Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование способов и средств управления сверхбурными потоками на ирригационных каналах-быстротоках

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование способов и средств управления сверхбурными потоками на ирригационных каналах-быстротоках"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ кжгазоодЗ РЕСПУБЛШИ

ШТШСКИЙ СЕПЬСКОХОЗЯЯСТВШШЙ ШСШШ им.К.И.СКРЯБИНА

На правах рукописи

ЛАВРОЗ Николай Петрович

УДК 627.14:626.82:556.536

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ А СРВДСТВ Л1РАВЛ£НИЯ СЗЖЕГОШИ ПОТОКАМ НА ИРРИГАДИОНШХ КАНАЛЖ-ЕаСГРОТОШ

Специальности:

06.01.02 - ¡&лиорапия и орошаемое земледелие

05.23.07 - Гидротехническое и мелиоративное строительство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Бишкек 1995

Работа выполнена в Кыргызском сельскохозяйственной институте имени К.И.Скрябина.

Научный консультант - академик АВХ Р2, член-корреспондент

РАСХН и НАНКР, Заслуженный изобретатель Кыргызстана, доктор технических наук, профессор Я.В.БОЧКАРЕВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор М.Р.БАКИЕВ

доктор технических наук Р.И.ВАШОВ

доктор технических наук Г.В.СОБШШН

Ведущая организация - Кыргызский государственный институт

по проектированию водохозяйственных объектов "КыргызгипровфЕсоз"

Защита состоится " 3? п мая_ 1995 г. в часов

на заседании Специализированного совета Д.06.93.10 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук Кыргызского сельскохозяйственного института им.К.И.Скрябина по адресу: 720453, ГСП, г.Бишкек, уд.Ледерова, 63. '

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кыргызского

СХИ.

Автореферат разослан иг ар та_ 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат технических наук, доцент

Б.И.МЕЛЬНИКОВ

ОБЩАЯ ХАРЖШКСТШ РАБОШ

Актуальность проблемы. Повышение эффективности использования сельскохозяйственных угодий, обеспечение населения продовольствием и сырьем непосредственно связано с ускорением научно-технического прогресса в мелиорации и водохозяйственном строительстве.

В условиях возрастающего дефицита воды важнейшей задачей является повышение коэффициента полезного действия оросительных систем за счет сокращения их непроизводительных расходов. .

Например, в Кыргызстане ежегодно на орошение забирается около 30 млрд.м3 воды, при этом до 50/о теряется, не дойдя до поля.

В районах коренного орошения СНГ (республики Центральной Азии, Кавказа, Казахстан) системы предгорного типа является преобладавшими, т.к. на их долю приходится более 60* орошаемых земель.

Отличительной особенностью этих систем является прежде всего сложность рельефа, большие уклоны местности. Трассы магистральных и (¿».-^хозяйственных каналов имеют больщуо протяженность (некоторые 10 го? л более), а их ложе для уменьшения потерь на фильтрацию выполняется в бетонной и железобетонной облицовке.

Сооружение каналов с большими уклонами позволяет обеспечить командование уровнями воды, снизить объемы земляных и железобетонных работ, а значит и стоимость строительства.

Движение воды в протяженных быстротечных каналах характеризуется высокой кинетичностью с числом Фруда Рг0 25 , сочетание значительных уклонов дна (от 0,02 до 0,06) с наиболее распространенной формой поперечного сечения прямоугольной и трапецеидальной вызывает потери устойчивости течения на водоскате и образование катящихся волн. Такие высокоскоростные нестационарные' волновые потоки и названы Б.В.Ведерниковым сверхбурными потоками.

Механизм волнообразования на быстротоках подробно изучался теоретически и экспериментально. Исследованы специфичность появления и развития катящихся волн (Ф.Ф.'Форхгеймер, К.И.Арсенишвили, Е.П.Федоров, (¿.Р.Рьзуьювская, А.О.Гамбарян, С.Томас, Р.Дресслер, Р.Брок, Т.Г.Войнич-Сяноженцкий, В.А.Соколов, В.Ы.Лятхер, Р.И.Ваганов) , получен ряд критериев устойчивости равномерного и неравномерного потока (В.В.Ведерников, Н. 1.Картвелишвили, И.Иваса, А.М.Пуляевский, А.И.Богомодов, Г.Г.Войнич-Сяноженцкий и др.),проверенные в лабораторных и натурных условиях.

Большинство авторов, характеризуя явление волнообразования, наряду с его описание«, стремились предусмотреть различные проти-воволновые мероприятия, так как эксплуатация быстротоков со сверх-бурныы течением сопряжена с дерьезными трудностями в управлении потоком, вызванными возрастанием глубины воды и резким динамичес-х;ш воздействием катящихся волн на гидротехнические сооружения.

В проблеме предупреждения катящихся волн исследования сосредоточились в основном на отыскании "безволношх" поперечных профилей, которые могут быть применены лишь ка проектируемых каналах. Для быстротоков с волновым течением предложен ряд средств ликвидации катящхся волн (К.И.Арсенишвили, Г.В.Месхи, М.Р.Разумовская, Я.В.Бочкарев, В.А.Соколов, В.Г.Ыикаелян, К'.Д.Лавров, Э.Б.Бекбоев, Р.С.Бекбоева и др.), однако не все из них имеют обоснованную методику расчета на волновой режим, обладают рядом существенных недостатков и ограничений, и поэтому нуждаются в совершенствовании .

Одной из нерешенных задач, которой да сегодняшнего времени практически никто не занимался, является разработка методов гидравлического расчета конструкций для управления высокоскоростными нестационарными потоками при изменении направления течения и размеров русла. .

Слабоисследованныы является также и водорасяределение сверх-, бурных потоков. Нестационарный характер потока в старшем канале не позволяет обеспечить плановый отбор воды в отводы обычными типами регулирующих сооружений, а оборудование этих сооружений гасительными колодцами вызывает их удорожание и также не решает задачи нормированного распределения воды.

Для волновых потоков на быстротоках существуют лишь фрагментарные проработки методов и средств управления, содержащиеся в трудах К.И.АрсешшЕили, М.Р. Разумовской, А.О.Гамбаряна, В.А.Соколова, Г.В.Соболина, Р.И.Вагалова. Однако они требуют систематизации, дополнительных исследований и дальнейшего развития, в особенности в части разработки конструкций и гидросооружений для изменения направления течения и формы сверхбурного потока, всдоде-ления в плане и по вертикали, слияния сверхбурного потока с бурным и спокойным, т.к. эти классы задач находятся, в основном, на стадии прогностических решений.

Цель работы заключается в совершенствовании теории и методов расчетного обоснования новых и модернизированных конструкций гид-

ротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками на ирригационных каналах-быстротоках, обеспечивающих движение воды с заданными гидравлическими характеристиками.

Для реализации поставленной цели требовалось решить следующие основные задачи:

- раскрыть сущность гидравлических процессов трансформации сверхбурных потоков на поворотных и переходных участках быстротечных каналов, дать их теоретическое описание и на этой основе предложить рациональные формы и параметры русла, оказывавшего управляйте воздействие на поток;

- усовершенствовать конструкции и методику расчета устройств для предупреждения и гашения катящихся волн на водоскате и в нижнем бьефе каналов-быстротоков;

- выполнить технологическое обоснование способов и средств автоматизации процессов водоподачи из быстротечных каналов со сверхбурным течением;

- на основе теоретических и экспериментальных исследований совераенствовать конструкции и метода расчета сооружений для во-дораспределения высокоскоростного волнового потока;

- разработать научно обоснованные рекомендации по выбору способов управления сверхбурными потоками, методам расчетного обоснования и проектирования гидротехнических сооружений, предназначенных для этой цели.

Научная новизна работы состоит в:

- обобщении литературных и других научных данных по названной проблеме и разработке на этой основе классификации (многоуровневой структуры) принципов и средств управления сверхбурными потоками на каналах-быстротоках;

- усовершенствовании методики исследований и аппаратуры для проведения лабораторных и натурных экспериментов;

- установлении к теоретическом описании гидравлических явлений, возникавших в'сверхбурном потоке при.изменении формы потока и направления его движения на водоскате быстротока;

- обосновании рациональной формы и параметров русла, оказывающего управляющее воздействие на поток;

- разработке и обосновании методов и средств предупреждения и ликвидации катящихся волн путем детурбулизации сверхбурного потока в зоне их зарождения и гашения сформировавшихся волн в зоне их развил«;

- усовершенствовании способов и технических устройств гашения энергии потока в нкгнгм бьафс каналов-!быстротоков в условиях переменного режима течения (волновой-бурный), изучение захоноиер-ностей перехода потока из сверхбурного состояния в спокойное;

- выполнении технологического обоснования принципов, способа и средств автоматизации процессов водоподачи из быстротечных каналов с нестационарным высокоскоростным течением;

- усовершенствовании конструкций и методов расчета сооружений для водораспределения сверхбурных потоков на основе теоретических и экспериментальных исследований;

- разработке рекомендаций по выбору способов управлешш сверхбурными потоками, диапазону их применения, методам гидравлического расчета сооружений на волновых быстротоках.

Практическая значимость работы заключается в разработке комплексных научно обоснованных методов расчетного обоснования гидротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками на каналах-быстротоках.

Использование разработанных в диссертации научных рекомендаций позволит повысить качество проектирования комплекса гидротехнических сооружений гидромелиоративных систем, содержащих водотоки с нестационарным высокоскоростным течением, и за счет повышения надакности сооружений и снижения эксплуатационных затрат по- . лучить более.экономичные и надежные проектные решения.

Применение разработанных типов регулирующих и энергогасяцих сооружений дает возможность рациональными способами решать задачу преобразования потока из сверхбурного состояния а равномерное и квазиравномерное и облегчать решение проблем автоматизированного водораспределения, водоучета и, в целом, управления сверхбурными потоками.

Обоснованность и достоверность результатов обусловлены: проведением детальных экспериментов с применением современной измерительной аппаратуры, сопоставлением расчетных данных с опытными и данными измерений других авторов, а также проверкой адекватности полученных математических моделей в натурных условияхподтверждение предложедаых технических решений авторскими свидетельствами; внедрением и производственной апробацией сооружений для управления сверхбурными потоками.

Реализация результатов исследований и разработок. Результаты исследований внедрены в производство на каналах-быстрстсках

"Беловодский" и "Орто" Московского района, "Дкалаыыш" Сокулукско-го района, "Таорабат-Шырыкты" Атбашинского района, еошли в проекты каналов-быстротоков "Кок-Коптал" Атбашинского района, "Казенный" Сокулукекого района, "Алемедин-Норус" Кантского района, Ала-мединский отводящий Аламединского района Кыргызской Республики, канала "Аксайский" Дкувалинского района Джахгбулской области Казахстана, реализуются в других проектах института "Кыргызгипро-водхоз".

Министерством водного хозяйства Кыргызской Республики,издан руководящий документ по проектированию и эксплуатации гасителей энергии сверхбурного потока на каналах-быстротоках.

.ДЬгчный вклад в решение проблемы. Диссертационная работа выполнена автором на основе 20-летних исследований, проведенных на кафедре гидравлики л автоматики Кыргызского сельскохозяйственного института им.К. И. Скрябина.

На основе анализа литературных, проектных и натурных данных автором сформулирована проблема задачи исследований, намечены направления их решения теоретическим и экспериментальным путем. Теоретические исследования, анализ основного объема экспериментальных данюлс, разработка методики расчета гидротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками, формулирование заключительных выводов осуществлены лично автором диссертации.

