CC BY
25BILDING SCHEME CARGO TRANSPORT WHEN WORTER WAY HAVE DEFFERENT DEPTHEES
N. V. Zheleznova
Article describab variant work ships with overload, on way bitween NN power staytion - N. Novgorod.
УДК 627.74
С. Г. Зарудний, аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ СУДОХОДНОЙ ПРОРЕЗИ НА УРОВЕННЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕКАТНОГО УЧАСТКА
Исследован вопрос расположения разрабатываемых карьеров в границах речного потока, их воздействие на судоходные параметры рек. Представлены методика и результаты расчетов влияния параметров судоходной прорези на уровенный режим перекатного участка.
Добыча нерудных строительных материалов из русел рек, оказывает определенное влияние на состояние уровенного режима водоемов. В зависимости от объемов добычи НСМ, технологии и качества производимых работ, влиянию могут быть подвержены русловой и гидрологический режимы рек, качество их вод (мутность), уровенный режим, отметки грунтовых вод на прилегающей пойме и т.д.
Основным фактором, влияющим на изменение характеристик водоема в процессе добычи, является вариант расположения карьеров в границах речного потока. Существует три варианта расположения:
- пойменные, за пределами меженного русла;
- прибрежные, за побочнями или в затонных частях;
- русловые, в основном русле или несудоходных рукавах.
Разработка НСМ осуществляется на свободных реках, озерах, водохранилищах, в верхних бьефах гидроузлов, зонах переменного подпора уровней. В зависимости от места добычи, влияние на уровенный режим различно. Пойменные карьеры, в результате наименьшего взаимодействия с потоком, влияния практически не оказывают.
Прибрежные карьеры, в большинстве случаев, оказывают незначительное влияние на гидрологический и русловой режимы рек. Влияние обусловлено соотношением плановых и объемных размеров карьеров, с размерами разрабатываемых побочней.
Русловые карьеры могут в значительной степени влиять на изменение параметров водоема: гидрологический и русловой режимы, уровни грунтовых вод на поймах, уровни свободной поверхности воды, распределение расходов воды и скоростей течений по ширине русла, и т.д.
Во избежании негативного воздействия на судоходные параметры рек, располагать русловые карьеры предпочтительней в несудоходных рукавах. В судоходном русле степень влияния работ по добыче НСМ зависит от места расположения карьера (перекат, плесовая лощина) и от его размеров в сопоставлении с размерами реки. Оптимальным в судоходном русле является вариант с расположением карьера в плесовой лощине, с возможным наименьшим объемом извлечения НСМ. <
В границах перекатного участка не рекомендуется располагать карьеры, т.к. перекат является естественной преградой, создающей подпор в реке. Расположение карьера с большим объемом извлечения материала, на перекатном участке, оказывает отрицательное влияние на параметры русла, особенно на уровень свободной поверхности реки, наблюдаемый в меженный период. В этом случае происходит понижение отметок уровней (посадка), что способствует понижению грунтовых вод в пойме, а также ухудшает хозяйственные и судоходные условия использования реки.
С конца 90-х гг. актуальность проблемы посадки уровней свободной поверхности воды постоянно растет, что вызвано негативными последствиями на судоходные условия выемки грунта из русел рек (добыча нерудных строительных материалов и дноуглубление). Это ярко выражено на примерах р. Волги (Городец-Н.Новгород), р. Лены (Усть-Кут-Киренск), р. Белой (Уфа-Груздьевка), где суда большой грузоподъемности тратят много времени на прохождение лимитирующих участков.
Во избежании подобных явлений, необходима качественная оценка последствий выемки грунта из русел рек, уделяя при этом особое внимание русловым карьерам и судоходным прорезям.
В настоящее время в связи с развитием деятельности путейских организаций по добыче и реализации фунтов попутно при дноуглублении, необходимо выполнить в каждом конкретном случае оценку посадки уровней воды. Попутная добыча осуществляется путем выемки фунта со дна водоема и пофузки в фузовые суда (шаланды, баржи) для дальнейшей поставки потребителю, в то время как при дноуглубительных работах разрабатываемый на прорези фунт укладывается в отвал в фаницах прорези.
Разработка судоходной прорези с последующей транспортировкой фунта, ведет к увеличению живого сечения русла, и как результат к понижению отметок свободной поверхности реки. .
Отвал фунта компенсирует разработанную площадь живого сечения прорези, тем саглым, уменьшает посадку уровня воды.
