CC BY
2ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ (TECHNICAL SCIENCES) УДК 626.845.437
Мотько Е.В.
студентка факультета гидромелиорации Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина
(г. Краснодар, Россия)
Научный руководитель: Бандурин М.А.
Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина
(г. Краснодар, Россия)
К ВОПРОСУ РАЗРАБОТКИ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ
Аннотация: экспериментальные исследования на действующих сооружениях в полевых условиях позволяет выявить фактическую картину условий формирования местных размывов. Это разрешит выяснить необходимость внесения поправок и улучшений в типовые проекты, разработанные проектными институтами. Работы на натурных объектах дает возможность определить характер распределения скоростей на рисберме в воронке размыва и за ее пределами, что позволит более плотно оценить факторы, способствующие развитию местных размывов.
Ключевые слова: канал, размыв, сопряжение, сооружения, русло, водобойная часть.
Экспериментальные исследования на действующих сооружениях в полевых условиях позволяет выявить фактическую картину условий формирования местных размывов. Это разрешит выяснить необходимость внесения поправок и улучшений в типовые проекты, разработанные проектными институтами. Работы на натурных объектах дает возможность определить характер распределения скоростей на рисберме в воронке размыва и за ее
пределами, что позволит более плотно оценить факторы, способствующие развитию местных размывов. Полученные сведения дадут возможность разработать более совершенную зависимость по прогнозированию параметров воронки размыва за исследованными сооружениями [1].
Цель работы - получить рекомендации по улучшению качества работы водопропускных сооружений, увеличению срока их службы при эксплуатации, -уменьшению затрат на строительство сооружения, текущие и капитальные ремонты, а также расходы на его обслуживание.
С учетом запросов эксплуатационных водохозяйственных организаций намечены следующие задачи исследований:
1. Изучение технической документации с целью выработки рекомендаций по снижению затрат на строительство, эксплуатацию и ремонт сооружений.
2. Исследование явлений, которые плохо поддаются теоретическому расчету (сбойность потока, местные размывы и другие).
3. Изыскание путей устранения неблагоприятных факторов и явлений.
4. Изучение гашения избыточной кинетической энергии потока в нижнем бьефе (гасителей, крепления русла, распределения скоростей на водобое и за рисбермой).
Горько-Балковский сброс расположен на 112 км Терско-Кумского канала вблизи поселка Каратюба Левокумского района Ставропольского края и представляет собой быстроток прямоугольного поперечного сечения шириной 6 м. Общая длина водоската быстротока до водобойной части 314 м. На протяжении 237 м ширина лотка постоянна - 6 м. На следующем участке (длиной 77 м), эта ширина изменяется от 6 до 13 м. Длина водобойной части 22 м. Ширина ее в конце 29 м. В водобойной части устроен гаситель кинематической энергии типа зубчатый порог [2].
Отводящее русло канала за водобойной частью закреплено железобетонными плитами на длине более 200 м. За креплением наблюдается значительный размыв земляного русла. Русло за счет размыва увеличилось в
ширину на 7.. .10 м [3]. Левый откос обрушился на расстоянии более 500 м. Поперечное сечение отводящего русла деформировано таким образом, что правая половина имеет глубину не более 2 м, в то время как у левого берега глубина воды резко возрастает до 3-4 м. На динамику поперечного сечения оказывает влияние поворот канала в плане с радиусом закругления около 650 м. В связи с этим происходит отложение наносов у правого берега и подмыв левого берега, который прогрессирует [4].
Криволинейное сопряжение оси быстротока Горько-Балковского сброса с осью отводящего канала оказывает существенное влияние на кинематику потока в нижнем бьефе сооружения. При подходе к водобойной части поток имеет явно выраженный бурный характер течения. Такое состояние потока явно сказывается на распределение скоростей в водобойной части сооружения. Всплески (высота волн) в отдельных случаях достигает 3-5 м, т. е. поток всплескивается за боковые стенки на тротуар и близлежащую территорию полосы отчуждения [5].
