МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006

УДК 627.83:626.88

Бесплотинное водозаборное сооружение

с рыбозащитой

 

Н.П. Лавров – д.т.н., проф.; Г.И. Логинов, Н.В. Коржавин, Д.А. Борисенко

Кыргызско-Российский Славянский университет, г. Бишкек, Кыргызстан

 

Общий годовой сток горных рек Кыргызстана превышает 50 млрд м3 . Они имеют относительно небольшой расход, особенно в горной части, формирующийся от таяния сезонных снегов, вечных снегов и ледников, а также от дождей и ливней [1].

Использование потенциала горных рек для ирригации и гидроэнергетики достигается устройством плотинного или бесплотинного водозабора. Тип водозаборного сооружения назначается, исходя из топографических, гидрологических и инженерно – геологических условий [2].

Бесплотинные водозаборные сооружения имеют более простую конструкцию и меньшую стоимость по сравнению с плотинными водозаборами, однако реже применя-ются в водохозяйственной практике. Это объясняется меньшей надежностью этих соору-жений в условиях изменения планового расположения речного русла и  при большой насыщенности потока влекомыми наносами.

Современные требования, предъявляемые к инженерным водозаборным соору-жениям, заключаются не только в подаче требуемого расхода воды и защиты отводящих каналов от наносов, но и в сохранении экологического равновесия района возведения объекта.

Экологические требования состоят в следующем:

1)  сохранение флоры и фауны реки;

2)  защита земель от эрозии;

3)  минимальное вмешательство в гидрологический режим реки.

Преимущество бесплотинных водозаборных узлов состоит в том, что они, в отличие от плотинных, не создают препятствия для миграции рыб на нерест  вверх по течению реки, что способствует сохранению ихтиофауны.

Сохранение речной фауны заключается также в защите особей рыб от попадания в отводящие каналы, где они погибают либо на полях орошения, либо в турбинах дерива-ционных ГЭС. До недавнего времени ни одно водозаборное сооружение на горных реках Кыргызстана не имело средств рыбозащиты.

Натурное обследование рек Иссык-Ата и Сокулук Чуйской области в рамках швейцарской программы NCCR «Север-Юг» показало, что основными видами рыб, обитающих в этих реках, являются речная радужная форель, осман, осман суусамырский, осман белогрудый. Поведение данных видов во многом схоже, они предпочитают участки реки с ограниченными скоростями потока воды и малыми глубинами. Главным образом это объясняется тем, что там сосредоточен основной объем корма, а также относительно простыми условиями для передвижения в речном потоке. Решение задачи рыбозащиты, таким образом, состоит в том, чтобы перед зоной водозабора создать неблагоприятные условия для обитающей в реке рыбы. Для этого применяются различные способы и устройства рыбозащиты.

Выделяют следующие основные способы рыбозащиты: механический, электри-ческий, световой, звуковой и гидравлический. Выбор способа и устройства рыбозащиты зависит от гидрологического режима реки, условий подхода рыб к области водозабора, вида подводящего русла (прямолинейное или криволинейное) и т.д. Как показали ранее проведенные исследования в этой области, одним из наиболее эффективных, безопасных и экономически выгодных для участков рек горно-предгорной зоны является гидрав-лический способ рыбозащиты [5]. Эффективность гидравлического способа рыбозащиты была подтверждена нами на моделях плотинных водозаборных сооружений на реках Иссык-Ата и Сокулук. На данный способ рыбозащиты и реализующее его устройство подана заявка на изобретение в «Кыргызпатент» и получено положительное решение.

С учетом комплекса вышеперечисленных требований, нами предложена усовершен-ствованная конструкция бесплотинного водозаборного сооружения для горных рек (БВСГР), схема которого представлена на рис. 1.