Данная проблематика в значительной мере обоснована учеными, но в связи с попутной добычей фунтов необходим качественно новый подход к проблеме посадки уровня воды в реке. Главной задачей является обоснование допустимых объемов выемки фунта при разработке судоходной прорези с минимизацией величины посадки уровня на перекате. Путем определения оптимальных габаритов прорези необходимо определить максимально возможный объем выемки фунта из судоходной прорези, предназначенный для поставки потребителю.
Данные исследования можно выполнить, базируясь на методике ЛИИВТа (Санкт-Петербургского университета водных коммуникаций), разработанной под руководством К.В. Гришанина, которая базируется на дифференциальных уравнениях движения:
где г - отметка кривой свободной поверхности, м; 1 — продольная координата, м; и - предельная скорость течения, м/с;
Ь - средняя глубина потока,м;
§ - ускорение силы тяжести, м/см2; с - коэффициен Шези;
^ - коэффициент местных сопротивлений, а также неразрывности водного потока:
0)
0 = В * и * іі
(2)
где О - расход воды, м3/с;
В - ширина реки по зеркалу,м.
Это позволяет определить положение кривой свободной поверхности реки в естественном и проектном (с учетом разработки прорези) состояниях русла.
Коэффициент Шези определяется по зависимости Манинга:
где: п - коэффициент шероховатости русла;
К - гидравлический радиус, м.
Автором данной работы расчет оптимальных объемов выемки разрабатываемого грунта, с учетом уровенного режима предлагается производить по методике описанной ниже.
Для выполнения расчетов влияния разработки судоходной прорези на русловой режим, рассматриваемый участок реки осредняется по ряду типичных перекатных участков. Затем поперечными створами он разбивается на расчетные участки, по длине не превышающие 2-3 ширины реки.
Решение системы уравнений движения и неразрывности потока воды производится методом конечных разностей и имеет вид:
где 3+1 - отметка уровня воды в расчетном створе, м;
3 - отметка уровня воды в 1-том створе, м;
Д1; - расстояние между смежными створами, м.
Расчет производится методом конечных элементов. Итерационный процесс вычисления положения кривой свободной поверхности осуществляется до выполнения условия заданной точности расчета в каждом сечении:
где] - порядковый номер итерации;
г, - расчетная отметка уровня воды в 1-том сечении;
€ - заданная константа точности расчета.
Схема к расчету отметок свободной поверхности воды на расчетном участке представлена на рис. 1.
Посадка уровня воды в расчетном створе при дноуглубительных работах (устройстве прорези) рассчитывается по формуле:
где ^пр - отметка проектного уровня воды в расчетном створе (задается в исходных данных), м;
■цр - отметка расчетного уровня воды в расчетном створе, м.
Исходными данными для расчета посадки уровней воды, являются:
— план рассчитываемого участка русла реки в изобатах, с нанесенными на него расчетными створами;
- меженный расход воды в реке, на рассматриваемом расчетном участке;
С = (1/п) * Я1/б
(3)
(4)
2? (г,**,)1 (вм
1
1
тах(г/+| - г/) <е
(5)
(6)
- отметки проектного уровня в створах рассматриваемого участка;
- коэффициент шероховатости русла, установленный для бытовых условий, т.е. без устройства прорези;
- параметры разрабатываемой землечерпательной прорези на расчетном участке реки.
Целью производимых автором расчетов, являлось определение характера изменения посадки уровня свободной поверхности реки при изменении параметров землечерпательной прорези, выраженных через объем разрабатываемого фунта. В постоянных условиях на исследуемой модели производились два типа расчетов, которые заключались в вариации с глубиной и шириной прорези. Изменение ширины прорези осуществлялось в пределах от 20 до 120метров с шагом 20 метров; глубина разрабатываемой прорези в пределах от 0,5 до 3,0 метров от уровня бытового состояния дна, с шагом в 0,5 метров.
1+1
Рис. 1. Схема расчета отметок кривой свободной поверхности воды 1+1,1- номера расчетных створов; Дг- перепад уровней воды между смежными створами, м; гн-ьй - расчетные уровни воды в расчетных створах; ии. и; - средние скорости течения;
Нщ, - средние глубины потока; Д1, - расстояние между смежными створами.
