Введение к работе
Актуальность работы. Дня предотвращения попадания наносов в водозаборы отечественными и зарубежными специалистами разработано значительное количество разнообразных гидротехнических сооружений и устройств. Многие из существующих решений и конструкций наносорегу-лирующих устройств эффективно работают в относительно стабильных гидравлических условиях взвесенесущих потоков и применяются, как правило, в составе крупных водозаборных узлов.
Попытки применения таких решений, и особенно стационарных конструкций наносорегулирующих сооружений и устройств в условиях бесплотинных водозаборов малой производительности из горных рек, оказались неэффективными в связи с резкими изменениями характеристик потока в них. В результате через такие водозаборы взвешенные наносы, в том числе и крупные песчаные фракции, попадают в оросительную сеть, что приводит к заилению каналов и разрушению сооружений.
Для уменьшения указанного негативного воздействия необходимо разработать достаточно простые, легко регулируемые и надежные нано-сорегулирующие устройства для бесшютшшых водозаборных узлов, что и предопределило выбор темы научного исследования.
Цель работы — разработка и гидравлическое обоснование конструкции наносорегулирующего устройства для бесплотинных водозаборов малой производительности из горных рек с высокой концентрацией взвешенных наносов.
Задачи исследований:
— определить гидравлические и гидротехнические требования к конструкции наносорегулирующего устройства для перераспределения взвешешшх наносов по глубине потока;
— установить принципиальную возможность управления кинемати
ческой структурой взвесенесущего потока и перераспределения взвешен
ных наносов по глубине посредством свободноподвешенных водопрони
цаемых щитов;
разработать простую, легко регулируемую и многофункциональную хг-іструкцию наносорегулирующего устройства для бесплотинных водозаборов малой производительности из горных рек с высокой концентрацией взвешенных наносов и значительными колебаниями параметров потока;
гидравлическими исследованиями обосновать параметры предложенной конструкции наносорегулирующего устройства, обеспечивающего требуемое перераспределение взвешенных наносов по глубине потока на необходимой для нормальной работы бесплотинного водозабора длине участка водотока;
разработать рекомендации по проектированию одного или каскада наносорегулирующих устройств в составе водозаборного сооружения.
Автор защищает:
— принципиальную схему и конструкцию наносорегулирующего
устройства на базе свободноподвешенных водопроницаемых щитов для
бесплотинных водозаборов малой производительности из водоисточников
с высокой концентрацией взвешенных наносов и значительным диапазо
ном колебания расходов воды в них;
— результаты гидравлических исследований и полученные на их ос
нове математические модели, обосновывающие влияние параметров уст
ройства на трансформацию эгаоры скоростей в водотоке и перераспреде
ление взвешенных наносов по глубине потока;
— методические и практические рекомендации по выбору опти
мальных параметров каскада наносорегулирующих устройств, обеспечи-
5 вающнх заданную трансформацию концентрации взвешенных наносов перед водозаборным сооружением.
Научпую потопу работы составляют:
— экспериментально установленная возможность управления струк
турой течений и тр.чнсформашш эпюры распределения взвешенных нано
сов по глубине взвесенесущего потока посредством свободноподвешен-
ных водопроницаемых щитов, размещенных в поверхностных слоях или
толще потока под углом к направлению течения в нем;
новая конструкция наносорегулирующего устройства, обеспечивающая перераспределение взвешенных наносов с поверхностной части потока в его придонную часть (А.С. № 1634746);
данные экспериментальных гидравлических исследований и установленные на их основе закономерности влияния параметров устройства и речного потока на скоростную структуру потока, деформированного под воздействием наносорегулирующего устройства;
математические модели, описывающие степень и характер пли-: ній параметров устройства на кинематические характеристики потока
Практическая ценность работы заключается в рекомендациях по расчету параметров и конструировании многофункционального наносорегулирующего устройства для малых бесплотинных водозаборов из водотоков с высокой концентрацией взвешенных наносов, позволяющего:
за счет трансформации эпюры распределения наносов по глубине потока снизить количество поступающих в водозабор взвешенных наносов крупных фракций;
за счет простоты и мобильности конструкции осуществлять необходимое перераспределение наносов в изменяіощігхся условиях водотока;
улучшать условия транспорта наносов в придонной части поток за счет увеличения скоростей течения в ней;
обеспечивать промывку донных отложений на заиленных участ ках каналов (русел) и создавать условия длч предотвращения попадания і водозабор молоди рыб.
Лнчпый вклад автора состоит:
в гипотезе о целесообразности применения наносорегулирующе го устройства из продольных пластин;
в выполненных лабораторных гидравлических исследованиях і участии в проведении натурных испытаний устройства;
математической обработке данных, анализе математических мо делей и разработке рекомендаций по проектированию устройствь
Разработка конструкции устройства и методик экспериментальньп исследований осуществлена совместно с М.Н. Цивиным и О.Л. Кольченко.
Методы исследовании. Задачи, поставленные в работе, решалнсі путем лабораторных и натурных гидравлических исследований с использованием методов физического моделирования и матемашческого планирования эксперимента
Оценка достоверности научных результатов. Гидравлические исследования выполнены с применением апробированных методик. При измерениях использовалась оттарированная государственной метрологической службой контрольно-измерительная аппаратура с проверкой результатов и зависимостей посредством статистического анализа.
Апробация работы. Основные положения работы докпадыпачнсь н были одобрены на: научно-технической конференции момпдых учеш.гх и специалистов "Пути ускорения внедрения доеиг-кепші научіїсі-ісхпнчсс-кого прогресса в практику изыскательских и проектных рабо і" (г. Росіои-на-Дону, 1988 г.), Всесоюзной научно-практической конференции "Ионы-
7 шение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве" (г. Новочеркасск, 1989 г.), научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы мелиорации, водохозяйственного строительства и орошаемого земледелия Ставропольского края" (г. Ставрополь, 1989 г.), Республиканском научном семинаре по гидравлике открытых русел и сооружений при КАДИ (г. Киев, 1989 г.), научно-практической конференции "Экологические аспекты мелиорации Северного Кавказа" (г. Новочеркасск, 1990), региональной конференции "Современные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами" (г. Новочеркасск, 1990 г.), научно-практической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в решение комплексных проблем мелиорации Дона" (г. Новочеркасск, 1990 г.), Всероссийской научно-практической конференции "Экономические аспекты эксплуатации гидромелиоративных систем и использования орошаемых земель" (г. Новочеркасск, 1995 г.), научно-практической конференции "Актуальные вопросы мелиорации земель и комплексного использования водных ресурсов" (г. Новочеркасск, 1998 г.), научных семинарах кафедр гидравлики и гидротехнических сооружений НГМА (1997-2000 гг.).
Работоспособность конструкции подтверждена в процессе испытаний опытного образца устройства на водозаборе в канал "Подпитывающая Аксыр" из р. Черек.
Публикации. Основные материалы исследований опубликованы в девяти печатных работах, в том числе авторском свидетельстве на изо-бреіснне.
'': руїгіура п обьем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, приложений и списка литературы. Обший объем днеесріацни 204 страницы, в том числе 187 страниц машинописного текста, 60 рисунков, 14 таблиц, II приложений и списка литературы.
