МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

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

УДК 626/627

Формирование гряды наносных отложений при устройстве

в составе низконапорного водозаборного гидроузла

косо направленного циркуляционного порога

 

 И.С. Румянцев – д.т.н., проф.;  М.М. Абидов – аспирант

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства,

г. Москва, Россия

 

Задача гарантированного качественного забора воды на горно-предгорных участках рек для нужд потребителей представляет одну из основных проблем водного хозяйства рассматриваемого региона. В последние несколько десятилетий в горных и предгорных районах государств СНГ коэффициент водозабора на многих низконапорных водозаборных сооружениях в отдельные периоды года достигает почти 100 %. Работа гидроузла при этом чрезвычайно осложняется наличием большого количества наносного материала. В этих условиях, как показывает практика, для осуществления качественного водозабора наиболее рациональной схемой эксплуатации сооружения является режим периодического занесения и промыва верхнего бьефа [2, 3].

Опыт работы существующих типов водозаборов на горно-предгорных участках рек показывает, что боковой водозаборный гидроузел наиболее применим для рассматриваемых условий в виду простоты его конструкции, минимального стеснения русла реки, благоприятных условий промыва подпорного бьефа. Однако для эффективной работы сооружения необходимо создать на подходе к водоприемнику благоприятные гидравлические условия по отвлечению наносов к промывнику, их аккумуляции и оптимального промыва путем устройства косо направленного к потоку донного порога переменной высоты в верхнем бьефе [4].

Исследования были проведены нами в лаборатории гидравлики водопропускных сооружений кафедры гидротехнических сооружений МГУП. Модель бокового низконапорного водозаборного гидроузла была выполнена из органического стекла. На русловой части установки создавалась искусственная шероховатость, моделирующая естественную отмостку русла. Нами более подробно рассмотрены вопросы регулирования режимов занесения и промыва подпорного бьефа путем совершенствования конструктивной компоновки водозаборных гидроузлов. При этом все опыты по исследованию конструктивных элементов водозабора проводились в условиях пропуска через модельную установку наносного материала, так как донные наносы оказывают определяющее влияние на работу низконапорного водозаборного гидроузла и его отдельных элементов в рассматриваемых нами условиях. Наносы на модель подавались с помощью дозатора. Для регулирования наносного режима использовалась поперечная циркуляция, возбуждаемая косо направленными циркуляционными порогами переменной высоты, также выполненными из органического стекла.

При определении методики проведения экспериментальных исследований были рассмотрены все влияющие факторы и условно принята модель некоторого «гипотетического» сооружения, запроектированного в наиболее часто встречающихся условиях горно-предгорных участков рек. Лабораторная модель водозабора была выполнена в масштабе 1:25. При проектировании и строительстве модельной установки были строго выполнены все требования моделирования по Фруду с проверкой достижения автомодельности по числу Рейнольдса. При этом, поскольку в изучаемом нами явлении донные наносы являются определяющими, были использованы общеизвестные показатели подвижности донных наносов V/Vн и w/V. В наших исследованиях данные параметры поддерживались в пределах натурных значений.

В ходе проектирования экспериментальной установки нами приняты условия типичной реки горно-предгорной зоны. Подводящее русло принималось шириной, соответствующей устойчивой ширине для руслоформирующего расхода. Основные исследования проводились для среднего вегетационного расхода, при котором донный порог должен работать с максимальной эффективностью. Для принятой типичной горной реки по общепринятой методике определись морфометрические характеристики русла и подбирался грансостав наносов [5]. Величину коэффициента водозабора при проведении опытов задавали значениями aв = 0,5; 0,7; 0,8; 0,9. Наполнение в верхнем бьефе сооружения в межень принималось равным максимальному наполнению в русле в паводок НВБ = Нмакс = 1,7 м. Длина наносорегулирующих порогов L рассчитывалась с условием установки их в верхнем бьефе водозаборного сооружения под углами g  = 15°; 22°; 30° к направлению руслового потока. Началу каждого опыта предшествовал режим пропуска бытового расхода для формирования на всем протяжении подводящего русла естественного бытового дна. При заданном коэффициенте водозабора в условиях постоянной подачи расхода воды и наносов осуществлялось формирование гряды занесения.  Параметры гряды наносных отложений измерялись при прохождении определенных створов по длине русла. Для фиксации состояния подвижного ложа расход воды при замерах пропускался поверх затвора водоприемника.