 

 

 

Рис. 1. Схема бесплотинного водозаборного сооружения для горных рек (БВСГР):

1 – подводящее русло; 2 – струенаправляющая шпора; 3 – поперечный речной уступ;

4 – промежуточные устои; 5 – затвор промывного тракта; 6 – ломанный в плане наносозащитный порог; 7 – водоприемная камера; 8 – катастрофический водослив;

9 – затвор промывной галереи водоприемной камеры; 10 – рыбозащитное устройство;

11 – затвор регулятор деривационного канала; 12 – отводящее русло

 

Отличительными особенностями представленной компоновочной схемы бесплотин-ного водозаборного сооружения являются:

криволинейная в плане наносозащитная шпора 2, устройство которой в прямолинейном подводящем русле 1 позволит создать эффект продольно-поперечной циркуляции при наименьших строительных затратах и улучшить наносозащитные характеристики сооружения в целом, а ее малая высота (до 0,6 м) над средневзвешенным дном не создает заметного подпора при пропуске паводковых расходов;

поперечный речной уступ 3 с уклоном гребня iу в сторону водоприемной камеры препятствует переформированию дна русла реки, предупреждает образование крупных отложений наносов на подходе к промывному тракту 5 и ломанному в плане наносозащитному 6 порогу и поддерживает расчетные уровни воды над гребнем этого порога;

промывной тракт 5 ,оборудованный затвором и отделенный от водоприемной камеры и поперечного речного уступа промежуточными устоями 4, имеет дно, посаженное ниже гребня уступа на величину hн = 1,5 м, что способствует транспорту наносов вдоль внешней стенки порога и их сбросу в нижний бьеф;

ломанный в плане наносозащитный порог 6, состоящий из двух секций, выполнен с уклоном гребня iп = 0,06 в сторону затвора промывного тракта, его наибольшая отметка в начальной части равна наименьшей отметке гребня поперечного речного уступа 3, что гарантирует достаточный водозабор в водоприемную камеру при всех гидрологических режимах реки с предварительной очисткой воды от наносов. Винтовое движение вдоль порога 6 представляет собой первую ступень рыбозащиты, увлекая молодь вниз по течению реки и отпугивая от водоприемника взрослые особи рыб;

водоприемная камера 7, служащая для гашения энергии воды и водоподачи в отводящий канал 11, оборудована катастрофическим водосливом 8, отметка гребня которого расположена ниже отметки гребня наносозащитного порога; в конце камеры располагается промывная галерея с уклоном дна в сторону нижнего бьефа, здесь устроено отверстие, оборудованное плоским затвором 9 для сброса наносов в нижний бьеф;

промывная галерея оборудуется отсекающим козырьком с переменной шириной по длине галереи, его устройство, представляющее собой вторую ступень рыбозащиты, создает необходимый гидравлический режим по ширине водоприемной камеры, что препятствует попаданию рыбы в деривационный канал, которая при достаточном открытии плоского затвора водоприемной камеры имеет возможность ската в нижний бьеф сооружения.

Аналогичный способ и устройство рыбозащиты внедрено в 2005 г. на плотинном водозаборном сооружении из реки Сокулук в каналы Джантай и Казенный.

После теоретического обоснования размеров элементов приведенной конструкции водозаборного сооружения возникла необходимость проведения экспериментальных исследований с целью определения рациональных конструктивных параметров средств противонаносной защиты. Известно [4, 6], что эффективность защиты деривационных или ирригационных каналов от речных наносов является одним из основных показателей работы горных водозаборных узлов.

Экспериментальные исследования выполнялись в ЦОНиК КРСУ, расположенном в пос. Беш-Кунгей Аламединского района Чуйской области КР. Для исследований была использована модельная русловая установка (МРУ) с размерами: ширина 150 см, высота 50 см, длина 10000 см. Базовым объектом моделирования было выбрано водозаборное сооружение для микроГЭС установленной мощностью 66 кВт, проектируемое на реке Джууку Джети-Огузского района Ыссык-Кульской области.

