особая роль водохозяйственного комплекса Ахтарской группы лиманов принадлежит Кирпильскому лиману [71]. Кирпильский лиман с одной стороны является водоприемником сбросных вод с рисовых оросительных систем (РОС) Калининского и Красноармейского районов, с другой стороны, он является важным рыбопромысловым водоемом, где сосредоточено основное воспроизводство ценных видов рыб. Поэтому состояние природной среды лимана, а также территории, окружающей его, необходимо оценивать с точки зрения рыбохозяйственных требований [10,17,18, 89, 93,97]. Площадь РОС Калининского, Красноармейского районов занимает около 53% от общей площади всех рисовых систем Краснодарского края [82]. Объем поступающих вод с рисовых оросительных систем во время вегетации риса в отдельные периоды оценивается сбросным расходом до 120 м3/с. Водовыпуск из Кирпильского лимана в Азовское море осуществляется через концевое сооружение Марьяно-Чебургольской оросительной системы (МЧОС-1) и шлюз 8, суммарный проектный расход которых не превышает 30 м7с. В Кирпильский лиман впадают естественные водотоки. К наиболее крупным относятся степные реки Кирпили и Понура. Максимальные расходы степных рек наблюдаются зимой и ранней весной. В летний период расход степных рек снижается до минимума, практически до нуля [82].
При такой схеме водохозяйственной эксплуатации Кирпильского лимана нарушается баланс притока и оттока вод лимана. Паводки 1998 года нанесли значительный ущерб осушительной насосной станции (НС) №7, производительностью 60,4 м /с на Магистральном опреснительном канале (МОК). Разрушению подверглись сооружения аванкамеры НС №7, автодорожные мосты, бетонные крепления откосов каналов и сороудерживающие решетки. В Калининском районе в 1997 году оказались подтопленными сельскохозяйственные угодья на площади 24,1 тыс. га или 22,8% от общей площади всех сельскохозяйственных земель [58].
Во время чрезвычайных ситуаций, в условиях разрушения паводками (1997, 1998 г.г.) отдельных жизненно важных объектов в низовьях реки Понура, встала задача разгрузки НС №7 от паводковых расходов. По предложению «Кубаньводпроекта» в период максимальных расходов МОК большую часть стока решено отводить в Кирпильский лиман через самотечный коллектор СК-1. Ожидаемые высокие темпы строительства системы самотечного водоотвода наблюдались только в 1998 году. В 1999 году экскаваторные работы по строительству СК-1 не проводились вообще, а по другим объектам были крайне низкими, что не обеспечило ввод самотечной системы ни в 1999 г., ни в 2000 г. Зато темпы дальнейшего разрушения сооружений превысили все ожидания. Современное состояние разрушенных сооружений не допускает дальнейшего промедления. Мост для прохода сороочи-стной установки наполовину обрушился в русло. На автодорожном мосту два пролета частично перекрывают русло. Процесс разрушения берегоукре-пления аванкамеры и дальнейшая просадка мостов активизируется [33].
Строительство СК-1 обосновывается катастрофическими последствиями, которые могут возникнуть в период массового сброса вод с РОС при интенсивном размыве дна и откосов в зоне разрушенной решетки перед насосной станцией №7. В результате прорана в решетке возникнут размывающие скорости потока, которые приведут к разрушению автомобильных мостов. В период сброса вод с РОС наблюдается большое поступление плавающего мусора, при разрушении сороудерживающей решетки произойдет затор мусора и подъем уровня воды в аванкамере. Из-за чего насосная станция выйдет из строя. Это повлечет за собой экологическую катастрофу с большими экономическими затратами на восстановление сложившегося природно-техногенного комплекса в данном районе края [68,92].
