Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование современного состояния и обоснование системного подхода в исследовании надежности поверхностных источников водоснабжения 12
1.1 Критический анализ современного состояния береговых водозаборных сооружений и способов обеспечения надежности поверхностных источников водоснабжения 12
1.2. Анализ работы водозаборов как элементов водохозяйственной системы бассейна реки на основе принципов бассейнового подхода 23
1.3. Моделирование водохозяйственной обстановки на выделенном участке размещения водозаборов на основе метода водохозяйственного баланса 27
1.3.1 Общие методические положения 29
1.3.2. Построение расчетной схемы водохозяйственной системы 35
133. Исходная информация для моделирования ВХБ и источники ее получения 39
Выводы по главе 46
2. Определение основных направлений исследования по обеспечению надежности источника водоснабжения в створах расположения береговых водозаборных сооружений 48
2.1 Натурные исследования участка реки на примере среднего течения р.
Белой от поселка Юмагузино до г. Стерлитамак 48
2.1.1 Гидрологическая характеристика рассматриваемого водохозяйственного участка и задачи натурных исследований 48
2.1.2 Геоморфологическое описание участка 52
2.1.3 Результаты анализа проб донных отложений 57
2.1.4 Анализ эксплуатационных условий работы водозаборов 60
2.2 Расчетная модель водохозяйственного баланса бассейна р. Белой для оценки гидрологической обстановки в створе г. Салавата
2.2.1 Особенности построения алгоритма расчета ВХБ для оценки современной водохозяйственной обстановки на выделенном участке размещения водозаборов 63
2.2.2 Формализация алгоритма водохозяйственного баланса бассейна реки.67
2.2.3 Моделирование водохозяйственной обстановки в заданных створах.71
2.2.4 Структура модели ВХБ верхнего и среднего течения реки Белой 77
2.3. Постановка вопроса комплексных исследований района водозаборных сооружений системы водоснабжения предприятия ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» 90
2.3.1 Современное состояние работы водозаборов 90
2.3.2 Моделирования параметров гидравлических характеристик 96
2.3.3 Модель и методика проведения лабораторных исследований 100
Выводы по главе: 101
3 Обоснование комплекса регулирующих инженерных мероприятий для обеспечения надежности источника водоснабжения водозаборов ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» 103
3.1 Обоснование расчетных значений расходов и уровней воды в районе размещения водозаборов в среднем течении р. Белой 103
3.2 Обоснование компоновочной схемы и параметров регулирующих инженерных сооружений для обеспечения надежности работы водозаборов ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» 113
Выводы по главе: 129
4. Рекомендации по проектированию и эксплуатации инженерного комплекса сооружений по обеспечению надежности поверхностного источника водозаборов ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» 132
4.1 Основные положения и технические условия строительного проектирования по рекомендуемым инженерным сооружениям 132
4.2 Влияние регулирующих инженерных сооружений на уровненный режим грунтовых вод на близлежащей территории 135
4.3 Прогноз изменения уровней воды в створах береговых водозаборных сооружений 137
4.4 Прогноз изменения ледового режима р. Белой 139
4.5 Влияние регулирующих инженерных сооружений на максимальный и минимальный режимы уровней р. Белой 140
4.6 Влияние регулирующих инженерных сооружений на режим донных наносов р. Белой 142
Выводы по главе: 145
Общие выводы 147
Список использованных источников
- Моделирование водохозяйственной обстановки на выделенном участке размещения водозаборов на основе метода водохозяйственного баланса
- Расчетная модель водохозяйственного баланса бассейна р. Белой для оценки гидрологической обстановки в створе г. Салавата
- Обоснование компоновочной схемы и параметров регулирующих инженерных сооружений для обеспечения надежности работы водозаборов ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»
- Прогноз изменения ледового режима р. Белой
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из важнейших аспектов проблемы водоснабжения является обеспечение надежности работы водозаборов. На крупных водохозяйственных объектах широко используются береговые водозаборные сооружения. Многолетние наблюдения показали высокую работоспособность данного типа водозаборов, но выявили недостаточную их функциональную надежность в современных условиях в связи с тенденцией ежегодного снижения горизонта низких вод (ГНВ) ниже расчетного. За последние 50-60 лет произошли изменения, которые обусловили значительное снижение ГНВ в створах водозаборов в результате, так называемой «посадки» речного русла, причинами которой являются, как естественные гидрологические процессы, так и хозяйственная деятельность, проводимая в бассейне. Эти факторы проявляют себя по-разному во времени и для различных рек и участков водотоков. Так, снижение ГНВ в русловой части рек, которые являются источниками централизованного водоснабжения городов средней полосы России, Южного Урала и Западной Сибири, в среднем составляет 3-5 см в год.