Описание кинематики потока по эпюрам скоростей. Створ №1, на первый, от левого берега, вертикали распределение по глубине потока осредненных в точках скоростей напоминает по очертанию параболу. Наибольшие скорости зафиксированы не у поверхности, а на глубине 0,2 м. Здесь скорость оказалась равной У=1,1 м/с. В следующей точке замера 0,6 ^она почти не изменилась и осталась равной У=1,08 м/с. И только с глубины 0,6 h резко пошла на убыль, снизившись у дна до величины 0,8 м/с. В поверхностных слоях потока на второй вертикали скорость равна 0,68 м/с. Затем на глубине 0,2 h она резко возросла до 0,76 м/с и сохранила свое значение в следующей точке замера, где она остается равной 0,93 м/с. По глубине третьей вертикали скорости распределяются иначе, чем в первых двух. Наибольшие, по величине, скорости наблюдаются у поверхности У пов.=0,87 м/с. Далее по глубине 0,8 h величины У=0,67 м/с. На небольшом отрезке глубины между 0,8 h и дном величина скорости снизилась более чем в 2 раза и стала равной 0,31 м/с. Характер
изменения скоростей по четвертой вертикали по сравнению с предыдущей, не нарушился. Если не считать резкого уменьшения скорости с 0,82 м/с до 0,71 м/с с изменением глубины всего лишь на 0,2 к Между глубинами 0,2 h и 0,8 h скорость меняется монотонно от 0,71 м/с до 0,60 м/с. И лишь между 0,8 м/с и дном канала скорость падает почти в 2 раза с У=0,60 м/с до У=0,35 м/с. На пятой вертикали происходит весьма плавное снижение значений скоростей от поверхности до дна. Что касается шестой вертикали, то распределение скоростей одинаково с таковым в первых двух вертикалях. В поверхностных слоях потока скорость равна 0,65 м/с. Затем на 0,2 h она возрастает до 0,73 м/с. Далее наступает постепенное снижение осредненной скорости [6].
Створ .№2, на первой вертикали скорость у поверхности потока равна 0,99 м/с. Затем она быстро снижается по глубине потока. И уже в 0,8 h У=0,63 м/с, а у дна скорость почти в два раза меньше Уд=0,34 м/с. Несколько иное определение скоростей по глубине вертикали второй. Здесь происходит резкое уменьшение скоростей от поверхности до 0,6 h с 0,84 м/с до 0,63 м/с. Затем до 0,8 h теряется всего лишь 0,03 м/с скорости. И далее с 0,8 до дна скорость падает с У=0,6 до 0,10 м/с, т. е. ровно в шесть раз. По третьей вертикали скорости от поверхности до глубины 0,6 h не меняются и равны 0,78 м/с. На глубине 0,6 h -0,8 h скорость убывает до 0,59 м/с, а у дна канала она оказывается равной 0,10 м/с, т. е. уменьшается в шесть раз. На четвертой вертикали скорость от поверхности ко дну канала снижается постепенно от 0,78 м/с у поверхности до 0,64 м/с на глубине 0,8к И лишь на участке 0^ - скорость падает до 0,39 м/с. Что касается пятой вертикали, то здесь так же, как и в первой и во второй скорость у поверхности меньше 0,65 м/с нежели на глубине 0,2 h и 0,73 м/с. Скорость постепенно убывает, по параболическому закону [7].
Створ №3. Первая вертикаль. У поверхности и на глубине 0,2 h скорость одинакова и равна 0,88 м/с. На глубине 0,6 h скорость становится У=0,68 м/с, так в точке 0,8 ^ У=0,60 м/с. На участке глубин 0,8 h - дно скорость резко падает от 0,60 до 0,24 м/с, т. е. более чем в 2 раза. На второй вертикали распределение
скоростей по глубине несколько иное. От поверхности до глубины 0,8 h скорость убывает постепенно от 0,91 м/с до 0,78 м/с. Потом происходит резкое падение скорости от 0,78 м/с до 0,40 м/с у дна. Что касается третьей вертикали, здесь на отрезке глубин от поверхности до 0,6 h скорость, не остается постоянной У=0,85-0,83 м/с. Затем скорости начинают постепенно убывать и у дна снижаются до 0,50 м/с. Четвертая вертикаль характеризуется резким падением скоростей у поверхности с 0,89 м/с до 0,78 м/с. Снижение скоростей происходит монотонно до глубины 0^ и лишь на отрезке глубины 0,8 ^ дно скорость резко падает с 0,60 м/с до 0,26 м/с. На пятой вертикали скорости от поверхности до глубины 0^ изменяются по закону треугольника. Таким представляется распределение, по крайней мере, визуально. На глубине 0^ скорость равна 0,78 м/с, а у дна 0,42 м/с.