В результате паводка в конце февраля 1998 года на реке Понура произошло разрушение плотин в верховьях реки, вследствие чего разрушена сороудерживающая решетка на НС №7, мост для прохода через МОК, бетонные крепления дна и откосов под мостом. По экспертным оценкам современное состояние разрушенных конструкций требует полной их замены [82]. Стоимость восстановительных работ составляет более 900 тыс. рублей в ценах 1991 года. Специалистами «Кубаньводпроекта» предложен менее дорогой вариант, увязанной со схемой предстоящего переключения расходов МОК на самотечный водоотвод через СК-1 в Кирпильский лиман.
Таким образом, существует проблема сброса паводковых вод в водоприемник - Кирпильский лиман, которая влечет за собой затопление и подтопление сельскохозяйственных земель и населенных пунктов в низовьях реки Понуры. Данная проблема может быть решена путем выбора оптимального варианта по эксплуатации главных коллекторов МОК, Джерели-евского головного коллектора (ДГК), коллектора К-10, СК-1 и НС №7 [79].
Перечисленным инженерным решениям посвящены ряд исследований. Большой вклад в решение проблемы эксплуатации гидротехнических сооружений, связанных с функционированием РОС, внесли ученые: Б.Б. Шумаков [106]; Ю.П. Поляков [77]; В.А. Волосухин [24]; В.И. Ольгаренко [67]; Ю.А. Свистунов [88]; В.А. Попов [78,79] и др.
Исследование пропускной способности главных коллекторов ДГК и МОК
Изучалась динамика уровня воды в главных коллекторах в период вегетации риса на Марьно-Чебургольской и Понуро-Калининской рисовых оросительных системах [51,52]. Исследовалось изменение уровня воды в ДГК и МОК в 1999 и 2000 г.г. На рисунках 2.2 и 2.3 представлена динамика уровня воды в створе №1 и в створе №2 за НС №7. Как видно из графиков до середины августа в коллекторах поддерживается высокий уровень воды от 1,3 до 1,5 м, превышающий уровень Кирпильского лимана на 0,5-0,8 м. Из этого можно сделать вывод о том, можно обеспечить самотечный отвод сбросных вод с РОС, минуя насосную станцию №7 до начала середины августа.
С середины августа идет резкое падение уровней воды в главных коллекторах с 1,3-1,6 м до 0,4-0,6 м в зависимости от периода исследований. Тенденция падения уровней в ДГК и МОК ярко выражена в этот период и соответствует условиям эксплуатации РОС. К концу сентября уровни воды в приемнике сбросных вод - Кирпильском лимане значительно снижаются. В Кирпильском лимане в 1999-2000 годах уровень воды составил 0,5 м (рис.3.8). Следовательно, начиная с октября месяца уровень главных коллекторов перестает оказывать влияние на эксплуатационный режим Кирпиль-ского лимана. И здесь встает одна из основных задач - обеспечение уровня воды в Кирпильском лимане на отметке 0,4-0,45 м, соответствующую уро-венному режиму для сохранения рыбного стада лимана [61,68,107], природной среды [35,70,72] и снижение негативного влияния лимана на подтопление сельскохозяйственных угодий [83].
В исследуемый период (1999, 2000 г.г.) эксплуатационные расходы главных коллекторов изменялись от максимальных значений, которые наблюдались в июле месяце до минимальных (конец сентября). Расход в ДГК находился в диапазоне от 112,21м /с до 4,76 м /с в зависимости от периода эксплуатации рисовых оросительных систем [21]. Расход МОК в период экс-плуатации РОС уменьшился с 60,87 до 4,12 м /с. Изменение расхода от минимальных до максимальных значений в главных коллекторах объясняется особенностями режима орошения риса на МЧОС и ПКОС [34].
В период максимальных расходов в сбросной сети уровень воды в Кирпильском лимане превышает его эксплуатационный уровень на 0,4-0,45 м. При этом создается угроза чрезвычайной ситуации - прорыва ограждающих дамб Кирпильского лимана и затопление прилегающих сельскохозяйственных угодий [33,56].