Лабораторные и натурные исследования выполнены под руководством и при непосредственном участии автора с помощью доцента Рохмана А.И., старшего преподавателя Сидоренко Е.И., аспиранта Зусупова Ы.К.

При постановке ряда задач исследований и выполнении диссертации автор получил ценные советы и эффективную помощь научного консультанта, академика АНХ РЕ, чл.-норр. РАСХН и НАНКР, д.т.н., профессора Бочкарева Д.В.

Апробация работы. Основные результаты разработок и исследований докладывались и были одобрены на научно-технических конференциях Кыргызского СХИ в 1976-1993 г.г., на расширенном семинаре гидравлической лаборатории АрмНИИВПиГ (Ереван, 1979), на республиканской научно-технической конференции в КазНИЛВХ (Джамбул, 1980), на республиканской научной конференции ВНПО "Сопзводавто-матика" (Фрунзе, 1980), на заседании кафедр гидравлики и гидротехнических сооружений МГЩ (Москва, 1981), на заседании технического совета Ыинводхоза Киргизской ССР (брунзе, 1985), на юби-

лейной научно-технической конференции БСХА. (Горки, 1990), на научно-производственной конференции ДГмСй (Джамбул, 1331), на научном семинаре кафедры гидравлики Стамбульского технического университета (Стамбул, 1993).

Публикации. Но теме диссертации опубликовано 47 научных работ, из них одна монография (в. соавторстве), 2 учебных пособия (в соавторстве), 12 авторских свидетельств и 4 положительных решения на изобретения и патенты. Кроме того, материалы исследований включены в 2 учебника для высших и средних специальных заведений по специальности "Гидромелиорация" и I справочное пособие.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и выводов, а также приложений в виде отдельного тома. Работа имеет общий объем 567 страниц машинописного текста, включая 194 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 186 наименований, 7 приложений.

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

Первая глава диссертации посвящена характеристике ирригационных каналов-быстротоков горуо-предгорной зоны Кыргызстана и юга Казахстана, а также анализу существующих способов и средств управления сверхбурными потоками. ■

Особенностью ирригационных каналов-быстротоков рассматривав—' мой зоны является то, что они имеют большую протяженность и уклон дна, равный 0,02...0,08, максимальный расчетный расход до 25 ы3/с и скорость течения до 10... 12 м/с при параметре 'Фруда Гга « 25 .

Сочетание значительного уклона дна, превышающего величину второго критического ( с "Кр ~ 4 ■ скр), сравнительно невысокой шероховатости облицовки, малых наполнений при значительной длине водотока, имеющего простую геометрическую форму поперечного сечения вызывали появление сверхбурного течения.

Под сверхбурным потоком, согласно В.В.Ведерникову, понимается нестационарный высокоскоростной режим на быстротоке, при котором поток теряет устойчивость и образуются катящиеся волны.

Катящиеся волны основательно нарушают работу вододелителей, водобойных колодцев, отводящих каналов. Обладая значительной кинетической энергией,-они приводят к преждевременному разрушению гидротехнических сооружений.

В работе дан анализ основных направлений теоретических и

экспериментальных исследований в области гидравлики, сверхбурных потоков.

•В результате этих исследований получены теоретические и эмпирические критерии устойчивости, критерии моделирования сверхбурного потока, установлены основные фазы зарождения и развития катящихся волн, даны зависимости для определения размеров и скорости распространения катящихся волн, получены формулы для расчета сопряжения сверхбурного потока со спокойным.

Вместе с описанием явления волнообразования были предложены противоволновьте мероприятия и некоторые другие методы управления сверхбурными потоками, нуждающиеся в систематизации, 'теоретическом обосновании и дальнейшем развитии.

Под управлением сверхбурным потоком здесь, следуя Л.й.Высоц-. кому, понимается целенаправленное воздействие на него участком русла или элементами гидротехнических сооружений определенной форта; для получения заданных параметров течения в концевом створе участка при известных гидравлических параметрах в его начале.

Традиционная постановка проблемы управления применительно к бурным потокам на водосбросах подробно освещена в работах А.йппе-на, Д.Харлемана, Л. И. Высоцкого, Б.Т.Емцева, С.М.Слисского, A.A. ТУрсунова, А.И.Богомолова, Р.И.Ваганова и других ученых. Объектом управления в этих исследованиях является является высокоскоростной поток, ограниченный боковыми стенками русла.

Учитывая, с одной стороны, двойное назначение ирригационных каналов-быстротоков, выполнящих одновременно функции водопрово-дящих и сопрягающих сооружений, и, с другой стороны, специфические особенности сверхбурных потоков, в частности, их нестационарный волновой характер, и, наконец, имея в виду потребности практики, круг вопросов, связанных с управлением этой энергетической формой потока был расширен.

В разработанную классификацию задач, способов и средств управления сверхбурными потоками (рис.I), кроте способов изменения направления и формы потока (повороты, сужения, расширения), в задачи управления снерхбурными потоками были включены преобразование их в бурше и спокойные, водораслределение между потребителями и, в перспектив^, использование и преобразование энергии сверху бурных потоков.

Этим классам задач соответствуют и средства управления, которыми являются гидротехнические сооружения и конструкции для уп-

Изменение направления и формы потока

Поворот, сужение, расширение потока

1

Управление сверхбурными потоками на быстротоках

Предупреждение волнообразования

Ликвидация катящихся волн

Детурбулиэа-ция,разделение потока •

т

Гашение волновой энергии в нижнем бьефе

Способы управления

Вододеление сверхбурного потока

Слияние и отделение части потока

Отсечение и разрушение волны

т

Реактивное, диссипативное распределительное воздействие

Использование и преобразование энергии

Вертикальное,плановое вододеление

1.1 1.2

1.3 1.4

2.1 2.2

2.3 2.4

3.3

4.2

Гидротехнические сооружения для управления сверхбурны?^потоком (средства управления) [ЗЛ! зТЁП |4Л| |5Л|5.2| |6Л

Дефаэиро-вание,отсечение подошвы волны

эед<

Генерация электрической и др. энергии

т

5.1 5.2

5.3 5.4

6.2

7.1{

7.2

Рис.1. Классификация задач, способов и средств управления' сверхбурными потоками на каналах-быстротоках

равления сверхбурными потоками. В их числе известны, (рис.I):

1.1-1.2. Поворотные участки каналов-быстротоков, имеющие боковые стенки и дно прямолинейного и криволинейного (виражи) очертания в сочетании с искусственной шероховатостью и без нее;

1.3-1.4. Переходные участки (сужения, расширения) различных конструкций (например А.О.Гамбаряна);

2.1. Безволновые формы поперечного сечения русла (параболическая, треугольная, полигональная л др.) конструкции К.Я.Арсени-швили, Н.И.Картвелишвили, А.О.Гамбаряна и др.;

2.2-2.4, Разделительдае стенки по всей длине быстротока конструкции Е.П.Замарина, сужение • русла и локальные детурбулкза-торы сверхбурного потока конструкции Й.В.Бочкарева, В.А.Соколова, С.»1.Сидоренко, Н.П.Лаврова;

3.1-3.2. Искусственная шероховатость на дне и стенках быстротока (предложения ¡{.Р.Разумовской, А.О.Айвазяна) и продольные выступы на стенках канала конструкции В.Ф.Талмазы и др.

3.3. Устройства для гашения катящихся волн конструкции Г.В. ¿!есхи, Л.З.Бочкарэва, . Э.Б.Бекбоева и РХ-БекбоевоЯ, Н.П.Лаврова и ДР-

4.1-4.2. Гасителя энергии потока воды и гасители энергии сверхбурного потока конструкции В.Г.Микаеляна, Й.В.Бочкарева,

H.П.Лаврова, А.В.Филончккова, Б.И.Мельникова и А.И.Рохмана.

5.1-5.2. Бодовь'пускп и водовыпуски-стабилизаторы конструкции А.Г.Назаряна, В.ГЛлкееляна, Л.В.Бочкарева, Р.С.Бекбоевой и Э.Б.Бекбоева, Н.П.ЛавроЕа и М.К.Жусупова.

5.3. Пропорциональные вододелители (предложение Я.В.Бочкаре-ее и Н.П.Лаврова).

5.4. Водораспределительные узлы сооружений конструкции Л.В. Бочкарева, Н.П.Лаврова, Б.Л.Мельникова и А.И.Рохмана.

6.1-6.2. Сооружения для соединения сверхбурного потока с бурны:.: и спокойным, а также подпитывающие (дотационные сооружения конструкции Н.П.Лаврова, В.А.Биленко, А.Р.какова.

7.1-7.2. Устройство для преобразования энергии гребневой части катящихся волн в другие виды энергии и сооружения для использования гсей кинетической энергии сверхбурного потока (например шкроГЗС).

Необходимо отметить, что не все названные направления развиты одинаково. Если задачи 2, 3, 4 классов решены более полно, то

I, 5, 6 и 7 классы задач в большинстве своем находятся на стадии

прогностических решений, т.е. предложенные конструкции сооружений не исследованы и не имевт методики расчета.

В заключении 1-й главы приведена также примерная схема размещения перечисленных типов гидротехнических сооружений на ирригационных каналах-быстротоках.

Во второй главе рассмотрено совершенствование методики и ап-параьуры для проведения экспериментальных исследований сверхбурных потоков.

На основе особенностей сверхбурного потока, исходя из цели и задач работы были определены требования к измерительной аппаратуре и составлены поэтапные планы экспериментов. Проанализированы и выбраны рациональные методы измерения характеристик сверхбурного потока на моделях и в натуре, условия моделирования, способы статистической обработки экспериментальных данных.

Лабораторные эксперименты выполнялись, в основном, на экспериментальной волновой установке, представляющей собой сварной металлический лоток со стеклянными вставками общей длиной 60 м. Волновой лоток имел ширину 0,5 м, уклон дна, изменяемый от 0,02 до 0,08, расход до 0,04 что позволило отобразить на модели

все стадии сверхбурного потока по Гамбаряну-Броку в масштабе от 1:10 до 1:20.

Для измерения и регистрации волновых и кинематических характеристик а лабораторных и натурных условиях был скомплектован специальный набор аппаратуры, включающий емкостной и кондуктооми-ческий электроволнографы, оптоэлектронный прибор и видеокамера "Ралааолсс " для регистрации размаха волновых колебаний, пневмо-прибор конструкции КазЮШХа и микровертупка САНШРИ для лабораторных измерений скоростей, а также расходомер конструкции КыргСХИ для измерения скоростей по вертикали и удельных расходов потока в натуре.

Не касаясь описания известных способов и средств измерения, кратко остановимся на дискретном методе регистрации колебаний свободной поверхности сверхбурного потока, примененном впервые.

Для этой цели использовался оптоэлектронный прибор, разработанный нами совместно с сотрудниками и ВШИКАМС Г. И.Дементьевым и С.В.Чмутенко и усовершенствованный при участии инженера ОКБ ИКИ А.В.Астионова. ^

Принцип действия прибора заключается в регистрации фотоприемной головкой части светового луча, создаваемого гелий-неоновым

лазером, при прохождении через створ измерения волнового потока.

Прибор не вносит возмущений в измеряемую среду, дискретный характер информации облегчает согласование с ЭВМ, а точность измерения уровня зависит только от шага квантования фотоприемников.

Описана тарировка приборов методами эталонирования и градуирования, определены погрешности измерений гидравлических величин в опытах.

Третья глава посЕящена теоретическим и экспериментальным исследованиям сооружений для изменения направления и формы сверхбурных потоков.