Природные источники воды являются важнейшей из внешних (ассоциированных) систем водоснабжения, от которой в значительной степени зависит успешное выполнение функций водоснабжения объекта. Отказ источника влечет полное нарушение функций водоснабжения, т.е. представляет наиболее серьезную опасность, чем все возможные отказы элементов самой системы водоснабжения. Поэтому надежностная оценка и, соответствующие мероприятия для устранения отказа источника, намеченного к использованию, является задачей первостепенной важности в системе мер по повышению надежности систем водоснабжения.
Показатели надежности работы береговых водозаборных сооружений устанавливаются в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» к обеспечению гарантированных уровненных и расходных характеристик в водотоке в створах водозаборов, которые могут быть установлены расчетами или путем строительства регулирующих сооружений.
Решение проблемы обеспечения надежности поверхностных источников водоснабжения в условиях наблюдаемого явления посадки русла должно осуществляться, прежде всего, за счет инженерных мероприятий на участках размещения водозаборов для устранения отказа источника в неблагоприятных условиях водности и дальнейшей тенденции понижения уровней ГНВ.
Для обоснования таких мероприятий необходим системный подход, который предполагает совместное исследование и моделирование гидрологических и гидравлических закономерностей на расчетном участке, определяющих обеспеченность водными ресурсами систем водоснабжения, а также разработку, анализ и оптимизацию вариантов проектных решений по повышению надежности источника водоснабжения в соответствии с фактическим водопотреблением и поступлением водного стока. Это также предполагает оценку технико-экономической эффективности и надежности источника водоснабжения в новых условиях, т.е. после выполнения мероприятий.
Данные вопросы явились предметом исследования диссертационной работы.
Исследования выполнялись в соответствии с Планом мероприятий, утвержденных распоряжением правительства Республики Башкортостан №141-р от 01.03.2004 года «Меры по обеспечению оптимальной водности рек в маловодные периоды».
Цель работы – разработать и научно обосновать инженерные мероприятия для повышения надежности поверхностных источников водоснабжения при устойчивой тенденции посадки русла на основе оперативного регулирования водного режима и гидравлической структуры потока на участках рек в местах размещения береговых водозаборных сооружений.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- анализ современного состояния проблемы обеспечения надежности поверхностных источников систем водоснабжения в составе которых используются береговые водозаборные сооружения;
- проведение натурных исследований состояния русловых процессов и существующих тенденций изменения гидрологических и гидравлических условий работы береговых водозаборов;
- оценка характеристик поверхностного источника водоснабжения и уровня его надежности в створах размещения водозаборов в современных условиях на основе методики статистического моделирования;
- создание физической пространственной модели участка реки в районе размещения береговых водозаборов для исследования гидравлических характеристик источника водоснабжения и его взаимодействия с водозаборными сооружениями;
- проведение лабораторных гидравлических исследований и обоснование комплекса инженерных мероприятий, повышающих надежность источников водоснабжения в районе размещения береговых водозаборов;
Основная идея работы состоит в повышении надежности поверхностных источников водоснабжения в районе размещения береговых водозаборных сооружений путем обеспечения необходимого уровенного режима и гидравлической структуры потока на участке реки на основе инженерных мероприятий.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и натурные исследования, моделирование изучаемых процессов, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПЭВМ и сертифицированных программ «Microsoft Excel» и «MathCAD Professional».