Как показали исследования, в процессе длительной эксплуатации произошла деформация русла главных коллекторов, в основном в поперечных сечениях. На рисунках 2.4 и 2.5 представлены действительные и проектные поперечные сечения главных коллекторов ДГК и МОК в створах №1, №2. Как видно из представленных данных обозначилась значительная деформация земляных русел коллекторов. Откосы каналов не соответствуют проектным, произошло углубление русла за счет размыва легких суглинков и ила [55].
Исследовался в натурных условиях скоростной режим в створах на вертикалях при различных расходах в коллекторах ДГК и МОК. Исследования проводились в 1999, 2000 г.г. По данным гидрометрических измерений были построены эпюры местных скоростей потока. По эпюрам местных скоростей можно судить о гидродинамической структуре потока при различных расходах. Характер эпюр местных скоростей потока был практически одинаков в различные периоды исследований. На рисунках 2.6 и 2.7 представлены опытные данные за 1999 год. Как видно из графиков максимальные скорости по-тока на глубине 0,6Н достигают 0,8 м/с при расходах более 100 м7с в коллекторе ДГК. Скорости в МОК на глубине 0,6Н при расходе 60,5 м7с достигают 0,75 м/с. При уменьшении расходов до 40 м7с происходит изменение скоростного режима в плане, наблюдаются значительные пульсации скоростей. Это ведет к еще более интенсивной деформации русла [6]. При этом скорости потока на вертикалях (кроме крайних) колеблются от 0,25 до 0,55 м/с. При расходах около 4 м7с скорости потока незначительны и достигают величины 0,1 м/с.
Для оценки объемов сбросных вод, поступающих в Кирпильский лиман, исследовались эксплуатационные режимы работы главных коллекторов. На рисунках 2.8 и 2.9 представлены графики изменения расходов главных коллекторов в зависимости от периода вегетации риса. Максимальные сбросные расходы приходятся на вторую декаду июля месяца. Данные графики показывают, что гарантированный отвод воды из Кирпильского лимана должен быть обеспечен, начиная с первой декады июля по третью декаду августа. При этом не будет повышения уровня воды в лимане выше критической отметки 0,45 м.
Исследования, проведенные по динамике водных потоков [55,66], показали, что в главных коллекторах ДГК и МОК при изменении расходов от 4 до 115 м7с наблюдается спокойное состояние потока.
Исследование мелиоративного режима грунтовых вод для обоснования переувлажнения земель
Следующим этапом было установление гидравлической связи между грунтовыми водами и уровнем Кирпильского лимана. Изучение проводилось косвенным методом, путем изучения химического состава воды в скважинах. В таблице 3.2 и на рисунках 3.4-3.7 представлены данные по изменению химического состава проб воды. В таблице 3.2 дан химический анализ состава сухого остатка. При сравнении опытных данных по химическому составу проб воды видно, что жесткость воды лимана отличается от РН грунтовой воды. С другой стороны, РН коллектора К-10 такая же, как РН лимана. Значит, на жесткость воды Кирпильского лимана оказывает влияние РН коллекторов, а не грунтовых вод. По содержанию ионов и катионов сухой остаток грунтовых вод нельзя сравнивать с химическим составом коллектора К-10 и тем более Кирпильского лимана.
Таким образом, можно заключить, что химический состав вод лимана не зависит от химического состава грунтовых вод, а определяется качеством сбросных вод во время вегетации риса. Это указывает на то, что между лиманами и грунтовыми водами нет гидравлической связи. Можно предположить, что ложе Кирпильского лимана находится на водоупоре небольшой мощности. Коллектор К-10 также лежит на водоупоре, хотя местами прорезает его, поэтому вода в К-10 более минерализована, чем в лимане. На ложе лиманов, где нет водоупора или имеются его значительные разрывы, вода сильно минерализована. Состав вод лиманов практически не отличается от химического состава грунтовых вод. Этим можно и объяснить чередование «соленых» и «сладких» лиманов на одном и том же ландшафте.