Моделирование проводилось по критерию гравитационного подобия с выполнением условия Fr = idem [6]. Масштаб физической модели водозаборного сооружения (рис. 2)  был принят равным 1:25 этот масштаб больше минимально допустимого = 36.07, обеспечивающего автомодельность по Рейнольдсу [6]:

Гидроморфометрические характеристики, создаваемые на модели, рассчитывались с использованием расчетной методики Талмазы В.Ф. Крошкина А.Н. [7].

 

 

Рис. 2. Модель бесплотинного водозаборного сооружения для условий р. Джууку

 

Моделирование проводилось при пропуске меженных расходов воды в реке с максимальным коэффициентом водозабора в отводящий канал, равном 0,6. При этом нами была проверена эффективность влияния относительного заглубления концевой секции ломанного в плане порога P2/Hp (где P2 – высота порога в конце; Hp – расчетный напор перед порогом) на качество его работы, которая оценивалась по соотношению мутностей водных потоков подходящего по подводящему руслу ρр и поступающего в водоприемную камеру ρв.к.. Результаты исследований модели сооружения приведены в таблице.

 

Влияние высоты концевой части порога на его  наносозащитные свойства

№ опыта

P1

см

P2

см

Hp

см

Lп

см

ρp

гр

ρвк

гр

1

3,5

0,3

4,0

14,0

0,23

0,075

0,81

0,89

1,09

2

3,5

0,5

4,0

14,0

0,21

0,125

0,68

0,75

1,1

3

3,5

1,0

4,0

14,0

0,178

0,25

0,53

0,18

0,34

4

3,5

1,5

4,0

14,0

0,143

0,375

0,48

0,044

0,091

5

3,5

2,0

4,0

14,0

0,107

0,5

0,42

0,05

0,12

6

3,5

2,5

4,0

14.,0

0,071

0,625

0,33

0,07

0,212

7

3,5

3,0

4,0

14,0

0,035

0,75

0,15

0,113

0,75

 

Как видно из таблицы, при моделировании расчетный напор перед передней стенкой порога не изменялся и был равен Hp = 4 см, высота порога в начале P1 = 3,5 см также не изменялась.  Длина порога в плане оставалась постоянной и была равна Lп = 16 см. Эти параметры были определены ранее в ходе теоретических и поисковых исследований.

Произведенная количественная оценка захвата наносов в водоприемную камеру показала, что наибольший эффект в борьбе с наносами был получен при относительной высоте ломанного в плане порога в конце Р2/Н2 = 0,375÷0,5 и уклоне гребня порога    

i = (Р1Р2)/LN = 0.107÷0.143.

 

Библиографический список

 

1.      Рамазан М.С. Некоторые особенности гидрологического режима и гидрологическая классификация рек Киргизии. – Фрунзе: Изд-во АН Киргизской ССР, 1960. 220 с.

2.      Г.В. Железняков, Ю.А., Ибад-заде, П.Л. Ливанов и др. Гидротехнические сооружения. (Справочник проектировщика)/ Под общ. ред. В.П. Недриги. – М.: Стройиздат, 1983. 543 с.

3.      Филончиков А.В. Проектирование автоматизированных водозаборных узлов на горных реках. – Фрунзе: Кыргызстан, 1990. 371 с.

4.      Мелиорация и водное хозяйство. Сооружения: Справочник /Под ред. П.А. Полад-заде. – М.: Агропромиздат, 1987. Т. 4. 464 с.

5.      Лавров Н.П., Логинов Г.И., Коржавин Н.В. Способы рыбозащиты на речных гидроузлах Швейцарии и Германии и возможность их применения в условиях горных рек Кыргызстана. //Вестник КРСУ.  – Бишкек, 2005. Т. 5.  № 3. С. 68-71.

6.      Справочник по гидравлическим расчетам. /Под ред. П.Г Киселева. – М.: Энергия, 1974. 312 с.

7.      Талмаза В.Ф.,  Крошкин А.Н.   Гидроморфометрические  характеристики  горных рек. – Фрунзе: Кыргызстан, 1968. 204 с.