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована результатами лабораторных гидравлических исследований с использованием законов подобия и физического моделирования; применением при проведении лабораторных и натурных исследований средств измерения, аттестованных метрологической службой; применением методов математического моделирования и обработки экспериментальных данных; сопоставлением результатов, полученных автором, с данными других ученых.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- получены оригинальные экспериментальные данные, характеризующие гидравлический режим участка реки и показатели надежности источника водоснабжения в районе расположения береговых водозаборных сооружений на современном уровне, а также после реализации инженерных мероприятий;
- впервые предложена комплексная компоновочная схема инженерных регулирующих сооружений, обеспечивающих проектные показатели надежности источника водоснабжения путем формирования необходимой гидравлической структуры потока в местах размещения береговых водозаборных сооружений;
- разработан численный алгоритм и его компьютерная реализация для статистической оценки водохозяйственной обстановки в бассейне; получены уточненные на современном уровне гидрологические характеристики в створах расположения береговых водозаборных сооружений, характеризующих уровень надежности источников водоснабжения;
- впервые установлены эмпирические численные зависимости для описания характера взаимосвязи регулирующих сооружений с русловым потоком в створах размещения береговых водозаборных сооружений.
Практическое значение работы:
- на основе натурных исследований получены данные о современном состоянии русловых процессов и состояния поверхностных источников водоснабжения в среднем течении р. Белой;
- выполнена оценка современной водохозяйственной обстановки в бассейне р. Белой, характера гидрологического режима в створе водозаборов ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» и уровня надежности источника водоснабжения в современных условиях, в том числе с учетом предложенных мероприятий;
- разработаны рекомендации по выбору и обоснованию регулирующих конструкций инженерных сооружений, повышающих надежность поверхностных источников водоснабжения при устойчивой тенденции посадки русла в местах размещения береговых водозаборных сооружений.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке мероприятия для обеспечения проектной надежности источника водоснабжения на участке расположения береговых водозаборных сооружений НС-1, НС-2 и НС-3 ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» на р. Белой Республики Башкортостан, что подтверждено актом внедрения в ООО ПКФ «ПРОМИВХ», г. Ростов-на-Дону, РФ.
На защиту выносятся:
- комплекс инженерных мероприятий для обеспечения проектной надежности поверхностных источников водоснабжения при устойчивой тенденции посадки русла в местах размещения береговых водозаборных сооружений;
- экспериментальные данные, характеризующие гидравлический режим участка р. Белой в районе расположения береговых водозаборных сооружений ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» для различных условий водности, в том числе после осуществления предложенных инженерных мероприятий;
- численный алгоритм статистической оценки показателей надежности источников водоснабжения на выделенных участках бассейна и результаты полученных статистических надежностных оценок для участка размещения водозаборов ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».
Апробация. Основные результаты диссертационной работы были представлены, обсуждены и получили положительную оценку на всероссийской научно-практической конференции «Мелиорация и водное хозяйство» (г. Новочеркасск, 2008), международной научно-практической конференции «Проблемы мелиорации земель и воспроизводства почвенного плодородия» (г. Краснодар, 2009), научно-практической конференции «Гидравлическая эффективность мелиоративных каналов и сооружений» (г. Новочеркасск, 2011), на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия».
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе четыре работы по перечню научных изданий, рекомендованных ВАК Минобразования РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и общих выводов, списка использованных литературных источников и приложений. Общий объем диссертации включает 147 страниц основного текста, содержащего 14 таблиц, 46 рисунков, список использованных источников из 198 наименований и 5 приложений на 44 стр.
Моделирование водохозяйственной обстановки на выделенном участке размещения водозаборов на основе метода водохозяйственного баланса
Системы водоснабжения представляют собой набор взаимосвязанных сооружений, предназначенных для забора воды из различных источников, улучшения ее качества до нормативных требований, транспортировки, хранения и распределения между потребителями. [3,4].
В соответствии с перечисленными задачами системы водоснабжения в ее состав включаются следующие виды водопроводных сооружений [74]: 1. водозаборные сооружения, осуществляющие забор воды из выбранных для данного объекта природных источников; 2. насосные станции (водоподъемные сооружения), создающие требуемые давления в водопроводных трубах для подачи заданных расходов воды на заданную высоту; 3. сооружения для очистки и обработки воды (очистные сооружения), осуществляющие улучшение качества (очистку) природной воды в соответст 13 вий с требованиями потребителя; 4. водоводы и водопроводные сети, транспортирующие воду к объектам и местам ее потребления; 5. регулирующие и запасные емкости - резервуары различных типов для хранения и аккумулирования воды.