Наибольший интерес для практики, наряду с описанием взаимодействия транзитных волн неустойчивости с косым гидравлическим прыжком на поворотных и переходных участках быстротоков, представляет определение максимальных амплитуд колебаний у боковой стенки водотока.

Для получения этих волновых величин использована гипотеза о существовании резонансных явлений при сопряжении катящихся волн с косым гидравлическим прыжком по аналогии с нестационарным прямым прыжком, где такие явления описаны Н.И.Чечеладтили.

Исходным является дифференциальное уравнение Т.Г.ВоРнич-Ся-ноженцкого для гидравлического прыжка при неплавно изменяющемся течении ^^ ^ М^М?, , а. /, # I. +

+ + ,■ ^ Ъ*

где 5 - размах колебаний в конце'прыжка, =

Аг и ~ средние величины первой и второй сопряженных глубин;

& - глубина водобойного колодца;

9-/ - удельный расход в створе 1-й сопряженной глубины, представляемый как сумма стационарного и волнового расходов, т.е. д, = &

°о, к _ коэффициенты количества движения для начального

и конечного сечений гидравлического прыжка;

уЗ , уЗд и Л _ коэффициенты конфигурации гидравлического прыжка.

Имея в виду, что в случае плоского дна быстротока С = О , подставим в уравнение (I) это значение и выражение для удельного

ррсхода ^ = + Л £ , полную глубину перед косим прьисксм представим как » 7г{ г £ , где % - размах колебаний перед прыжком и, проведя дополнительные математические преобразования, нслучим . _

& . ¿ъ , п?*,) >. г ./РГ ^ . ■

а!? ^ " ^ ^

+ - л>т Щ* (й№ ' *>/,* №• ? • (2)

Учитывая известную схему отражения косой волны ит твердой границы переходного участка быстротока (рис.2), заменим в уравнении (2) глубину />2 на соотБетствуицую_ей глубину под вершиной прыжка-волны при стационарном течении , вместо параметров Фруда /г, а подставим величины

вычисленные по скоростям и , нормаль-

ным к фронту косого прьжка. ' , .

Одновременно приведем выражение (2) к безразмерному виду, обозначив за § = и £ = уг безразмерные волновые величины* ~ ЛГ

в начальном и конечном створах, г =/^--2" - безразмерное время

/рА, ~ безразмерный волновой расход.

Дифференциальное уравнение (2), описывающее волновые колебания в гидравлическом прыжке, запишется в виде

Представив профиль катящейся волны по методу Н.Й.Чечелашви-

По Теоретическим и экспериментальным данным

ли в виде некоторой пилообразной функции

А, {{) - А, + вш ; (4)

волновой расход можно записать как

. А

(5)

где С - фазовая скорость катящихся волн; А - амплитуда, катящейся волны; О), - частота.

Резонансная амплитуда в гребне косого гидравлического прыжка при поступлении на переходной участок быстротока катящихся волн определится в результате решения уравнения (3) с учетом условий (4) и (5) в следующем виде: ________

где, кроме известных обозначений, - коэффициент, учитывающий форму переходного участка быстротока, определяется экспериментально; / « С

и С ~ 1—7-' ~ амплитуда и фазовая скорость катящей/ ся волны в безразмерной форме; 8/ и §2 " угол, образуемый векторами скорости и и фронтом 1-й и 2-й косой волны. Максимальная глубина в вершине первой косой волны при прохождении через нее. гребня катящейся волны в соответствии с принятой

схематизацией (см.рис.2), может быть вычислена по формуле

^ = * С7)

Здесь минимальная глубина в створе гребня первой волны может

быть определена, как показали, исследования,_по_иавестным формулам А.Иппена для волнистого прыжка (при = г ^ ) или для прыжка-волны ( % > 2 ).

Опытная проверка полученных расчетных зависимостей (6) и (7) проводилась на сборной модели переходного участка, позволяющей изменять угол поворота Йокоенх стенок от1 0 --^"до (3 = 40° •

Для нестационарного прыжка-волны отклонения опытных значений волновых величин от рассчитанных по формулам (б) и (7) для

6-20°ъ К„= 7,56 , а также для и Кп=3,39 не.превыша-

ли (рис.3) величины 15,382 для Оре3 и 12,7? для ^тах'

• Наряду с теоретическими зависимостями была получена статистическими методами эмпирическая формула для расчета Агагг при уклоне дна быстротока ЦОЗ <с и расходе /,25З^^с-ж-

дупцего вида _ ^ ,

"тах ~ (8)

где б" - угол излома боковых стенок, град;

•т - показатель степени, х = при <5=

- высота катящейся волны на подходе к переходному участку.

Проведенные эксперименты позволили оценить и длину косого волнистого гидравлического прыжка, образующегося при слиянии двух боковых волн на оси потока (рис.2). 1Лшимальная ее величина соответствует длине первой неподвижной волны при установившемся режиме течения и равна - (2.0 ■■■ •

Максимальная длина первой продольной волны в момент прохождения через ее гребень- катящейся волны по нашим данным достигает величины

Здесь /?2 - средняя глубина за фронтом гидравлического прыжка, определяется по известным рекомендациям А.Т.Иппена и Н. Т.Меле-щенко.

Таким образом, нестационарный гидравлический прыжок, образующийся в сверхбурном потоке, как бы "дышит", непрерывно изменяя свои параметры как по высоте, так и по длине.

При этом возрастание глубин происходит не только на оси потока, но и в местах отражения косых волн от боковых стенок канала. ¡Льксимальная глубина в гребне отраженных волн пщ/> достигает,

по нашим опытным данным (0,77___0,85)-/?тах или (1,35... ,

что требует завышения строительной высоты каналов-быстротоков на переходных участках.

Достаточно эффективным средством для уменьшения резонансного эффекта на суживающихся переходных участках быстротоков явились предложенные автором вставки в виде двух разделительных стенок с наклонным передним краем, препятствующие соединению в одной точке О (р'/.с.2) фронтов центрированных волн, имеющих полюса в точках А и А} излома боковых стенок. Примененные для переходов с утлом излома стенок б'=Л7° и ё - 20" разделительные вставки уменьшили размах колебаний в гребне косых прыжков в 1,31...1,51 раза по сравнению с простыми переходами, не допуская повышения глубины в греб-

. //Л/4 у

не отраженных волн более величины УЗЯ ^хр .

В третьей главе приведены также результаты исследований волновой и кинематической структуры сверхбурных потоков для 3 типов поворотных участков быстротоков, имещих изломы боковых стенок, а также для 2 типов круговых поворотных участков с плоским дном.

Показано, что волновые явления, происходящие на участках поворота быстротоков с трердымм границами ломаной и криволинейной формы аналогичны процессам в бурных потоках, однако имеют нестационарный характер. Это дало возможность применить ряд известных а теории управления бурными потоками математических зависимостей Л.И.Зысоцкого, С.М.Слисского, Ы.Л.Шаталова для расчета характеристик нестационарного косого гидравлического прыжка в момент прохождения через него подошвы катящейся волны.

Наибольшая глубина потока у вогнутой стенки ^та-х на поворотном участке с параметрами - » б =/5' , ¿-¿2=0,08 МОжет быть определена по полученной эмпирической зависимости

¿та? = 4 ^ 2аР** = ^ ' (9)

Для расширяющегося поворотного участка с параметрами

4 =4 , б=го' ■ ¿ = ¿2* о,о8

¿юах = ^ +2арп 77 V ' (10)

Здесь глубина ^ определяется по формулам А.йппена, высота катящейся волны - по рекомендациям ВНИИГ. .

Теоретическим и экспериментальным путем доказана также применимость расчетных уравнений (б) и (7) к поворотным участкам быстротоков с катящимися волнами. Определены значения коэффициента формы поворотного участка, в частности, для поворота с одинаковой шриной ( ) ломаной формы /Гп = 3,22 , для поворота с расширением

Изучение волновых параметров и структуры придонных скоростей сложнодеформированного течения позволяют отдать предпочтение при углах поворота трассы <з" ^ /5° сунагцимся поворотным участкам по сравнению с другими типами поворотов с ломаными стенками. Резонансные колебания глубины в косом прыжке в этом случае проявляв ются слабее и коэффициент трансформации катящихся волн не превышает величины = - ^/5" , тогда как для поворотов с неизменной шириной быстротока он достигает величины /.7...3,//.

На. волновой установке были выполнены также гидравлические

исследования трех моделей круговых поворотных участков с плоским дном, имепцих различные радиусы очертания стенок и углы поворота трассы ё , равные 20°, 30°, 60°.■

Отмечено, что на круговом повороте как при бурном, так и при сверхбурном режиме течения в начальных точках сопряжения А и А^ прямолинейного участка с криволинейным возникают (рис.4, а) поверхностные возмущения, которые распространяются вначале по прямым линиям АВ и А'В , а затем - по кривым ВМ и ВМ', У внезней стенки АЬ£ уровень воды поднимается, у внутренней А'ы'- опускается. Далее повышение и понижение у стенок чередуются и при продвижении волны на поворотах с углом 6^20" может произойти переполнение канала.

Четвертая модель с наибольшим углом кругового поворота трассы <¿ = 60" была выполнена с продольными разделительными стенками (вставками) специальной конструкции, имеющими больший радиус, чем боконые стенки (рис.4, б).

Целесообразность применения разделительных стенок 'на поворотных участках быстротоков для уменьшения подъема уровня воды у вогнутой. стенки была аргументирована еще Е.А.Замариным. Однако разделение потока на отсеки одинаковой сирины в данном случае приводит к тому, что увеличившиеся в них по высоте из-за стеснения разделительными стенками катящиеся волны одновременно покидают участок поворота и одним фронтом по отводящему каналу, что требует наращивания стенск. Разделение же участка поворота на секции различной пирины, кроме уменьшения резонансного эффекта, вызызает и дегазирование катящихся золн за счет различных удельных расходов и скоростей в секциях и, как следствие, их уполаживание на отводящем участке быстротока за поворотом. Кроме того, выполнение промежуточных стенок большим радиусом, чем боковые, уменьшает величину центробежных сил, действующих на поток в образуемых ими отсеках и, за счет этого, снижает величину ординаты в гребне отраженных от стенок косых волн и уменьшает неравномерность распределения скоростей по живому сечению (рис. 5).'Наибольшая глубина у выпуклой стенки Я/пах не превышает по сЕоему значению критической глубины /7кр и может определяться по эмпирической зависимости

* тот =Л6.с. + '-^В* (II)

где - глубина под вершиной стационарной волны у вогнутой стенки быстротока, определяется по известной формуле М.Л.Шаталова.

3 результате теоретических и экспериментальных исследований

и)

4'

ада ггТ^"^

И см ю

Рас.А. Схемы круговых поворотных участков

О

Г)

/о

О

х=о

±н

см

г

3 2

1 г'»™*" *лкг

г'

г = Т.53» V м с

1 £ 1

3

ш 2

гг -/ О

Рис.5. Эпвры распределения глубин и придонных скоростей в

створах поворотного сооружения с разделительными стенками

* -г /; ±±

Рис.б. Устройство для предотвращения катящихся волн (а.с.1736911)•

I - канал-быстроток; 2 - боковые стенки; 3 - днище; 4 - локальные

5 - —передаяя 6 -

переходных и поворотных участков быстротоков получены необходимые данные для разработки рекомендаций по расчету и проектированию ■ данных типов конструкций для управления сверхбурными потоками.

Четвертая глава диссертации посвящена противоволновым мероприятиям на водоскате каналов-быстротоков. .