Створ №4. Для оценки общей кинематической ситуации в этом створе надо сказать, что скорости снижаются в направлении от левого к правому берегу и изменяются от 0,98 м/с до 0,51 м/с. Охарактеризуем эпюру на каждой из 7 вертикалей. Первая вертикаль. Скорость у поверхности равна 0,93 м/с. На глубине 0,2 h она снизилась до 0,86 м/с и до глубины 0^ ее значение не меняется. На участке глубины от 0,6 h до дна скорость убывает до 0,52 м/с. Вторая вертикаль. На отрезке глубины поверхность - 0,2 ^ скорость постоянная и равна 0,98 м/с. Ее значение снижается до 0,75 м/с и до глубины 0,8 h скорость не меняется, и падает у дна. На третьей вертикали очертание эпюры скоростей подобно параболическому. Изменение скоростей, их снижение по глубине происходит медленно с 0,84 м/с до 0,71 м/с. Скорость изменяется с возрастанием глубины от поверхности до точки замера 0,8 ^ 0,71 м/с. У дна ее значение резко падает до 0,34 м/с. Четвертая вертикаль. Здесь у поверхности потока и на глубине 0,2 h скорости почти одинаковы и достигают 0,86-0,84 м/с. Пятая вертикаль. Благодаря небольшой глубине воды скорости зафиксированы в четырех точках. Скорость по величине меняется от 0,86 м/с у поверхности потока до 0,57 м/с у дна канала. На шестой вертикали скорости замерены в трех точках, и они
меняются от 0,52 м/с до 0,14 м/с у дна. На седьмой вертикали скорости из -за малости глубин измерены лишь в трех точках и значения колеблются от 0,51 м/с - 0,14 м/с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Бандурин, М. А. Особенности технической диагностики длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений / М. А. Бандурин // Инженерный вестник Дона. - 2012. - № 2(20). - С. 693-696.
2. Risk Assessment of Land Reclamation Investment Projects / I. F. Yurchenko, M. A. Bandurin, V. V. Vanzha [et al.] // International Conference Communicative Strategies of Information Society (CSIS 2018) : Proceedings of the International Conference Communicative Strategies of Information Society (CSIS 2018), Saint-Petersburg, 26-27 октября 2018 года. Vol. 273. - Saint-Petersburg: Atlantis Press, 2019. - P. 216-221.
3. Бандурин, М. А. Мониторинг и расчёт остаточного ресурса аварийных мостовых переездов через водопроводящие сооружения / М. А. Бандурин // Инженерный вестник Дона. - 2012. - № 4-1(22). - С. 37.
4. Finite-element simulation of possible natural disasters on landfall dams with changes in climate and seismic conditions taken into account / M. A. Bandurin, V. A. Volosukhin, A. V. Mikheev [et al.] // Journal of Physics: Conference Series, Tomsk, 17-20 января 2018 года. - Tomsk, 2018. - P. 032011. - DOI 10.1088/17426596/1015/3/032011.
5. Волосухин, В. А. Особенности применения моделирования аварийных мостовых переездов через водопроводящие каналы при проведении эксплуатационного мониторинга / В. А. Волосухин, М. А. Бандурин // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. -2012. - № 5(168). - С. 80-83.
6. Бандурин, М. А. Совершенствование методов продления жизненного цикла технического состояния длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений / М. А. Бандурин // Инженерный вестник Дона. - 2013. - № 1(24). -С. 28.
7. Бандурин, М. А. Численное моделирование объемного противофильтрационного геотекстильного покрытия с изменяемой высотой ребра / М. А. Бандурин, В. А. Бандурин // Инженерный вестник Дона. - 2013. -№ 4(27). - С. 46.
Motko E.V.
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin
(Krasnodar, Russia)
Scientific advisor: Bandurin M.A.
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin
(Krasnodar, Russia)
THE ISSUE OF DEVELOPING SAFETY MEASURES
FOR OPERATION OF A SPILLWAY STRUCTURE
Abstract: experimental studies on existing structures in the field allows us to reveal the actual picture of the conditions for the formation of local washouts. This will make it possible to find out the needfor amendments and improvements to standard projects developed by design institutes. Work on full-scale objects makes it possible to determine the nature of the velocity distribution on the apron in the washout funnel and beyond, which will allow for a more dense assessment of the factors contributing to the development of local washouts.
Keywords: channel, washout, interface, structures, channel, waterhole.