Для обоснования возможности самотечного отвода сбросных вод Калининского района через СК-1 в Кирпильский лиман в 2001 году проводилось изучение динамики уровней в заключительном звене сбросной сети (коллектор К-10, НС №7) и водоприемнике (СК-1, МЧОС-1). Результаты исследований показаны в таблице 3.3.
Среднесуточные уровни воды НС №7 и МЧОС-1 (шлюз №8) взяты из отчетов службы эксплуатации Эксплуатационного мелиоративного государственного управления Калининского района. Уровни воды в коллекторе СК-1 фиксировались на пикете ПК 37+20 относительно грунтового репера. Уровни воды в коллекторе К-10 измерялись в створе грунтовой перегородки, разделяющей К-10 и СК-1, также относительно грунтового репера. Грунтовый репер в узле К-10-КЖ-1 установлен в 2001 году специалистами института «Кубаньводпроект». Его отметка составляет +1,56 м.
Анализ отметок уровня (таблица 3.3) СК-1 и сопоставление с отметками напорного бассейна НС №7 и концевого сброса МЧОС-1 показывают, что отметка в СК-1 ниже отметки на МЧОС-1. В рассмотренной системе в период работы насосной станции должна формироваться кривая спада, а отметка уровня в СК-1 будет находиться в пределах: Нами установлено, что возможны две причины невыполнения условия (3.1): -несоответствие отметки грунтового репера в голове СК-1 с геодезической сетью; -несоответствие нуля рейки на МЧОС-1. Несоответствие отметки грунтового репера с геодезической сетью в голове СК-1 исключается исследованиями, проведенными 29 октября и 05 декабря 2001 года. В этот период НС №7 была полностью отключена, выпадение осадков на наблюдалось, суточный подъем в аванкамере НС №7 составлял 0,15-0,20 м. Поверхность воды в коллекторной сети практически горизонтальна, высокие отметки уровня исключают наличие значимых гидравлических перепадов в трубчатых переездах. Уровни в коллекторе К-10 ( узел K-10- CK-l) и аванкамере НС №7 гидравлически связаны, отметка в К-10 (грунтового репера) совпадает с отметкой в аванкамере, что подтверждает правильность отметки грунтового репера. Причем, наиболее достоверным следует считать показания от 29 октября, так как 05 декабря вблизи узла СК-1-НК-10 из-за высоких горизонтов началась разгрузка воды из К-10 в суходол - в урочище "Мужичкова Сога". Следовательно, возможно несколько завышена отметка нуля наблюдательной рейки на МЧОС-1, что объясняет превышение уровня МЧОС-1 над СК-1. Однако, в отдельные периоды значительных превышений (18.05; 21.09) нельзя исключать из-за явлений ветрового нагона в Кирпильском лимане [26].
При анализе уровенного режима НС №7, коллектора К-10 использован метод «наложения» графического материала. Взаимное расположение уровней исследуемых водных объектов показано на рисунках 3.8-3.11.
Динамика уровня Кирпильского лимана за 2001 год показывает, что средняя отметка в вегетационный период не выходит за рамки сложившегося в последние годы режима, и находятся в пределах 0,7-Ю,8 м. Отмечается удовлетворительная работа сбросного сооружения МЧОС-1 во вне-вегетационный период. Средняя отметка лимана за ноябрь, декабрь 2001 года на 0,25 м выше средней отметки за зимний период 2000 года. Этот факт снижает вероятность промерзания лимана и повышает защищенность гид-робионтов Кирипльского лимана и дочерней группы малых лиманов.
Состав и методика лабораторных исследований модели сбросного сооружения двойного регулирования
Исследование пропускной способности на модели в лаборатории позволяет вносить коррективы в теоретические формулы или устанавливать эмпирические зависимости между отдельными элементами изучаемых гидравлических явлений.
Рассчитаем максимальный расход сооружения при наличии в верхнем бьефе критической отметки 2000 года 1,0 м. При пропуске паводковых расходов имеет место подтопленное истечение, в связи с этим отметка нижнего бьефа принята 0,864 м. Показанные отметки верхнего и нижнего бьефов приняты в соответствии с установившимися на модели водосбросного сооружения, при максимальном открытии затворов и уровне верхнего бьефа - 1,0 м.