3 рекомендациях ученых (К.И.Арсенишвили, Е.П.Федоров, Е.Н.За-ыарин, Н.А'.Картвелишвили, О.Монтуори, А.О.Гамбарян, Р.И.Вагапов и др.) и на практике наибольшее распространение получили тание средства предупреждения волнообразования, как безволновке профили и разделительные стенки по всей длине быстротока.

К недостаткам безволновых сечений (треугольные, узкие прямоугольные, полигональные, параболические, синусоидальные), рекомендуемых авторами как радикальные ¡тротивоволновые мероприятия, кроме сложности выполнения профиля и высокой стоимости изготовления,следует отнести ограниченность диапазона их применения.

С целью борьбы с волнообразованием, наряду с дорогостоящими "струйными" быстротоками, образованными разделительными стенками, иногда рекомендуются быстротоки, сужающиеся в плане. Однако на таком быстротоке, во-первых, безволновой режим обеспечивается только при пропуске максимальных расходов, и, во-вторых, увел!тчиваются удельные расходы по ширине лотка, что осложняет гашение энергии в нижнем бьефе. На основе анализа противоволновых мероприятий были сформулированы технологические требования к средствам предупреждения и гашения катящихся волн на быстротоках.

Следуя гипотезе В.А.Соколова о природе возникновения катящихся волн, согласующейся с результатами исследований В.Ы.Лятхера и Р.И.Вагапова, нами применен способ предупреждения волнообразования, заключающийся в локальной детурбулизации сверхбурного потока.

Сущность способа состоит в том, что в зоне зарождения волн неустойчивости устанавливаются (рис.6) локальные .разделительные • стенки 4 (вместо рекомендованного Б.А.Соколовым трубчатого "хоней-комба", применение которого возможно только в безнаносном режиме^. Созданная преграда по глубине турбулентного потока препятствует соединению пристеночного и пограничного слоев жидкости и предупреждает явление резонанса пульсаций на свободной поверхности. Наличие наклонных полок о в нижней части стенок 4 способствует повышению устойчивости потока за счет создания формы поперечного сечения секций, близкой к безволновой. По мере удаления от детурбули-затора и достижения его турбулентными характеристиками определен-

ных волновых величин необходимо введение очередного устройства для предстврё^екйя катяиргхся 50лн.

Расположение и длина локальных разделительных стенок 4 определяются в расчете на расход максимального волнообразования когда катящиеся волны на водоскате могут достичь максимальных размеров й представляют наибольшую опасность. Удаление первого блока локальных стенок-детурбулизаторов от начала быстротока равно расстоянию до зоны зарождения катящихся волн (зона ря<5и>.

Путем обобщения экспериментальных данных, полученных в институтах ГрузКИЛГиМ, ТНЖГЭИ, Кыргызгипроводхоз и КыргСХИ установлено, что для распластанных русл ^О.ОЧ ) более достоверна эмпирическая формула Б.А.Соколова для определения створа волнообразования.

При больших относительных наполнениях для определения рассто-. яния рекомендуется зависимость А.О.Гамбаряна

Ширина отсека 4:' (рис.6) между разделительными стенками может быть определена из условия устойчивости части потока в таком отсеке по критерию Т.Г.Войнич-Сяноженцкого. '

Экспериментальными исследованиями в масштабе 1;Ю и 1:20 были установлены также оптимальная длина стенок £ст" ^ и рзс-стояние мезду соседними блоками детурбулизаторов по длин©¿^^т--

Исследована эффективность двух модификаций устройств для предупреждения волнообразования (путем анализа графиков относите тельных волновых параметров), одно из которых .(а.с. 1821516, соавтор Бочкарев Я.В.) с целью повышения пропускной способности быстротока размещено в донных траншеях. При этом угол верхнего откоса на входе в траншею устанавливался из условия безотрывного обтекания струи, а угол нижнего откоса - из условия отсутствия • стоячих волн на выходе из траншеи.

Установлено, что траншейный детурбулкзатор имеет одинаковую эффективность по, сравнению с описанной модификацией устройства -для предотвращения катящихся волн при несколько меньшей (на 12%) длине стенок 6СГ .

Как показывает практика, волновой режим на транзитной части быстротечных каналов14довольно часто допустим, а необходимость в гашении катящихся волн возникает только на подходе к регулирующим или иным гидротехническим сооружениям.

В работе дан обзор и анализ существующих способов и.средств гашения катящихся волн, приведенных в трудах М. Р. Разумовской, 0.К. Айвазяна, Г.В.Месхи, Е.П.Федорова,'К.ГеЯцдля, К.И.Арсенишвили.Э.Б. Бекбоева и Р.С.Бекбоевсй, Н.П.Лаврова, В.А.Биленко и А.Р.Исакова. Среди таких средств рассмотрены искусственная шероховатость, гаситель-волнорез, решетчатый трамплин и другие устройства для гашения катящихся волн, устраиваемые на водоскате быстротоков. Отмечается ограниченность действия этих устройств, приблизительность и некорректность некоторых расчетных зависимостей, низкая надежность отдельных волногасителей в условиях транспорта плавника.

Дано описание усовершенствованных на кафедре гидравлики и автоматики КыргСХИ конструкций гасителя катящихся волн с трубчатой камерой (а.с. 12В3284) и ленточного гасителя катящихся волн в открытом русле. Приведены результаты экспериментальных исследований волкогасящей способности и кинематической структуры сверхбурного потока в зоне действия ленточного гасителя, подтверждающие возможность его применения в верхнем бьефе регулирующих сооружений небольших (<?£5 м^с) быстротечных каналов.

Наиболее простой в исполнении и достаточно эффективной з работе является новая конструкция устройства для гашения катящихся волн (а.с. 1821518), выполненного в виде установленных на днище бкстрэтска (рис.7, а) продольных разделительных стенок с наклонной передней гранью, имеющих в своем начале излом в плане.

Принцип действия устройства состоит в дефазированш катящихся волн благодаря разности удельных расходов и скоростей продвижения фронта волны в боковых С, и центральном Сг каналах. Сдвиг фаз А? катящихся волн на выходе из устройства может быть определен как

I - средний период прохождения катящихся волн в верхнем бьефе волногасителя; - _

Лц - задаваемая кратность дефазирования волн, равная отношению л * .

На выходе из устройства наблюдается растекание по всей ширине быстротока частей катящейся волны, неодновременно выходящих из центрального и боковых каналов, и происходит уполатсивание гребней волн.

Эффективность волногашения оценивалась в экспериментах коэф-

С, С2 Лд

где £ - длина разделительных стенок,

(13)

/- ¿г-цг^

О-'А в тек

6 - трапецеидальное п - Р9сло

Рис.7. Трансформация катящихся волн в нижнем бьефе устройства для гашения катящихся волн

А,

Рис.8. Гаситель энергии потока воды с забральной стенкой

Рис.9. Гаситель энергии п3игзаг-3' 24

фициентом трансформации волн ^д = ', величина, которого изменялась (рис.7, б) от = /¿.../,7 на выходе из разделительных стенок до - 0,3/... 0,52 во второй створе полного растекания волнового потока, выходящего из центрального канала устройства. Удаление этого створа с наименьшей высотой трансформированной волны определено экспериментальным путем и равно

'4 = 4,5-ег, (14)

где - средняя длина участка от конца разделительных стенок до первого створа'полного растекания, равная

= (В-6)[О,/5 Гга 27/. (15)

¡Здесь В ъ 8 - ширина быстротока и центрального канала;

^а - параметр Фруда, рассчитанный для нормальной глубины в центральном канале волногасителя.

Длина участка сужения и угол излома перегородок 9 <6° приняты из условия так называемого безволнового сужения, когда в центральном канале не образуются косые прыжка.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования трех модификаций устройств для гашения катящихся волн в русле трапецеидального сечения. Проанализировано изменение гидравлического показателя русла я , от которого зависит фазовая скорость и ¿2 распространения катящихся волн в отсеках устройства, имеющих трапецеидальное и прямоугольное сечение. Полуэмпирическим путем выбрана наиболее эффективная конструкция волногасителя для трапецеидального русла быстротока, которую можно рекомендовать как для строящихся, так и для существующих быстротечных каналов.

. В пятой главе приведены исследования наиболее многочисленной группы гасителей энергии сверхбурного потока (ГЭСП) в нижнем бьефе каналов-быстротоков. Определены технологические требования к ГЭСП, одновременно выполняющим функции гашения катящихся волн и избыточной кинетической энергии потока..

Выполнена экспериментальная"проверка теоретических зависимостей, полученных в ГрузШЖЗГС для описания трансформации катящихся волн в прямом гидравлическом прыжке. Подтвержден вывод о недопустимости применения водобойных колодцев в качестве гасителей энергии сверхбурных потоков.

Приведено описание конструкции гидравлического обоснования рациональных размеров базового гасителя энергии потока воды (Ш1В) типа "Зигзаг" (а.с. 586229), реализующего три известных принципа

гвпения энергии: реактивный, диссипатившй и распределительный.

Выполнены сопоставительные исследования гасителя "Зигзаг" с ГЗСП конструкции К. й-Арсенжазили и В. Г. ¡¿икаеляна, а также с водобойным колодцем в условиях двойного режима работы быстротока -волнового и безволнового (17, Ш и П зоны сверхбурного потока по Гаыбаряну-Броку). Сравнительные исследования проводились при подтопленном истечений в 3 этапа: исследования волногасящей способности гасителей, скоростной структуры потока в их нижнем бьефе,и размывающей способности потока за гасителями.

В итоге комплексного эксперимента сделан вывод о том, что при переменном режиме течения на быстротоке наиболее стабильно функционирует гаситель "Зигзаг".

Недостатком этой базовой конструкции гасителя являются его больпие размеры по длине, а тагасе неоднородный характер кинематической структуры выходящего из гасителя потока. На основании анализа этой кинематической структуры были разработаны 4 новых модификации ГЭСП.

В их числе два вида гасителей с забральной стенкой, разработанных совместно с Б.И.Мельниковым и А.И.Рохманом, и гасители типа "Зигзаг-2" и Зигзаг-З", усовершенствованные совместно, с Я.В.Бочка-

Гасители с забральными стенками (рис.8) устраиваются с цент- . ральными проррзями в V-образных перегородках, количество которых уменьшено вдвое по сравнению с.гасителем "Зигзаг". ГЭСП этого типа могут выполняться как в колодце с уступом падения (а.с. 1447970), так и без образования перепада с дном быстротока (а.с. 1663101).

ГЭЗВ "Зягзаг~2" (а.с. 1301916) отличается от базовой конструкции тем, что его колодец и У-образные перегородки выполнены с шириной, увеличивающейся-по течению и, благодаря этому, гаситель не имеет направляющих стенок над перегородками. Угол планового расширения перегородок этого и последующего типа гасителя равен (рис. 8) углу растекания волнового потока, т.е.

ревым.

где - параметр.Фруда для гребня катящейся волны при расходе максимального волнообразования @та-х >

1*

тегх >

Спр и ЬПр - фазовая скорость и продельная глубина в гребне волны.

Гаситель энергии "Зигзаг-З" (а.с. ГГ723С8) имеет 3-4 перегородки с изломом (рис.9),' в 1-й и 3-Я из которых для повышения эффективности золногапения и еьгсввнивания эпюры скоростей устраиваются центральные донные прорези, а в боковых частях 2-5 и 4-Я перегородок выполняются сию/етричные донные прорязи-окна. По верхнему периметру перегородок для уменьшения всплесков, образующихся при столкновении катящихся волн с перегородками, крепится двойной козырек из горизонтальных пластин.

