Введение к работе
-3-
Актуальность работы. В Республике Перу к концу 2006 г поданным Национального института статистики (INEI) численность населения составила 29,947 млн чел, плотность населения составляет 22 жителя на км2. На протяжении многих лет перуанцы ведут работы по развитию орошения как составной части комплексного использования водных ресурсов, но темпы повышения производительности сельского хозяйства отстают от темпов роста населения Прогноз показал, что к 2010 г население страны достигнет 33 млн чел Для успешного увеличения объемов урожаев необходимо усилить темпы развития орошаемого земледелия
Управлением водных ресурсов Перу, разработана программа последовательного развития отечественной гидроэнергетики, гидротехники, мелиорации, водоснабжения и других отраслей водного хозяйства. Прямым следствием этого является программа учета и рациональное распределение воды
В целях более рационального использования водных ресурсов страны, необходимо усовершенствовать систему водоучета, разработать концепцию дальнейшего использования существующих и вновь разрабатываемых методов и технических средств измерения воды Организация такой сети обусловлена необходимостью внедрения учетно-коммерческого водоучета, который позволит, во-первых, обеспечить новые экономические взаимоотношения с потребителями, во-вторых, установить непрерывный контроль за соблюдением норм и технических требований орошения сельскохозяйственных культур, что позволит повысить их урожайность и обеспечит более экономное использование водных ресурсов
Для решения этих задач, помимо выполнения других мероприятий, в качестве одного из основных оборудований для измерения расходов воды в открытых каналах в качестве водомерных устройств, можно использовать водосливы, которые позволят обеспечить высокую точность измерений
-4-расходов воды Стоимость последних составляет значительную часть от общей стоимости оросительных систем, создаваемых в Перу
Изложенное определяет большое значение правильности прогноза величин расходов в каналах с помощью водосливов-водомеров, то есть получение корректных уравнений для определения пропускаемого через них расхода (коэффициентов расхода и скорости), а также формул для определения значений гидравлических характеристик потока в рамках диапазонов эффективной работы этих водосливов, а также предельных значений относительных затоплений и коэффициентов, позволяющих подсчитать расход при затопленном истечении через них жидкости
Как правило, значение указанных параметров определяют экспериментально в лабораторных условиях или назначают по рекомендациям нормативных документов В ряде случаев для этих целей используется метод «скорость - площадь»
Наряду с насчитывающими уже многие десятилетия гидравлическими исследованиями традиционных водосливов, значительный практический и научный интерес представляют и исследования пропускной способности некоторых водосливов нетрадиционных конструкций, которые в последнее время начали внедряться в практику в качестве водомерных сооружений, обеспечивающих достаточно в"ысокую точность измерения расходов воды и надежно работающих как при свободном, так и при затопленном истечении
К таким водосливам, в частности, относятся пороги, имеющие симметричную треугольную форму поперечного профиля с закругленным или острым гребнем (Рис 1) Эти водосливы обладают .следующими преимуществами по сравнению с измерительными лотками или мерными водосливами других типов
- они создают благоприятные условия для транзита наносов, так как
закругленный гребень более устойчив к абразивному истиранию его наносами,
- водосливы практического профиля с треугольным поперечным сечением
с закругленным гребнем имеют более широкий диапазон использования при
-5-затопленном истечении,
- аналогичные водосливы, но с острым гребнем обеспечивают
незатопленный режим истечения воды через них с высоким значением
коэффициента затопления, благодаря чему их особенно целесообразно
применять выгодны на реках с малыми уклонами или в оросительных каналах,
- рассматриваемые водосливы обладают устойчивыми гидравлическими
характеристиками в широком диапазоне изменения определяемых расходов,
- конструктивно такие водосливы весьма просты и, одновременно,
обладают достаточной прочностью и устойчивостью. Для их возведения с
успехом могут быть использованы местные строительные материалы
Результаты проведенных ранее исследований треугольных водосливов с симметричным поперечным профилем тела оказались недостаточными для разработки практических рекомендаций по их практическому использованию Учитывая, что указанный симметричных профиль водослива требует меньших затрат при строительстве по сравнению с несимметричным, нами были проведены исследования в гидравлических лабораториях Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации им. А Н Костякова (ВННИГиМ) и Московского государственного университета природообустройства (МГУП) с использованием трех модификаций моделей последнего.
Из изложенного выше вытекает необходимость проведения тщательных гидравлических и метрологических исследований водослива рассматриваемых конструкций с целью разработки методики определения пропускаемых через них расходов как в условиях свободного, так и затопленного режима истечения При этом автору диссертации представлялось целесообразным охватить экспериментами те диапазоны параметров, определяющих процесс истечения, в рамках которых имеющиеся опытные данные противоречивы или отсутствуют
Цель исследований. Определение значений основных гидравлических характеристик, а также разработка рекомендаций по гидравлическим расчетам и применению в водохозяйственной практике водосливов практического
профиля с треугольным поперечным сечением, установленных в малых прямоугольных каналах при различных условиях и гидравлических режимах их эксплуатации.
Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи
- определить пропускную способность водосливов практического профиля
с треугольным поперечным сечением при свободном и затопленном истечении
жидкости через них, установить основные факторы, влияющие на характер
истечения и пропускную способность изучаемых водосливов,
- выявить степень влияния определяющих параметров на характер
изменения значений коэффициентов расхода и коэффициентов скорости
рассматриваемых водосливов при свободном режиме истечения,
получить экспериментальные зависимости для определения значений указанных коэффициентов в зависимости от определяющих течение параметров,
исследовать закономерности распределения скоростей потока в мерном створе,
найти значения критериев подтопления рассматриваемых водосливов и расчетные зависимости для определения значений коэффициентов затопления,
- установить диапазоны 'допустимых режимов сопряжения потока в
нижнем бьефе сооружения при различных значениях относительных
затоплений
Научная новизна. На основании анализа полученных данных экспериментальных исследований треугольных водосливов практического профиля получены следующие новые научные результаты,
разработаны аналитические формулы для определения пропускной способности рассматриваемых водосливов при свободном и затопленном истечении,
установлены зависимости для определения коэффициентов расхода и коэффициентов скорости для рассматриваемых водосливов,
- предложены расчетные зависимости для определения коэффициента
затопления в уравнении расхода при затопленном истечении;
- установлены критерии затопления водослива практического профиля с
треугольным сечением;
установлены границы допустимых режимов сопряжения потоков в нижнем бьефе сооружения при различных относительных затоплениях и составлены рекомендации по применению рассматриваемых водосливов гидрометрической практике при разных относительных затоплениях,
определено среднее значение коэффициента кинетической энергии потока в мерном створе
Практическая ценность. Полученные в работе результаты позволяют в более широком диапазоне определяющих течение параметров, рассчитать пропускную способность треугольных водосливов практического профиля в условиях свободного и затопленного истечения воды
Рассматриваемые треугольные водосливы практического профиля и предлагаемые расчетные зависимости могут быть использованы при проектировании сооружений, обеспечивающих измерение расходов воды и позволяющих вести контроль за водопользованием на каналах массового использования мелиоративных и водохозяйственных систем
Апробация работы. Основные положения проведенных исследований докладывались на заседаниях кафедры гидравлики и на ежегодных научных конференциях МГУП. По материалам исследований, выполненных в рамках диссертации, опубликовано четыре работы, в том числе одна - в издании рекомендованном ВАК РФ для публикации содержания диссертационных работ
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы Работа изложена на 155 страницах машинного текста, включая 69 рисунков и 56 таблиц, список литературы из 106 источников, в том числе 24 иностранных авторов