Современные системы водоснабжения являются сложным комплексом различных инженерных сооружений, ключевыми элементами из которых являются водозаборные сооружения. Водозабор является первым звеном сложной системы водоснабжения, обеспечивающим питание всех водопотребителей. Занимая головное положение в системе, водозабор имеет определяющую роль в ее функционировании. Такой водозабор должен работать бесперебойно при любых условиях забора воды, существенно изменяющихся по сезонам года [129].
Водозаборные сооружения, под которыми понимают, комплекс инженерных гидротехнических сооружений, обеспечивающих отбор воды из источника для последующей транспортировки потребителю различают по типу водоема: речные, озерные и морские.
Водозаборные сооружения классифицируют: - по требуемой категории надежности подачи воды. В соответствии со СНиП 2.04.02-84 все водозаборы подразделяются на 3 категории: I, II, III. При этом категория водозабора должна совпадать с категорией системы водоснабжения, в которой функционирует водозабор. I категория - водозаборные сооружения, обеспечивающие бесперебойный отбор расчетного расхода воды. К ним относятся все типы береговых незатоп ляемых сооружений, водоприемные окна которых всегда доступны для обслу живания, а очистка их сороудерживающих решеток механизирована. II категория - водозаборные сооружения, обеспечивающие отбор расчет ного расхода воды с возможностью перерывов подачи воды до 5 часов или снижения ее подачи до 1 месяца. К ним относятся все типы русловых затоплен ных водоприемников, расположенных в водоеме в удалении от берега и прак 14 о тически недоступных в период половодья, ледохода и т.п. III категория - водозаборные сооружения, отбор воды через которые может прекращаться до 3 суток. К ним следует относить плавучие и подвижные водоприемники [160]. - по производительности: малой (до 1 м /с), средней (от 1 до 6 м /с), большой производительности (более 6 м3/с). - по месту расположения водоприемника: береговые; русловые; при-плотинные и другие. - по степени стационарности: стационарные и нестационарные (передвижные, плавучие). - по назначению: хозяйственно-питьевые и технологические. Водозаборные сооружения должны обеспечивать подачу воды потребителю в необходимом объеме и требуемого качества при всех расходах и уровнях воды в реке, не меньших минимального расчетного.
Надежность подачи воды должна быть обеспечена при самых неблагоприятных возможных при выбранной обеспеченности сочетаниях гидрологических, гидравлических, технологических, шуголедовых и других условий. Водозаборные сооружения должны обеспечивать забор из водоисточника потребного расхода воды и подачу ее потребителю; защищать систему водоснабжения от попадания в нее сора, водорослей, планктона, биологических обрастателей, наносов, льда и т.п., защищать молодь рыб от попадания в водозаборные сооружения [141].
Надежность работы водозаборов определяется совокупностью факторов: потребным расходом воды и его соотношением с дебитом источника, типом источника (река, озеро, водохранилище, канал и др.), его гидрологическим и шу-голедовым режимом, переформированием ложа и транспортированием наносов, условиями строительства в акватории и прибрежной части и т.д. Наиболее полно вопросы устройства, функциональной и эксплуатационной надежности работы водозаборов освещены в трудах А.С. Образовского [34,35,128]. Анализируя всю совокупность факторов, определяющих надежность работы систем во 15 доснабжения рассмотрим гидрологические и гидравлические условия функционирования береговых водозаборов.
Расчетная модель водохозяйственного баланса бассейна р. Белой для оценки гидрологической обстановки в створе г. Салавата
Основой расчетного алгоритма расчета ВХБ служит совокупность вычислительных процедур, воспроизводящих функционирование исследуемых про 64 цессов в точном соответствии с их естественным протеканием, сохраняя при этом их логическую структуру.
В основе вычислительных процедур закладываются алгоритмы функционирования различных частей системы или ее элементов, описываемые с помощью соответствующих моделей из смежных более узких дисциплин: гидрологии, гидравлики, гидротехники, экономики и др. Таким образом модель по оценке ВХБ фактически представляет собой имитационную модель водохозяйственной системы, где в качестве основного моделируемого фактора выступает водохозяйственный баланс и распределение водных ресурсов в пределах бассейна на расчетных участках и конкретных створах реки.