Для уточнения методики расчетного обоснования и конструирования модернизированных гасителей были проведены их комплексные исследования , включающие исследован-ля волнсгэсящей способности ГЗСП л кинематической структуры потека на модели, а также последующие натурные исследования эффективности гасителей, в том числе их энергогасящей способности.

Результаты экспериментов показывают, что для гасителей, имеющих прорези в перегородках, благодаря усилению дефазируюцего и диссияирующега воздействия на волновой поток высота трансформированных волн 2а вплоть до расхода @тах превышает высота hg исходных катящихся если.

Зато при дальнейшем увеличении расхода проявляются преимущества гасителя "Зягзаг-2", имеющего вдвое большее количество сплошных перегородок, оказывающих реактивное воздействие на поток. Например, для максимального расхода Огпат~^этот гаситель имеет коэффициент волногашения = £-0,92, а два других

типа гасителей имеют 2 . Аналогично изменяются и относитель-

ные максимальные ординаты ^тях/^З трансформированных гасителями волн (рис.10) с изменением относительного расхода З/^тах ■

Путем аппроксимации экспериментальных данных получены расчетные зависимости для определения наибольших глубин в гребне остаточных волн за гасителями.

Пользуясь полученными эпюрами распределения максимальных скоростей по вертикали в створах верхнего и нижнего бьефов гаоителе^ были определены значения коэффициентов гашения полной удельной энергии Ег и удельной кинетической энергии для гребня

волны ^ при изменении относительного расхода

(рис. II). / / £ ) . ' ^

Кая видно из графиков (Яг^тах) и д- =/1

Модельные

1-ГЗПв .¿игзаг-2

2- ГЗ/7В с забральной стенкой ±

.♦с 3 -ГЭПЁ .Зигзаг -3 *;

Матщные данные ■е- ханал Лжаламыш; « /гонал Орта

0,25 ¿¡5. 075 /,0 /,25 4 канал Ташрабагп

■ Рис.10. Трансформация катящихся волн новыми ГЭСИ

25, Ог

6,0 50 Ь.О ЗО

г.о ю

•V ег

4 ______

ч>

г ь

А 7 -с

—в—

_гг_/г --у!-^. с—V

025 (¿5 0,75 1,0 Г,25

0,25 0,5 £¡75 КО Г, 2 5

Рис.11. Изменение коэффициентов гашения удельной энергии и в гребне волн

Рис.12. Схема СГЭВШ:

1 - гасящие элементы;

2 - стержни; 3 - ось;

4 - ромбовидные накладки

Рис.13. Вододелитель для каналов со сверхбурным режимом течения

они имеют точки максимума функции при расходе й- 0,75$тах , близком к расходу максимального волнообразования $/т>ах • Зтот максимум соответствует наибольшей эффективности галения гребневой части волныкоторая примерно одинакова (расхождение до - 1256} для всех новых типов ГЭСП.

В работе описана также конструкция и экспериментальные исследования съемного гасителя энергии высокоскоростного волнового потока (СГЭВЗП, а.с. 1821517), выполненного из гибких металлических лент (рис.12) и рекомендуемого для применения на участках сопряжения быстротока с каналом малого уклона, не имеющих расширения русла и уступа падения (перепада).

Шестая глава посвящена разработке основ технологии управления водораспределением на быстротечных каналах с учетом автоматизации и исследованию новых средств управления водораспределения.

Исходя из опыта эксплуатации и особенностей какалов-быстрсто-ков, сформулированы основные принципы водораспределения с учетом автоматизации процессов в следующем виде: '

1. Водораспределение осуществляется нормированное, по плану или пропорциональным делением стока канала-быстротока в створе во-доделения. •

2. В силу меньшей, по сравнению с магистральными равнинными каналами длины быстротечных каналов и больших уклонов, их можно рассматривать как однозвенную систему с жестким управлением.

Управление - централизованное с диспетчерского пункта на основе упрощенной математической модели в нескольких реккмах.

3. Автоматизация водораспределения осуществляется с использованием гидравлической энергии потока, а управление - на базе электрической энергии с маломощным приводом.

4. Водораспределение производится путем деления сверхбурного потока по вертикали или в плане с применением средств волногаше-ния и борьбы с наносами или без них.

Согласно принятой"технологии эксплуатации водохозяйственных систем выполнено обоснование способа автоматизации- и схемы-управления водораспределением. На каналах горно-предгорнсй зоны в силу их особенностей как объектов автоматизации (большие уклоны и скорости, нестационарный характер течения, малые аккумулирующие емкости и малая инерционность процессов) наиболее предпочтительно осуществлять автоматизацию водораспределения способом непосредственного отбора постоянных расходов.

Объект автоматизации здесь может быть принят безынерционным

и б качестве математической модели оперативного планирования и управления водораспределением без учета процессов перерегулирования принимается уравнение баланса расходов

Q0=ZQL+Qn-Qd+QTp, сад

где Qo - расход в голове канала-быстротока;

Oi - расходы водовыпусков, определяемые по планам водопользования и регулируемые стабилизаторами расходов;

<3? - расход потерь воды на фильтрацию и испарение;

Об - дополнительный расход, поступающий в канал-быстроток; - транзитный расход, пропускаемый за пределы рассматриваемого участка канала.

Исходными данными для решения задач оперативного управления водораспределением являются: план Еодоподачи, параметры объекте управления, данные циклического опроса состояния системы автоматического регулирования. По плану водоподачи рассчитывается.уравнение баланса (18) и требуемые расходы подачи вода в отводы сравниваются с фактическими, определяемыми по результатам опроса.

В случае дефицита воды вводится, либо принцип приоритета водо-потребителей (всдооборот), когда в первую очередь обеспечиваются ьодой отводы, подающие ее на важнейшие культуры, либо принцип пропорционального деления расхода между равноценными потребителями. Далее определяют время нанесения управлявшего воздействия на конкретный водовыпуск по времени добегания дополнительного расхода' от головного сооружения до данного водовыпуска.

При этом за полный интервал регулирования водораспределения может быть принято, согласно А.И.Михайленко, время передачи максимального расхода по длине канала-быстротока.

Изменение открытий затворов стабилизаторов расхода ка всех отводящих канатах-потребителях производится последовательно в течение этого времени, при этом расход канала-быстротока в створе каждого последующего отвода определяют по окончании изменения открытия затвора на предыдущих отводах как разность между расходом^"' в голове магистрального канала Qg и суммой расходов предыдущих отводов. '

Рассмотрена реализация способа управления водораспределением А.И.Михайленко для случаев; а) когда расход в голове канала 0о равен плановому, а измеренные расходы потребителей отличают-

ся от плановых значений; б) когда расход в голове канала Q0 и

расходы потребителей отличаются от плансвит.

На основе данной технологической схемы автоматизации определена задача разработки новых средств автоматизации в виде водоеы-пускоэ-стабилизаторов, у которых задаваемый расход стабилизации есть линейная функция от открытия затворов, т.е. ^ - С О^ .

Проведено обобщение известных конструкторских репений а области водораспределения на каналах-быстротоках с катящимися волнами. Рассмотрены водовыпуски Ай-1 л АН-2 конструкции К. Л.Арсениази-ли и О.Г.Натипвили, водовъшуск-гаситель А.Г.Наэаряна и В.Г.Шкае-ляна и водовыпусн-стабилизатор конструкции Я.З.Вочкарева, Р.С.Бек-боевой и Э.Б.Бекбоева, а также методика гидравлического расчета этих сооружений.

1{мея в виду технологические требования к водовылусхам на ка-налах-быстротбках и учитывая недостатки известию: конструкций, продолжено их совершенствование.

Так, на базе водсделителя для каналов с бурным режимом течения, предложенного М.И.Годубеняо, создана конструкция вододелителя для каналов со сверхбурным течением (а.с. 1654047).

Вододелитель (рис.ЕЗ) выполняется в следующем виде: мезду подводящим I и транзитным 2 каналами размещен колодец 3, имеющий разделительные перегородки 4 с горизонтальными 6 и Г-образными козырьками 7. В стенках'колодца 3 размещены плоские затворы 8, а над камерой к передней верхней кромке колодца 3 закреплена решетка 9 с треугольными вырезами с помощью шарнира 10.

Перевод потока из сверхбурного режима в. подводящем канале I в спокойный в отводящем канале 5 достигается сочетанием- действия решетчатой плиты 9 с увеличивающейся по направлению течения площадью отверстий, козырькоп б, расположенных на возрастающем по пути движения расстоянии друг от друга и Г-образных козырькоЕ - успокоителей потока.

Получена аналитическая зависимость для определения расхода воды в отвод вододелителя

^ ' ' (19)

где у/ - коэффициент расхода решетчатой плиты, по полученным экспериментальным данным изменяющийся обратно пропорционально величине числа '5руда в пределах от 0,03 до0,25; р - доля площади отверстий в общей площади плиты, вп и 8 - длина а ширина решетчатой плиты;

^гр ~ действующий напор в середине решетчатой плиты, равный

Нф = 0,5 * //;) = 0,5//„'). (20)

. Здесь Ин и Н^ - действующе напоры в начале и в конце решетчатой плиты; fT}g - относительный напор ¡7>е = -^г- , определяемый по полученному графику зависимости =у/а/р) , где - коэффициент водоотбора, = ОртЗ/О ■

с Эксперименты показали, что разработанная конструкция вододе-лителя обладает стабилизирующей и волногасящей способностью по от-нопению к потоку отвода.

Для забора воды из каналов со сверхбурным течением совместно с Я.В.Бочкаревым и Ы.К.Жусуповым разработана конструкция донного водовыпуска-стабилизатора расхода из быстротечных каналов (ВСРБК). Принцип действия ВСРБК основан на изменении коэффициента расхода истечения обратно пропорционально величине , где Нд -

действущий напор истечения.

Тогда расход истечения выражается формулой:

«д

где С - постоянная стабилизатора;

О - величина открытия щита стабилизатора.

Изменение коэффициента ¿и обратно пропорционально /Йд достигается действием на поток, подаваемый в отвод, козырька на щите в сочетании с криволинейным козырьком в колодце. Для нейтрализации влияния катящихся волн в процессе стабилизации отводимого расхода предложена специальная конструкция донной решетки стабилизатора.

Для установления рациональной формы и размеров ВСЯЗК, пбдт-верждения теоретических предпосылок и разработки основ методики гидравлического расчета водовыпуска-стабилизатора были проведены его гидравлические исследования в масштабе 1:10 и 1:15.

Результаты исследований стабилизирующей способности трех мо^ч дафикаций ВСгБХ представлены в виде графиков (рис.14) зависимости

Я) и » /(а/в£ах) • Они доказывают

преимущество по стабилизирующим и волногасящим свойствам третьего типа водовыпуска-стабилизатсра (ВСЙ5К-2), имеющего решетку из плоских горизонтальных и наклонных пластин с возрастающими по направлению течения размерами прорезей между этими пластинами.

Л - 0, го а„ах

о - a.fS Onoz. ®

•-о.шатах

9-о,аоат1гх

Qmax

' О Ц2 . a,v a 42 4* 0 0,2 0,9 Рис.14. Экспериментальные зависимости О=J"(и

@от6/®/7ют ^ Я™ Различньп: модификаций решетчатой плиты ВСРШ

1 и

(О 0.9 0.8

IVзол /71 зона i [дзома

•У-0,5в

уд л —о—ad- ¿Г.