Результаты проводимых расчетов показали, что основное влияние на изменение уровня свободной поверхности оказывает объем разработанного фунта, т.е. увеличение живого сечения разрабатываемой прорези вне зависимости от того какой параметр изменяется (ширина или глубина).
Связь посадки уровня воды с объемом разрабатываемого фунта судоходной прорези представлена на рис. 2.
Рис. 2. Связь объема выемки грунта с посадаой уроемяаоды — Ширина судоходной прорези: —♦—20м —в—40м А - 60м
Диаграмма представленная на рис. 2 отражает влияние объема выемки грунта на посадку уровня воды, в отдельном варианте с определенными габаритами русла рассматриваемого перекатного участка реки. Как видно из рисунка, построенные кривые пересекаются, но при осреднении стремятся к одной кривой с незначительными расхождениями. Кривые связи, построенные с измененными габаритами русла реки имеют подобную тенденцию описания процесса посадки уровня (рис. 3). Это свидетельствует о том, что дноуглубительную прорезь возможно проектировать с размерами, учитывающими как габариты судоходного пуги, так и оптимальными для попутной добычи грунта, с учетом эксплуатационных характеристик и габаритов используемых землечерпательных и грузовых судов.
г,с
Рис. 3. Связь посадки уровня воды с относительными размерами живого сечения русла
Обозначение: Эпр - относительная ширина разрабатываемой судоходной прорези
В данной работе также производилась оценка воздействия отвала грунта, расположенного в границах прорези, на уровенный режим реки в границах рассматриваемого участка. Анализ расчетов показал, что в условиях неразмываемости русла, объем выемки разработанного в прорези грунта складированного в границах прорези в полном объеме, позволяет частично компенсировать посадку уровня воды.
Определение посадки уровня воды, объема разрабатываемого фунта на перекате, оптимальных параметров разрабатываемой прорези, является в настоящее время актуальной проблемой ввиду развития путейскими организациями деятельности по поставке фунтов, разрабатываемых попутно при дноуглубительных работах и ухудшении судоходных условий на участках магистральных рек (лимитирование по глубине).
INVESTIGATION OF THE ESTIMATION OF PARAMETERS NAVIGABLE CUT ON LEVEL MODE RIFT OF THE SITE
S. G. Zarudniy
The question of an arrangement developed cut in borders of a river stream, their influence on navigable parameters of the rivers is investigated. The technique and results of calculations of influence of parameters navigable cut on level a mode rift a site are submitted.
УДК 626.421.4
И. В. Липатов, к. т. н„ доцент, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, l_Lipatov@mail.ru.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ СТОЯНОК ДЛЯ СУДОВ ОЖИДАЮЩИХ ШЛЮЗОВАНИЯ СО СТОРОНЫ ВЕРХНЕГО ПОДХОДНОГО КАНАЛА (НА ПРИМЕРЕ ШЛЮЗОВ ВДСК)
В статье рассматривается вопрос о организации дифференцированных стоянок судов. Даны результаты моделирования поведения свободной поверхности. Проанализированы гидродинамические силы действующие на судно в подходном канале. Обоснована возможность размещения судна типа Волго-Дон ближе к воротам шлюза.
На сегодняшний день водный транспорт стал неотемлимой частью экономики любого развитого индустриального государства. Его привлекательной стороной является низкая себестоимость перевозок и высокая экологичность процесса. Значение последнего обстоятельства становится все более весомым, в связи с ростом уровня техногенной нафузки на окружающую среду и водные объекты в частности.
Традиционно, человечество при освоении окружающей среды стремиться к ее комплексному использованию. В частности используя реки как источник питьевой воды, человечество стало постепенно приспосабливать их под нужды судоходства, получения гидроэлектроэнергии и т.д. Естественно для реализации этих намерений, возводятся специальные гидротехнические сооружения с помощью которых все выше названное претворялось в жизнь.
Таким образом, в процессе промышленного развития, гидроэнергетические комплексы стали неотемлимой частью всех крупных рек. А такая его компонента как шлюз, обязательной составляющей каждого гидроузла. Способствуя дальнейшему развитию водных путей, шлюзы стали одним из факторов, существенно сдерживающих интенсификацию судопотоков на внутренних водных путях. Практически с момента начала комплексного освоения водных путей многие ученые работали над вопросом сокращения продолжительности периода шлюзования. Но несмотря на это, вопрос о поиске и включении в транспортный процесс резервов ускорения прохождения судов через шлюзованный участок и по сей день актуален.