Проведенные нами исследования показали, что косо направленный порог переменной высоты у водоприемника увеличивает величину подпора, дополнительно к существующему подпору на сооружении, улучшая эксплуатационные показатели. Кроме того, перераспределение расходов по ширине и длине  подпорного бьефа вызывает отвлечение гряды наносных отложений от водоприемника по ширине бьефа и вперед ближе к промывным отверстиям подпорной плотины по длине бьефа.

По результатам экспериментальных исследований нами разработана уточненная методика расчета занесения подпорного бьефа при устройстве перед водоприемником косо направленного к потоку порога.  Высоту гряды наносных отложений на момент занесения подпорного бьефа до допустимого значения приближенно можно определять по формуле, полученной приведением случая занесения бьефа с косо направленным порогом к случаю занесения прямолинейного подпорного бьефа без порога

,

 

Средняя глубина потока перед порогом определяется

Нср = hср + Рср,

 

где  hср – средняя глубина потока, переливающегося через порог, м,

Рср – средняя высота порога, м.

Коэффициент влияния на формирование гряды косонаправленного порога Кп определяется отношением средней глубины воды в бьефе с порогом к средней глубине воды на прямолинейном участке бьефа без порога

где   – средняя глубина воды в бьефе с порогом и средняя глубина воды на прямолинейном участке бьефа без порога соответственно, м.

Проанализировав полученные опытные данные, а также, учитывая экспериментальные данные С.Т. Алтунина для струенаправляющих дамб [1] и Г.В. Соболина для косо  направленных порогов переменной высоты [4], коэффициент влияния косо направленного порога может быть принят равным Кп = 1,2-1,4.

Характер изменения скорости перемещения фронта гряды в исследуемых нами условиях, отнесенный к любому моменту времени в интервале t = 0-1, определяется с учетом влияния наносорегулирующего порога  по формуле

где  Со – средняя скорость движения гряды на прямолинейном участке;

– безразмерное время.

На рисунке наблюдается некоторое снижение скорости перемещения фронта гряды, что повышает длительность безнаносного режима работы водозабора. Изучение опытных данных показало, что общая эффективность процесса занесения при устройстве порога повышается на 20-40 % за счет уменьшения скорости занесения и более оптимальной аккумуляции наносных отложений.

 

а)

 

б)

 

в)

 

 

Движение гребня гряды в верхнем бьефе гидроузла. а) g = 30°, б) g = 22°, в) g = 15°

■□ – коэффициент водозабора = 0,3; ● – коэффициент водозабора = 0,5;

56 – коэффициент водозабора =0,7;   +  r  – коэффициент водозабора = 0,9.

■ ● 5 +  – движение гребня гряды в верхнем бьефе гидроузла без устройства порога

 

 

Библиографический список

 

1.      Алтунин С.Т. Регулирование русел рек при водозаборе.– М.: Сельхозиздат, 1950. 248 с.

2.      Румянцев И.С. Развитие теории, методов расчетного обоснования и проектирования водопропускных сооружений речных гидроузлов и мелиоративных систем: Автореф. дис. ... докт. техн. наук.– М., 1990.

3.      Кромер Р.К. Исследование процессов занесения и промыва подпорных бьефов низконапорных гидроузлов на реках горно-предгорной зоны. Автореф. дис. ...канд. техн. наук.– М., 1979.

4.      Соболин Г.В. Борьба с наносами при водозаборе в каналы оросительных систем горно-предгорной зоны. Автореф. дис. … докт. техн. наук.–М., 1987.

5.      Филончиков А.В. Разработка и исследование автоматизированных водозаборных узлов на горных участках рек. Автореф. дис. … канд. техн. наук.– Фрунзе, 1972.

 

 


 
Вернуться к Оглавлению...