офЗ-*! auj-л f/u ju ■а0-! —■

од о- SoAHoffaO

лоток Кыа? CXU Ф 4 ф - канал dca/r-

Дтинский • k а -*анал бела-

SodaruO е- А в - измерения ¿ЛФедороба

>'''>>>

6

L

т,

Рис.15. График зависимости

Q

%

Рис.16. Схема

.пропорционального зсдодедения

Рис.17. Типовой вариант компоновки АВУ на канале Дталаыыш

Экспериментальными исследованиями установлена функциональная с ишь между коэффициентами расхода ВСШ{ ^ и параметром Ргд , которая выражается эмпирическими зависимостями:

для ВСРБК-I, применяемого в условиях бурного потока

^ = 0,38-0. оо5-Гга ; (22)

для ВСНЗК-2 в условиях сверхбурного потока

^ = (И)

«^следованиями также установлены диапазоны стабилизации отводимого расхода, подтверждено, что в этих диапазонах предложенные конструкции являются водомерами и получены водомерные константы Для доказательства возможности планового вододеления сверхбурного потока в заданной пропорции проанализированы данные натурных и модельных исследований кинематической структуры, полученные Е.П.Федоровым, К.Й.Арсениавили и автором.

Были вычислены значения среднего удельного расхода £ на трех мерных вертикалях к^-О,] ; 0,3 и 0,5§^ у, получены графики изменения относительных удельных расходов 9-/на этих вертикалях в различных зонах (фазах) развития сверхбурногс потока (рис. 15).

Дальнейшая обработка экспериментальных данных заключалась б определении относительной ошибки отделения расхода канала-быстротока в предположении, что разделительная стенка вододелителя устанавливается на таком же расстоянии от боковых стенок быстротока, что и указанные мерные вертикали. Эта ощибка достигала 15,7% для боковой вертикали, расположенной на расстоянии от борта

быстротока.

Следовательно, для осуществления пропорционального деления расхода сзерхбурного потока с требуемой точностью без предварительного гашения энергии необходимо вносить нелинейную коррекцию в величин;' ширины отвода бг (рис.16), принятую исходя из прямоугольной эпюры распределения скоростей в плане.

С учетом такой коррекции получена графическая и аналитическая-зависимость для определения относительной ширины отвода необходимой для отделения заданной доли расхода Пос-

ледняя имеет вид полинома

¿6 = /,23-0,97-^ + 1524~Г,ЗГ7*4 + ¿7,527 */. (24)

. Для осуществления планового вододеления бурного потока известно несколько конструкций пропорциональных вододелителей, разработанных Р.Л.Вагаповым и Д.А.Баялиновкм, Л.Л.Высоцким и З.Т.Сунчаляе-вым.

С целью повышения экономичности и надежности работы такого типа сооружения при сзерхбурном течении автсром было выполнено совершенствование конструкции и методики расчетного' обоснования.Оно сводится к тому, что внутренняя и внешняя стенки отводящего канала в пределах пропорционального вододелителя очерчены радиусами-век-

где - чнс^о Фруда для гребня катящейся в о-та (при расходе

О/пах ). имеющей наибольшую глубину Я'пр/тах) 'и соответствующею ей скорость Слр(гпах) ;

Р, к 4 _ радиусы-векторы, раположенные по линии начальной характеристики центрированной волны, располагающейся под углом = -¡тщ^ к оси транзитного канала;

а - угол между.нормалью к оси транзитного канала и радиусами-векторами Я и 2 , имеющий, согласно проведениям исследованиям, наибольшее значение Цг>ах~ . за пределами которого отводящий канал имеет постояннуо отрину; в0 - постоянная, равная

ва = агсЫл-^г ' 1 ' (2?)

• о с с

Радиусы-векторы ¿Г, и связшты между собой соотношением г, >(о,?...о,8)#г.

Исследования пропускной способности усовершенствованной конструкции пропорционального вододелителя, проведенные на волновой установке КыргСХЛ, подтвердили устойчивость пропорционального деления расхода при различных соотношениях ширины отводящего канала ^ и транзитного канала & . При этом обеспечивалось безударное течение потока в отводящем канале без образования заметных сбоев л косых прыжков.

В проблеме управления сверхбурными потоками одной из сложных и малоизученных была задача водораспределеюш на- каналах-быстротоках при наличии нескольких (двух и более) отводов.

Б Кыргызском СХИ предложен к исследован в лабораторных и производственных условиях ряд конструкций автоматизированных узлов (АЗУ) на кгяалат со сверхбурным течением, выполняющих следующие функции:

- гашение волновой энергии посредством ГЭСП, например, гасителем I с забральной стенкой (см.рис.17);

- регулирование командного уровня путем оснащения узла авторегулятором 2 уровня верхнего бьефа, использующим гидравлическую энергию

"потока;

- водоотбор из канала-быстротока и стабилизация требуемых расходов подечи с помощью стабилизаторов расхода 3;

- учет воды, подаваемой в отводы 4 и 5 или поступающей из бокового притока б, путем измерений уровня воды и градуировки по открытию затворов-автокатов 2 и стабилизаторов расхода 3;

- борьбы с наносами устройством специальных порогов или соответствующем взаимным расположением элементов сооружения.

В качестве средств гашения волновоР энергии рекомендуется использовать описанные в главе 5 конструкции ГЭСП; для поддержания расчетного уровня воды в камере АВУ используется Г-обраэный прис-лонный авторегулятор уровня верхнего бьефа конструкции п.В.Бочка-рева и Б.И.Мельникова.

Стабилизация расходов воды в отводящие каналь- осуществляется с помощью стабилизаторов расхода типа секционный ступенчатый коробчатый щит (ССКЩ) конструкции Н.В.Бочкарева и А.И.Рохмана.

Приведено описание комплексных модельных исследований различных вариантов компоновки АВУ, состав которых соответствовал их технологическим функциям.

Погрешности в поддержании расчетного уровня не превышали на моделях величины 5...9%, что позволило обеспечить подачу постоянных расходов воды в отводы с точностью в том числе в условиях подтопленного истечения из-под затвора стабилизатора типа ССКЩ. Получены расчетные зависимости, позволяющие оценить пропускную и волногасящую способность усовершенствованных типов автомата^ зированных водораспределительных сооружений.

Седьмая глава включает описание опита внедрения и основных . рекомендаций по проектированию и эксплуатации гидротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками.

Приведены результаты производственных исследований внедренных на каналах-быстротоках Беловодский, Дяаламыш, Орто и Ташрабатг-Щы-рккты автоматизированных водораспределительных узлов и гасителей

энергии сверхбурного потока, в целом подтверждающие теоретические и модальные исследования этих сооружений.

На основе проведенных комплексных гидравлических исследований разработаны основные рекомендации по гидравлическому расчету, проектированию и эксплуатации гидротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками.

Приведены алгоритм и программа расчета канала-быстротока на ЭВМ, разработанные совместно с Я.В.Бочкаревым и Б.А.Чукинкм.

Программа сочетает в себе элементы решения прямой, а обратной задач управления сверхбурными потоками и включает: проверку устойчивости потока на водоскате быстротока, расчет параыетроз катящихся волн, выбор способа предупреждения или гашения катящихся волн и расчет противоволновых средств.

Кроме тог'о, даны таблицы расчета поворотных, линейка сужающихся и расширяющихся участков быстротока, а также сооружений для во-дораспредэления сверхбурных потеков (таблицы 1-5).

Разработаны рекомендации по выбору и диапазону применения средств управления нестационарными высокоскоростными потоками , рассмотрена совместная работа комплекса таких сооружений.

Исходя из анализа режимов эксплуатации ирригационных каналов-быстротоков предложены рекомендации по эксплуатационному обслуживанию гидротехнических сооружений и средств гидравлической автоматизации.

Выполнен расчет технико-экономической эффективности разработанных сооружений, в частности, рассчитана удельная стоимость 8 типов волногасящих устройств при изменении расхода и уклона дна канала-быстротока, проведена технико-экономическая оценка научных разработок, внедренных в производство.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Данная работа содержит результаты разработок и исследований, выполненных по проблеме совершенствования управления сверхбурными потоками на ирригационных каналах-быстротоках с уклоном дна, больше второго критического.

Основные выводы, полученные на основе выполненных экспериментальных и теоретических исследований, можно сформулировать следующим образом:

I. Каналы-быстротоки являются преобладающим типом аодопрсво-дящих сооружений магистральных и межхозяйственных участков ороси-

Таблица I

Ьиейно сужающиеся и расширяющиеся переходные участки быстротоков со сверхбурным течением

Тип черехо-да

Очертания в плане

Расчетные зависимости

О)

Ъг/МММ)

4сг=_ 4 +2а/>аз

Аыл - (2.0-4*)

(3-°-7-6^2

б)

у,

= 0*5-6,

у2 -

¿ж*

л^-авз-/}«

огпр

КР 2

64 га" 6 _

г

о; рь

о

с р.

ш x

>=г

4

Ггг+г /г, + 2

/ =

219а

%о

Круговой поворот

с разделительными стенками

>1 ^ ^ ^

„ » » v

» .« v

ы

" 'а i

\ сйнч >

■а ^

чм

р л " а» ^

л § с, ..v

^ а о> ^ ! ^ §

простой

£ 5 л/

11

1-

^ 2 Л

л

v/

Резкий поворот

сужением

ч

^ ii ^ > и

^ чч Я >) д /л г\ 4 n0 ^ .ч ^

расширением

к^ь

ii

n4

!

ч

.4

С)

•и-

/л 4

'Л /А

одинаковой ширины

i ^ г*' v С 11 \

8

-ч ^ Т? &

■v v, -

л

3 - ? *

л n3

v ч

о

-а и к-а

в о х -й а

0

1

■8

►9

8.

ш я

п>

-а 8

и в ш

ж г> к К о о ►а а

гс о?

ж ?

п

я о

а)

О

и

О -з

ъ

Й ■)

к

а. а

п

т)

.о

о X

о а>

о а

о

ы) ф ■с! x о

и

(О СУ

л г»

га а;

'£ «

я: р> го

Таблица 3

Расчет средств предупреждения и гашения катящихся волн на водоскате -каналов-быстротоков

Наименив. средства

Расчетная схема

Расчетные зависимости

х х ошч взо

со к О &

сак

оно о-о х н ^ =

О О а >> п-с е Е-

а к х к: сс

О,/901

ТТ

или из критерия Зойнич- С.

К с; I с; к га ссх э со о о со вК а Е-. с: о. с; о =

с : О I С С.О

>> г о

йт 9

Кр = ¿^ 0,3*;

из критерия Войнич-С. р -

ст~ I

о с: х о ч >. о о. д с с: 2 око

е- о н

охр, езх ^ке. е- о

сс

а а

еп V

6А = 0,Г9-6;

£ = 4 : £=^4. > = 0... 8,2

о г о к ч с" к О

охи «= ®

о 5 к (2-ш о

Е- Си х

о 5 ее а-

о

4 условия р

о < б' ; 4 « г,б в3

Таблица 4

Гасители энергии сверхбурного потока в низшем бьефе каналов-быстротоков

Наименов. устройств

Расчетная схема

Расчетные зависимости

Область применен.

с\>

и г

о)

с: о

с.

со 3

с, ?

а)

8, - 26; б, = 0,3 6; ы ^6^(8,-6)^056;

402^1*0,а</

3,0 <¿¡<25.(2

^ -, лг бурНй/6,

с&грхбурная?

режимы}

засоренные

бо&оголи

е-*

о

3 x

ь. в

э. о

аз ж

x л ж

о ч а

о] м

л а. х

4 о о от л

п

я

и о а е-

3; -- 26; В2 - 2^5 б;

ыс,

¿е.