Имитационное моделирование как метод численных экспериментов в водохозяйственной практике издавна используется при обосновании различных водохозяйственных мероприятий. Применение ЭВМ позволяет значительно сократить время на проведение водохозяйственных расчетов, увеличить количество рассматриваемых вариантов. С одной стороны такой аспект машинного имитационного моделирования приводит лишь к количественным сдвигам, а с другой - количественные изменения позволяют повысить качество принимаемых решений за счет многовариантности расчетов и статистической обработки полученных результатов.
Имитационное исследование состоит в проведении управляемых экспериментов с математическими моделями, при которых задаются варианты воздействия на изучаемую систему (сценарий), и оцениваются результаты ее функционирования. Имитационная модель, реализованная в виде комплекса программ для ЭВМ, служит исследователю как бы лабораторной установкой.
В основу многих разработанных имитационных моделей положена методология водохозяйственных расчетов, переложенная на ЭВМ.
Важнейшим вопросом разработки имитационной модели сложной ВХС является формализованное представление ее структуры и построение схемы ВХС в задачах исследования. Формализованная схема ВХС позволяет упорядочить процессы подготов 65 ки информации для решения задач, ввода и размещения ее в памяти ЭВМ, позволяет сформулировать алгоритмы взаимосвязи между информационными массивами, хранимыми в памяти ЭВМ и программами их обработки.
Сложная ВХС бассейна представляет собой разветвленную систему направленного тока воды и может быть описана при помощи ориентированного графа-дерева. Вершинами такого графа-дерева являются рассматриваемые в задачах элементы ВХС, а ребрами - соединения элементов вдоль водотоков и каналов, причем длина каждого ребра соответствует расстоянию по водотоку (реке или каналу) между рассматриваемыми элементами. Ориентация ребер графа соответствует направлению естественного тока воды в системе.
В качестве элементов ВХС рассматриваются естественные и искусственные водотоки, водохранилища, водозаборы, водосбросы, узлы слияния водотоков, каналов и т.д., т.е. все существенные, учитываемые в расчетах объекты.
Упорядочение вершин графа-дерева производится на основе присвоения каждой из них шифра в соответствии с кодировкой водных объектов, принятой в системе ведения государственного водного кадастра [104]. Этот шифр включает девять позиций для обозначения кода бассейна, двадцать позиций — для обозначения шифра водотока (описываются водотоки до пятого порядка включительно) и четыре позиции - для обозначения расстояния от устья данного водотока, на котором находится рассматриваемый элемент на формализованной схеме ВХС.
Нумерация вершин на формализованной схеме осуществляется в соответствии с возрастанием этого шифра, но несколько в ином порядке для того, чтобы иметь возможность «стянуть» все формализованные элементы ВХС на боковых притоках к соответствующим им притокам старшего порядка. Принцип такой нумерации виден из рисунка 2.6.
Каждая рассматриваемая вершина графа-дерева может быть отнесена к тому или иному типу элементов ВХС. Так, например, выделяются такие типы элементов ВХС: водотоки, водохранилища, гидроузлы, каналы, водозаборы, водосбросы, пункты наблюдений и т.д. Выбор состава и типов вершин для описания структуры ВХС, а также со 66 става информации и признаков по каждому структурному элементу системы, производится в соответствии с задачей исследования на основе принципов эк-вивалентирования ВХС [30].
Обоснование компоновочной схемы и параметров регулирующих инженерных сооружений для обеспечения надежности работы водозаборов ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»
Для обоснования конструктивных мероприятий по повышению функциональной надежности береговых водозаборных сооружений были проведены лабораторные исследования на жесткой (неразмываемой) модели. Лабораторные исследования имели своей целью изучение гидравлических процессов и параметров при различных режимах работы струенаправляющих шпор и правобережной оградительной дамбы в створе водозабора насосных станций системы водоснабжения предприятия ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», результатом которых являлась разработка комплекса конструктивных мероприятий по защите водозаборных сооружений насосных станций от донных влекомых наносов. Решение поставленных вопросов должно решаться во взаимосвязи всех пара 97 метров потока и русла, а также с влиянием одних на другие и обратно. Вопросы моделирования решались, исходя из следующих соображений: а) учитывалось стремление к сохранению достаточной величины со оружения в лабораторных условиях и наиболее полному охвату его плановых размеров с достаточным участком подводящего криволинейного русла из усло вия, чтобы условия входа не оказывали влияния на формирование структуры потока перед насосными станциями; б) учитывались возможности лаборатории, главным образом наличие экспериментальной площадки достаточных размеров и водообеспечивающего комплекса (полосно-силовой агрегат, бак постоянного напора, напорный водо вод, сбросной лоток и пр.) соответствующей производительности. В связи с этим необходимо моделирование гидравлических характеристик прохождения потоком тел в условиях геологического строения территории. В этих условиях оказалось возможным выполнить модель в масштабе 1:100 натуральной величины без искажения масштаба. Искажения масштаба нельзя допускать, как утверждает И.И. Леви [96], потому что движение жидкости на повороте возможно только при условии полного геометрического подобия и равенства коэффициентов сопротивления модельного и натурного русла, в противном случае распределение скоростей по сечению будет искажено. Следовательно, при искажении геометрических масштабов модели поперечная циркуляция будет нарушена, а так как она играет существенную роль при движении жидкости на криволинейных участках и формировании русла рек, то для получения подобия необходимо соблюдать одинаковый вертикальный и горизонтальный масштаб.