Теоретический расчет по формулам (4.15)-(4.18) на пропуск максимального расхода при уровне воды в нижнем бьефе 0,864 м через водосливные секции составил: Суммарный максимальный расчетный расход сооружения двойного ре-гулирования при режиме «лиман-море» - 124 м /с. Максимальный расход при идентичном уровненном режиме на модели, полученный через масштабный коэффициент расхода aq=ai = 10119, в ре-альных условиях Q= 0,01198 10119=121 м /с. Расчетный и экспериментальный расходы на модели имеют расхождение не более 2,4%, что находится в пределах ошибки опыта (4.26). Следовательно, для согласования режима эксплуатации ВХК Ахтарской группы лиманов целесообразнее принять вариант с сооружением двойного регулирования. Такое сооружение обеспечит благоприятный режим «лиман-море-лиман», который позволит снизить неблагоприятные нагонные явления с Азовского моря и поддержание согласованных уровней воды в Кирпиль-ском лимане при чрезвычайных ситуациях. Также можно заключить, что разработанная конструкция сбросного сооружения при наиболее неблагоприятных условиях работы (подтопленное истечение) при отметке верхнего бьефа 1,0 м обеспечивает пропуск расхода более 120 м /с. Целью лабораторных исследований является установление требуемой пропускной способности сооружения двойного регулирования с целью поддержания требуемых уровней воды в Кирпильском лимане. В задачи исследований входило моделирование геометрических и гидравлических параметров, а также изучение коэффициентов расхода водослива практического профиля и водослива с широким порогом. Для проведения лабораторных исследований использовались следующие измерительные приборы и устройства: -линейные измерительные инструменты: масштабная линейка с точностью деления ±1 мм; штангенциркуль; шпиценмасштаб с точностью измерения ±0,1 мм; -приборы для измерения уровней воды - пьезометры, точность измерения ±0,5мм; -прибор для измерения продолжительности процессов - секундомер, точность измерения 0,01 с; -тарированный треугольный водослив - водомер, точность измерения расхода ±0,01 л/с. Исследования сбросного сооружения проводилось с использованием методики [22], когда все факторы фиксируются на некотором уровне, а один из них варьируется. В качестве варьируемого фактора выступал коэффициент расхода. Диапазон варьирования уровня принимался в диапазоне от 0 до 0,5 м для водослива практического профиля и для водослива с широким порогом - от 0 до 0,8 м. Отметка порога водослива с широким порогом соответствует 0, а отметка гребня водослива практического профиля 0,3 м. Отметка водослива практического профиля была назначена 0,3 м исходя из условий сохранения минимального уровня для рыбохозяйственных целей лимана. Модель сбросного сооружения шириной 1,375 м устанавливалась в трапецеидальном лотке шириной 1,5 м. Ширина водосливного пролета модели была принята 0,15 м, всего пролетов п=8. Длина гидравлического лотка позволяла исследовать сооружение при стационарном плавно изменяющемся движении потока на модели. Подача требуемого расхода изменялась от 5 до 12 л/с. Для успокоения потока на входном участке использовались гасители энергии в виде мелкоячеистых сеток. Требуемый гидравлический напор на водосливах создавался при помощи переливных устройств в конце лотка. Из переливных устройств поток попадал на водослив-водомер. Требуемый шаг относительного напора Н0/Рь при неподтопленном истечении изменялся в диапазоне 0 0,6. Пропускная способность сооружения оценивалась по вариантам: - водопропускные пролеты открыты; - водопропускные пролеты закрыты. В обоих вариантах водосливные пролеты пропускают транзитный расход. Данные варианты позволяют оценить максимальные (паводковые) расходы при работе всех отверстий сооружения. При закрытых водопропускных пролетах оценивался максимальный расход через водосливные пролеты.