7е'У*» ;

¿г- ; Пст-3

I <с<аоа *р ^

С&ерхбурный-бурный

режим ¿г< ¿*р

г 2а Ъ-Ь-ЩП

У*

3, = /,50;8г = 26; 4 = 0,77 6Г0.в6;

2 = 0.6/),; 1„=0.8/}„;Х^0,5£п

ез со

и г

сп л и

го 3

г <с<оаа *р

О,3<С?<250 сберхбуоный-бурный

режимы л»

v

х о £. X о

д. е« с.

01 о о 31

х о а ж

о о. о а

о х е«

х ч о

о о с

ооо

•о

ч

и

Нгз = Ьти7

= -> Г'^прргтх)

-ф

•¿Оохбуонбя? режим

на сущесг&. сооружен.

Ь'рЧ»

го

Автоиатизироианный водораспределительный узел

, •ч ^ ^

M SKÂ

Ч> ^ РЗ ч! ! -а*

S S * § *

л ч,

it -«у

S3 i

о,

sí

s

«5)

"Ii

NjN

'A VA

g С

Пропорциональны!'! иоцодолитель для каналов со сворх-буриым точенном

% q <*> J2>

ii « /л л ., ii

^^ ^ * N. 'С'

A S "i" /л .л. л,

о, * А

N. <« ■ S

Водопыпуск-стпбили-затор для каналов-быстротойоп (i3CTE!C-2)

" « " л " « 11 л; ít-sfb 1 -ч ,il , ^ 4-8' t Л41 * & fis * , ^ >

iff

'Ь Ч> ^ ^ ft S? §

130ДГДСЛ)и ОЛЬ для комолой по сворх-бурным режимом течения

II А

i* дан

ti

4 J %

z % * ^

_У> Г-Ч J4- * i*

S ^

гх

Л

A §

o b

Cj к

r.1 С

S п>

и» ж

j с ' j ок

J

cu t> o tí >1

V

4J a o xí

CD -3

o

o □

•X &

1

01 Ï3

o •tí m o

» Ct)

S

a CD

■n

Ol

5?

Ol t.

к §

тельных систем горно-предгорной зсны.

Движение веды характеризуется высокой кинетичностьи ($25), а сочетание значительных уклонов дна с наиболее распространенной прямоугольной и трапецеидальной формой поперечного сечения вызывает потери устойчивости потока и образование катящихся волн.

Сверхбурный характер существенно затрудняет, а часто делает невозможной нормальную эксплуатацию каналов-быстротоков и сооружений на них.

Отсутствие нормативной и методической литературы по гидравлическому расчету сооружений для управления сверхбурными потеками вызывает серьезные затруднения при их проектировании и является одной из главных причин снижения пропускной способности и эксплуатационных качеств таких сооружений.

2. С позиций теории управлея;<л высокоскоростными потоками на основе анализа л систематизации научных данных разработана классификация задач, способов и средств управления сверхбурккуи потоками.

Учитывая двойное назначение ирригационных каналов-бкстротсксз, выполняющих одновременно функции водопроаодящих и сопрягающих сооружений, в задач!', управления, креме традиционных способов изменения направления и формы потоков, включены разработки способов преобразования сверхбурных потоков в бурные и спокойные, способы водорас-пределения между потребителями и способы использования энергии сверхбурных потоков.

Предложены схемы размещения гидротехнических сооружений на каналах-оыстротоках.

3. Усовершенствована методика я модернизирован комплекс аппаратуры для проведения экспериментальных исследований сверхбурных течений, позволяющие с достаточной точностью производить- измерения волндвнх и кинематических характеристик нестационарных высокоскоростных течений в лабораторных и натурных условиях.

4. На линейно сужающихся и поворотннх участках быстротечных каналов установлено возникновение нестационарного косого гидравлического прыжка, наложение на который катящихся волн вызывает резонансные колебания свободной поверхности на этих участках. .

Предложенное на основе теории Т.Г.Войнич-Сяноженцкого и. Н.Л. Чечелашвилк описание этого гидравлического явления позволило получить математические зависимости для характеристики размеров косого прыжка-волны и волнистого прыжка.

5. Экспериментально доказано, что волновые явления, происхо-

4а

дящие на участки сужения, расширения и поворота быстротоков со сверхбурным течение« аналогичны процессам, происходящим в бурных потоках, однако имеют нестационарный характер.

Поэтому некоторые известные в теории управления бурными потоками математические зависимости могут быть применены для расчета минимальных параметров нестационарных косых гидравлических прыжков.

Опытным путем также получен ряд упрощенных зависимостей для определения максимальных размеров таких прыжков..

Предложено и исследовано устройство для уменьшения резонансного эффекта на участках сужения и круговых поворотах быстротоков со сверхбурным течением, в виде локальных разделительных стенок, уменьшающих размах волновых колебаний в гребне косых прыжков в 2,0...3,1 раза.

Дано обоснование рациональной формы и размеров русла, оказывающего управляющее воздействие на сверхбурный поток.

6. Б результате применения дифференцированного подхода к проблеме борьбы с катящимися волнами рекомендованы 2 метода: а) предупреждение самопроизвольного волнообразования, б) гашение сформировавшихся катящихся волн.

В качестье первого метода, следуя гипотезе л.В.Бочкареьа-Б.А.Соколова о природе возникновения катящихся волн, применена детурбулизация сверхбурного потока путем введения в зону зарождения волн неустойчивости устройств для предупреждения волнообразования.

В результате теоретических и экспериментальных исследований получены основные зависимости для определения размеров и местоположения двух типов локальных разделительных стенок-цетурбулпзато-ров.

Для случаев, когда волновое течение на транзитных участках каналов-быстротоков допустимо, рекомендуется применение перед ре-' гулирующими сооружениями новых типов волногасителей, принцип действия которых основан на дефаэировании катящихся волн. Исследования волновод и кинематической структуры потока в зоне действия волногасителей позволяет сделать вывод о возможности их применения, как на строящихся, так и на существующих быстротечных каналах.

7. Продолжено совершенствование гасителей энергии сверхбурного потока, способных функционировать в двойном режиме (волновой-безволновой) в нижнем бьефе каналов-быстротоков.

На основе анализа лабораторных экспериментов и опытно-производственной эксплуатации базовой конструкции гасителя "Зигзаг",

разработано и исследовано 3 более компактных и экономичных конструкции ГЗСП, изучены и описаны основные закономерности перехода потока из сверхбурного состояния в спокойное.

8. Выполнено технологическое обоснование принятов, способа и средств гидравлической автоматизации процессов водоподачи из быстротечных каналов с помощью стабилизаторов расхода.

Рассмотрена технология эксплуатации комплекса аатомзтизаро-ванных сооружений на каналах-быстротоках со сверхбурным течением.

9. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые конструкции регулирующих сооружений для водорас-пределения сверхбурного потока, в том числе вододелители, водсвы-пуски-стабилизаторы расхода и автоматизированные водораспределительные узлы. Получена группа зависимостей, позволяющая оценить пропускную "и волногасящую способность водораспределительных сооружений.

Ю. Проведены натурные исследования внедренных автоматизированных водораспределительных узлов и средств гааения энергии сверхбурного потока, в ходе которых была проверена адекватность полученных ранее закономерностей, гидравлических процессов, уточнены расчетные зависимости, выполнена производственная апробация новых технических средств.

11. В результате проведения комплекса исследований средств управления'сверхбурными потоками разработана методика расчетного обоснования и конструирования сооружений. Разработаны алгоритм и программа гидравлического расчета, включающие проверку устойчивости потона на каналах-быстротоках, выбор и расчет прэтивоволновых средств на водоскате или в нижнем бьефе быстротоков.

Составлены рекомендации по гидравлическому расчету, проектированию и эксплуатации гидротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками.

12. Предлагаемые методы расчета и конструирования применены при проектировании и строительстве ряда объектов в Чуйской, На-рынской областях Кыргызстана и в Джамбулской области Казахстана. Экономический эффект по объектам, в разработках которых принимал непосредственное участие автор, составил около 400 тыс.руб. в це- • нах 1990 г.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I. Лавров Н.П., Сидоренко Ю.И. К экспериментальному анализу

критериев волнообразования, предложенных для сверхбурных потоков// Сб: Механизация и автоматизация оросительных систем, Фрунзе: Кирг. СХЯ, 1977.- C.ICB-II7.

2. Лавров Н.П., Сидоренко D.M. Некоторые результаты исследований средств ликвидации к предупреждения волнообразования на кана-лах-Йыстротоках // Сб: Механизация и автоматизация оросительных систем.- Фрунзе: КиргСХИ, 1977.- С. 117-129.

3. Еочкарев Я.В., Лавров Н.П., Рохман А. И. Автоматизированный водораспределительный узел на канале-быстротоке со сверхбурным режимом течения //Сб.тр.САНИИРЛ и КазНИЛВХ, вып. 154.- Ташкент, 1979.-С. 52-55.

4. Лавров Н.П.' Исследование волногасящей способности гасителей энергии сверхбурного потока // Материалы республ. конференции молодых ученых.- Фрунзе, 1981.- С. 155-157.

5. Еочкарев Я.В., Лавров Н.П., Сидоренко Ю.й. Некоторые результаты эксперимента по определению влияния перелома дна канала-быстротока на параметры катящихся волн //Вопросы автоматизации оросительных систем и технологии орошения.- Фрунзе: КиргСХИ, 1982.-С.- 92-100.

6. Лавров Н.П. Исследование скоростной структуры сверхбурного и трансформированного потока в зоне действия гасителей энергии // Водозабор и водораспределение на оросительных системах. - Фрунзе: Кирг.СХЙ, 1984.- С. 33-46.

7. Лавров Н.П. Экспериментальные исследования местных размывов за гасителями энергии сверхбурного потока /'Водозабор и водораспределение на оросительных системах.- Фрунзе, 1984.- С. 48-55.

о. Лавров Н.П., Дементьев Г.Н., Чмутенко C.B. 0 методике измерения волновых характеристик сверхбурного потока оптоэлектронным методом // Водозабор и водораспределение на оросительных системах.-Фрунзе, 1984.- С. 54-60.

. ' 9. Еочкарев Я.В., Лавров Н.П. Методические указания по проектированию и эксплуатации гасителей энергии сверхбурного потока на каналах-быстротоках.- Фрунзе: РДЫУ ММпБХ Кирг.ССР, 1985.- 37 с. .

10. Еочкарев Я.В., Гамбарян А.О., Лавров Н.П. Каналы-быстротоки со сверхбурным режимом течения и сооружения на них.- Фрунзе:> Кыргызстан, 1985.- 123 с.

11. Лавров Н.П., Чукин Б.А., Куринский D.A. Расчет канала-быстротока на ЭВМ класса "Напри". Методические указания для дипломного и курсового проектирования по специальности I5II Тидро-

мелиорация".- Фрунзе: Кирг.СХИ, 1988.- 15 с.

12. Лавров Н.П. Принципы и способы управления сверхбурными потоками на каналах-быстротоках // Локальные системы автоматизации в мелиорации.'-'Фрунзе, 1986.- С. 18-23.

13. Lavrov //.Р.г Simpaza A.G. Ouvrapes Hydrau?Lyues des ßeseai/x. MadL , /CatLßotigau: IPQ t /987. — 64p.

14. Лавров Н.П., Биленко B.A., Исаков А.Р. Подпитывающие сооружения из быстротечных каналов // Гидроавтоматам э орошении.-<5рунзе; Кирг.СХИ, 1969,- С. 55-61.

15. Лавров Н.П., Бочкарев Я.З. Предупреждение и гашение катящихся волн на каналах-быстротоках // Мелиорация и водное хозяйство, Л» 2, 1990.- U. ; 1990.- С, 32-34.