Устройство модели, постановка и проведение опытов, пересчет натурных параметров в модельные и модельные в натурные производится по общеизвестным формулам моделирования, основанным на подобии явлений, где решающим фактором считается влияние силы тяжести, т.е. моделирование производится по Фруду с соблюдением геометрического подобия.
Поскольку модельные исследования проводились в гравитационных условиях аналогично тем, какие будут иметь место в натуре, и использовались одинаковые жидкости, то при таких условиях постоянные подобия для скорости, времени, расхода зависят только от линейного масштаба. Таким образом, при принятом критерии подобия размеры модели можно представить в следующем виде:
Из приведенного выше анализа следует, что критерии подобия гидравлических характеристик соответствуют требованиям, и построенная модельная установка может использоваться по назначению.
Гидравлические исследования на модели были проведены в гидротехнической лаборатории НГМА. Строительство пространственной модели руслового участка р. Белой и проведение гидравлических исследований выполнялось в соответствии с рекомендациями, изложенными в работах Зегжда А.П., Леви И.И., Лапшенкова B.C., Мордвинцева М.М. и др. [92,93,114,115] (рис. 2.20).
Гидравлическая пространственная модель участка р. Белой в районе расположения НС 1 - НС-1, НС-2, НС-3; 2 - струенаправляющие шпоры; 3 - подпорное сооружение; 4 - оградительная дамба Вода из напорного бака подается через мерный треугольный водослив с углом 90 в распределительный бассейн, из которого вода через успокоитель 101 ные решетки попадает в сформированное русло. Методика выполнения измерений и основные технические характеристики треугольного водослива приведены в [136]. По данным [181] погрешность треугольного водослива не превышает 2% при Нв 50,8 мм и 5% при Нп - 50,8 мм. В натуре и на модели вначале есть прямолинейный участок, за которым следует криволинейный, на котором находятся водозаборы. Все три насосные станции (водозаборы) расположены на вогнутой части излучины р. Белой левого берега. Русло реки Белой с левой стороны врезано в пойму и отделяется от неё уступом до 5,0 м. На правом берегу устроены защитные дамбы. На прямолинейном участке поток должен соответствовать структуре потока в натуре. Длина этого участка, на котором поток приобретает турбулентные характеристики натурного потока, по И.И. Леви должен составлять не менее 50h (глубин), т.е. порядка 3,0 м, что выдержано на модели. На криволинейном участке рассмотрены три водозабора, за которыми находится подпорное сооружение, обеспечивающее соответствующие уровни.
Прогноз изменения ледового режима р. Белой
Предлагаемый комплекс инженерных сооружений на водный режим реки Белой оказывает влияние только в части изменения уровней и перераспределения части водного потока в весенний паводок.
Изменение уровней, а точнее поддержание минимального гарантированного горизонта воды на отметке 138,0 м. абс в створах водозаборов обеспечивает водоподпорное сооружение. Поддержание заданного уровня обеспечивается маневрированием шандорами.
Водоподпорное сооружение на максимальные уровни влияния не оказывает, т.к. оно выполнено затапливаемой конструкцией. При расходах более 200 м /с вода переливается через верх сооружения, при этом все шандоры убираются с пролетных строений и складируются на берегу на не затапливаемых отметках.
В комплексе инженерных сооружений на участке расположения водозаборов предусмотрены оградительная дамба на правом берегу и устройство струенаправляющих шпор.