16. Бочкарев Я.В., Лавров Н.П., Ельников Б.И., Рсхман А.И. Автоматизация водораспределения на быстротоках со сверхбурным течением // Мелиорация и водное хозяйство, .9 II.- М.: 1950, с.25-27.

17. Бочкарев Л.В., Лавров Н.П., Сидоренко D.H. Предупреждение катящихся волн на каналах-бкстротсках //Системы гидравлики оросительных систем...- Бипкех: Кырг.СХИ, 1991.- С. 65-сЭ.

18. Лавров Н.П. Пропорциональное плановое вододелекие на каналах-быстротоках со сверхбуркым течением // Системы гидравлики .оросительных систем...- Бишкек: Кырг.СХИ, 1991.- С. 70- 79.

19. лавров Н.П. Гидравлический прыжок на сужающихся участках волновых быстротоков // Актуальные вопросы проектирования, строительства и эксплуатации гидромелиоративных систем,- Джамбул,159I.-С. 35-37.

20. Бочкарев Я.В., Лавров Н.П. Гидротехнические сооружения на каналах-быстротоках со сверхбурным течением. Учебное пособие.-Бишкек: Кырг.СХИ, 1991.- 1Гб с. ■

21. Лавров Н.П., Бочкарев Я.В. Гидравлический прыжок на быстротоках с катящимися волнами//Гидротехническое строительство. М.: Энепгоатсмиэдат, 1992, $ 7.- С.41-45.

22. Лавров Н.П., Бочкарев Я.В., Жусупов М.К.-Зодовыпуск-стабилизатор из быстротечного канала со сзерхбурным течением // Тезисы докл. Ш меярег.научнс-практ. конф. молодых ученых, ч.1Д.- С.4-5.'

23. Лавров Н.П. Совершенствование гидротехнических сооружений для управления сверхбурными потоками // Тезисы докладов научной конференции, посвященной 60- летйю Кырг.СХИ, ч.Ш.- Бишкек, 1992.-С. 7-8.

24. Лавров Н.Ц. Круговые поворотные участки быстротоков со сверхбурным течением // Мелиорация и водное хозяйство, 1993, £ 3.- К.: Колос.- С. 38-40.

25. Бочкарев й.В., Лавров Н.П., Чукнн Б.А. Методика гидравлического расчета быстротоков со сверхбурным течением с применением ЗШ // Совершенствование методов и средстЕ автоматизации гидромелиоративных систем.- Бишкек: Кьтрг.СХИ, 1994.- С. 4-9.

^ 26. Бочкарев Л.В., Лавров Н.П. Устройство для предупреждения волнообразования на быстротоках в >.:де продольных перегородок в дэнкых траншеях // Совершенствование методов и средств автоматизации гидромелиоративных систем,- Б.-шкек: Кнсг.СХЛ, I994.-C.IC-I5.

27. Лавров H.H., Олейникова С.А., Сидоренко D.H. Исследование устройства для гашения катящихся волн в русле трапецеидального сечения // Совершенствование методов и средств автоматизации гидромелиоративных систем. - Бишкек: Кгрг.СХИ, 1994.- С. 29-37.

28. A.c. 535229 СССР EG23 8/06. Гаситель энергии потока воды / Лавров Н.П., - Р 2329320/29-15. Заявлено 0I.C3.76. Опубликовано 30.12.77. Б?зл. Р 48.- 2 с.

29. A.c. 883232 СССР ШП! Е02В 8/05. Гаситель энергии сверхбурного потока / Бочкарев Л.В., Лавров Н.П.- ?г 2735375/29-15. Заявлено 19.06.79. Опубликовано 23.II.81. ЕюлЛ- 43.- 2 с.

30. A.c. 1283284 СССР ЗЕИ Е02В 8/06. Гаситель катящихся волн/ ЛаьрсЕ Н.П., Биленко З.А., Исаков А.Р.- ff 3S39558 2S-I5; Заявлено 29.04.85; Опубликовано 15.01.87. Бюл.К 2.- 3 с.

31. A.c. - I30ISI5 СССР ЕС2В 8/06. Гаситель энергии потока веды / Лавров Н.П,., Баакарев Я.Б.- Г 40I2I0I/29-I5; Заявлено 29.11.85; Опубликовано 07.04.S7. Бвл.^ 13.- 3 с.

' 32. A.c. 1447970 СССР ЯКИ Е028 8/06. Гаситель энергии потока воды/Лаврсв Н.П., Мельников Б.И., Рохкан А.И.- Jí 4284380/29-15, Заявлено 04.05,87; Опубликовано 30.05.88. Бюл. J? 48.- 3 с.

33. A.c. 1654447.СССР 1КИ Е С2 В 13/00. Ьододелитель для каналов с бурным "режимом течения / Лавров Н.П..- Jé 4387165/16; Заявлено 06.05.89;--опубликовано 07.06.91. Бшл.!р 21,- 3 с.

A.c. -1663101 СССР МКИ Е 02 В 8/05. Гаситель энергии' потока воды / Лавров Н.П.у.Мельников Б.Л., Рохман А.П., Ромашов В.А. -.

4465455/15, Заявлено'26.07.88. Опубликовано 15.07.51. Бгл.Р 263 с.

35. A.c. 1738^11 СССР ИКИ Е 02 В 13/00. Устройство для гашения катящихся волн в быстротоке / Бочкарев Я.В., Лаьроь Н.П., Си-

Доренко П.Л.- * 4604278/15, Заявлено 29.01.90; Опубликовано 07.06.92. Епл. ¥21.-3 с. .

35. A.c. I7723C8 СССР МКЛ Е 02 В З/Сб. Гаситель энергии потока воды / Лавров H.H., Еочкарев Я.З.- » 4Б7СС29/15, Заявлено 23.09.90. Опубликовано 30.10.92. Бал. Р 40 - 3 с.

37. A.c. 1821516 СССР 'Ж'Л ЕС2 В 8/Ö6.- Устройство .для лредуп-резгден/л вогнообразовакш на быстротоках / Еочкарев К.З., Лавров Н.П.- # 49IC448/I5. Заявлено П.02.91. Опубликовано I5.06.S3. Еюл. £ 22.- 2 с.

33. A.c. 1221517 СССР ;,КЛ Е G2 В В/06. Гаситель энергии высокоскоростного волнового потока / Лавров Н.П., Лавров К.Н. -» 49II30I/I5- Заявлено I3.C2.9I. Опубликовано 15,06.93. Бпл.}* 22.3 с.

39. A.c." IS2I5I8 СССР i£üi Е 02 3 8/Сб. Устройство для гашения катящихся волн / Лавров Н.П.- Я 4912295/15. Заявлено I5.C2.9I. Опубликовано 15.05.93. Бюл. £ 22.- 3 с.

40. Положительное решение о выдаче патента Российской Федерации.- ПоЕсротное сооружение для быстротечных каналов / Лавров Н.П.

- S 5015008/15. Заявлено 09.12.91, ЖХ Е 02 Е 13/00.

41. Положительное решение на выдачу патента Российской Федерации.- ВодовЕпуся-стабилизатор расхода воды лэ быстротечных каналов / Еочкарев Я.В.; Лавров-Н.П., Зусупов M.K., Абдугафаров У.С.

- Г? 5017780/15. Заявлено 24.12.91. УПК Е С2 В 13/00.

I'.i. La wo r1 a dissertstion thene on a competition for a doctor's degree: " EiPHO'ii'IIia ¿2TH0DS and u2AKS of „.AHAGE-

ISI;T SUJKRroSHE;;TIAL ?LO,V of IRHIGATIOH

CrXTS CAu'ALS"

R 2 S U is E

Dissertation is devoted to the solution of urgent research en-~cr.eorins problem far the i.-?rcvinr management of cupertorrenti&l flow. ?he prohler. includes derelorr-er.t -incgerient methods of hydreu— lis procesreo for the chute csr.sl^ v:ith roll waves and the hydraulic pro'ect constructions retlizefl there nathods.

Key proble—s of the theory hr.d beer solved in this -.7orh end -sthe-r.stic'l ,5i?cription of r.onstntion'.ry hydrc.ulic junp or: t>e transition plot of c.-.nr.l—chute hrve hecn lire oht'ired; spritestion of c rurher • .eXl—"inc.Tr. dependence r.rKr;erent' ilo..1 frc:.: the thr-ory for dic^ri^tion cf ~iri?".un ncr-.r.etres of r.on etr.tiorsr"' rlrrtin.^ ^ur^ hsd heer Thi'.vn; rub.~tp.ntir tion of '.vnys r.nd rrrir. p?rrr.etrer: prevention —of forrr.^ticn ~nd dic.^i-^tion cf roll """Vec *7sre i^iTen^

ft~rouT> of deTiender.ee for the esti^iEticr. diversion r.rd 'dirndls ticr. -tiVf- «r.T-ffit;* of r.'ater s¿location ryrter. r-pd "besn oht?ired.

Ihe nethed chd con^le.-r of eoui-.-.o.e.ni for a^rrir.^ out Irhor'tory nr.tnrsl ir.ve ? t i t io ns of ^u^ertorrer.ti^i fio- h-d been ir.Tjro—

ved.

Conrvler cf h-.-driiulic er.-in: ^rin- ccn'trucrionn f?r th = ~'r."~e-t^j^-»- ~unertsr~er_ti^l fliT7 hi"d heen de^elOTied inve^ti^-fited Ti'"

r'odolc in the Process of production,

riecoisendTtions on hydrsulic er>.l:ul~tions or. deci-hning ar.d operation rueh" otmetures. vers made.

АННОТАЦИЯ

Н.П.Лавровдун " Тез акма ирригациялык канал- . дарындагы жогорку ылдамдыктагы толкундуу суу агымдарын башкаруу ыкмаларын жана каражатта-рын еркундетуу" деген доктордук диссертацлясы

Диссертация илим жана техкикада актуалдуу бо'лгон жогорку ылдамдыктагы толкундуу суу агыадарын балкарцу ну н эркундэтуу проб-лемасын чечууге арналган. Аталган проблема тол::ундуу тез акма ка-налдардагы гидравликалык процесстерди баакаруу ыкмаларын жана ал ыкмаларды иске адаруучу гядротехшкалык курулмалардын конструк-цияларын иштеп чыгууну камтыйт.

Аталган диссертациялык иште теменку теориялык орчундуу масе-лелер чечилген: тез акма каналдардын етме участкаларындагы турук-суз гидравликалык секириктердин математикальпс сурэттемэсу алынган; толкундуу агкмдарды башкаруу теорияскнан алынган бир нече белгилуу тевдемелердин туруксуз ийри секириктердин минималдык параглетрле-рин мунездведе колдонулуусу далилденген; толкундун пайда болуусун жана тоголоныо толкундарды бчуруу каражаттарынын негизги параметр-лерй жана ыкмалары негизделген; суу бвлуучу курулыалардын суу ет-керуу жана толкун ечуруу жвндэмдуулуктэрунэ баа беруучу тендеме-лер алынган.

о

Жогорку ылдамдыктагы толкундуу агыодарды лабараториялык жана натуралык изилдэв методикасы кана аппаратура комплектиси яштелип чыккан.

Жогорку ылдаадыктагы толкундуу агындарде башхаруучу гидротех-никалык курулмалар комплекса иштелип чыккан, алар моделде жана ен-дуруш шарттарында изилденген. Аталган курулмаларды гидравликалык * эсептэа, долбоорлоо жана эксплуатациялоо рекомендациялары тузул-