Назначение оградительной дамбы состоит в удержании расчётного максимального расхода на участке водозаборов с целью смыва отложившихся на-носов в меженный период. Величина расхода составляет 1700 м /с, а уровни прохождения этого расхода составляют 142,2. м.абс.
В естественных условиях при горизонтах воды выше 138,0 м.абс часть водного потока протекала в старое русло и поток раздваивался на два рукава. Место слияния двух рукавов находится ниже рассматриваемого участка.
Защитная дамба выполнена не затапливаемой конструкцией. При расхо-дах Q5o/o = 1700 м /с водный поток не перетекает в старое русло, и прохождение его происходит в естественных условиях.
Струенаправляющие шпоры в количестве 5 штук устраиваются в русловой части, примыкая своими концами к правому берегу.
Назначение их заключается в изменении структуры донного потока с целью отброса потока воды к левому берегу для смыва отложившихся наносов. Шпоры за два-три паводка способствуют заносу наносами участков между ними, при этом происходит естественное закрепление правого берега от размыва. Шпоры также выполнены затапливаемой конструкцией, при расходах в реке более 200 м /с они затапливаются и на водный режим никакого влияния не оказывают.
Весь комплекс регулирующих сооружений, предлагаемый в данной работе, направлен на повышение надежности работы водозаборов. Одним из основных факторов снижения функциональной надежности работы водозаборов было занесение речными донными наносами входных оголовков водоприемников насосных станций.
Для ликвидации этого явления необходимо создать условия для смыва и транспортировки отложившихся наносов на нижележащие участки (за пределы зон влияния водозаборов). Иными словами, изменить режим движения донных наносов на этом участке. В паводковый период, когда 90% объема наносов проходит по реке, необходимо обеспечить транзит донных наносов за пределы участка, которые в меженный летний и зимний период все-таки оказываются у левого берега реки, где находятся береговые водозаборные сооружения.
Транзит и смыв донных наносов обеспечивается формированием гидравлической структурой потока.
Струенаправляющие шпоры стесняют поток с правой стороны, тем самым уменьшается площадь живого сечения потока, что ведет к увеличению скорости воды в реке, а соответственно, и транспортирующей способности потока.
Гидравлические расчеты показали, что для смыва и транспортировки донных наносов необходимо создать скорости на этом участке более 1,8-2,0 м/с, что и было выполнено в конструктивных размерах, намечаемых к строительству шпор.
По прогнозным расчетам транзитный расход с донными наносами после прохождения нашего участка должен отложить наносы в 50-100 м за водопод-порным сооружением в виде плесов или островков.
В весенний паводок, как отмечалось выше, все шандорные заграждения на водоподпорном сооружении убраны, и наносы беспрепятственно пропускаются за пределы расчетного участка.
Предполагаемый объем наносов в средний по водности год, который будет проходить транзитом через наш участок, где расположены береговые водо-заборные сооружения, составляет около 0,2 млн. м .
Результаты исследований легли в основу разработки проектной документации на строительство комплекса гидротехнических сооружений, целью, которой являлось повышение функциональной надежности работы береговых водозаборных НС-1, НС-2 и НС-3. Разработанные проектные решения в ООО «ПКФ ПРОМИВХ» (г. Ростов) были построены в 2008 и 2009 годах. Паводок 2009 г. на данном участке реки Белой проходил при наличии рекомендованного комплекса гидротехнических сооружений (рис. 4.5). Рисунок 4.5 - Результаты внедрения на рассматриваемом участке реки после проведения инженерных мероприятий На основе рекомендуемых инженерных мероприятий по обеспечению функциональной надежности системы водоснабжения ОАО «Салаватнефтеорг-синтез» выполнена оценка по экономическому обоснованию инвестиций на реконструкцию водозаборных сооружений НС-1, НС-2, НС-3. Оценка инвестиционных показателей выполнена методом анализа денежных потоков на жизненном цикле эксплуатации реконструируемых водозаборных сооружений. Дисконтируемый период окупаемости затрат на реконструкцию составит 4 года. Чистый дисконтированный доход за жизненный цикл 30 лет составит 82,4 млн. рублей при объеме капитальных затрат 44,9 млн. рублей в ценах II квартала 2010 года.
