CC BY
12Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4(28), 2017 г., [242-262] УДК 626.824:627.152 Г. С. Аджыгулова
Кыргызско-Российский Славянский университет, Бишкек, Кыргызская Республика
О. В. Атаманова
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А., Саратов, Российская Федерация
НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ НА ИССЫК-АТИНСКОМ ПОДПИТЫВАЮЩЕМ КАНАЛЕ В КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ
Целью исследований являлась проверка работоспособности водораспределительного сооружения на Иссык-Атинском подпитывающем канале (ИПК) в Чуйской области Кыргызстана, а также уточнение гидравлических характеристик вододелителя в натурных условиях. Для достижения поставленной цели проведены натурные исследования сооружения. При этом реализованы экспериментальные методы гидравлических исследований на натурном объекте с последующей обработкой результатов эксперимента методами математической статистики. Получены зависимости относительного действующего напора от коэффициента водоотбора водораспределительного сооружения, показавшие отклонения натурных значений действующего напора от модельных, не превышающие 6,5 %. Установленные в процессе исследований коэффициенты расхода изменялись от 0,24 до 0,41 при разных значениях параметра Фруда и открытых боковых затворах, причем с увеличением параметра Фруда коэффициент расхода уменьшается. Установлено, что при относительных расходах воды в канале старшего порядка более 0,35 и открытии боковых затворов, меньшем 0,24 или равном этому значению, вододелитель может использоваться в качестве стабилизатора расхода воды отвода. Исследования глубин потока в ИПК в зоне влияния водораспределительного сооружения показали достаточно симметричную картину свободной поверхности воды относительно продольной оси канала. Измеренные скорости течения в ИПК подтвердили достаточную равномерность распределения скоростной структуры потока за сооружением. Замеры скоростей в канале Ивановском на выходе из водораспределительного сооружения показали симметричную (с отклонением ± (3-6) %) в плане картину истечения относительно оси канала. Перед поворотом канала Ивановского скорости потока вблизи правого борта канала уменьшались при относительных расходах отвода более 0,35-0,38, что объясняется изменением структуры потока вблизи поворота. Измерение скоростей потока за поворотом показало наличие косой волны возмущения, что может быть устранено реконструкцией поворотного сооружения.
Ключевые слова: водораспределительное сооружение, канал, быстроток, бурное течение, вододелитель, натурные исследования, пропускная и стабилизирующая способность, скоростная структура потока.
G. S. Adzhygulova
Kyrgyz-Russian Slavic University, Bishkek, Kyrgyz Republic O. V. Atamanova
Saratov State Technical University named after Yu. A. Gagarin, Saratov, Russian Federation
FIELD IMVESTIGATION OF WATER DISTRIBUTION STRUCTURE ON THE ISSYK-ATINSKY FEEDING CANAL IN THE KYRGYZ REPUBLIC
The purpose of research was to test the efficiency of water distribution facility at the Issyk-Ata Feeding Canal (IFC) in Chui region of Kyrgyzstan as well as to refine the hydraulic characteristics of division gate under full-scale conditions. To achieve this goal, natural studies of the structure were carried out. At the same time, experimental methods of hydraulic research on a natural object with further interpretation with mathematical statistics were implemented. The dependences of relative available pressure head on the water-withdrawal coefficient of the water distribution structure, which showed deviations of the actual values of the effective head from the model ones, not exceeding 6.5 % were obtained. The discharge coefficients determined during the research varied from 0.24 to 0.41 for different values of the Froude parameter and open side gates, and with an increase in Froude parameter the discharge coefficient decreases. It has been found that with a relative discharge water in the canal of the highest order more than 0.35 and the opening of side closures less than 0.24 or equal to this value, the division gate can be used as a stabilizer of discharge water flow. Investigations of the flow depths in the IFC in the influence zone of the water distribution structure showed a fairly symmetrical picture of the free water surface as regard to the longitudinal axis of the canal. The measured flow velocities in the IFC confirmed the sufficient uniformity in distribution of flow velocity structure behind the facilities. Velocity measurements in the Ivanovskoy canal at the water distribution structure outlet showed a symmetric (with a deviation of ± (3-6) %) in terms of the flow pattern relative to the channel axis. Before the turn of the Ivanovskiy Canal, the flow velocities near the canal starboard decreased at a relative discharge rate more than 0.35-0.38, which is explained by a change in the flow structure near the turn. Measurement of the flow rates behind the turn showed the presence of an oblique wave of disturbance, which can be eliminated by swievel facility reconstruction.
Key words: water distribution structure, canal, chute, turbulent flow, diversion gate, field studies, discharge and stabilizing capacity, velocity flow structure.
Введение. Кыргызстан является аграрной страной, расположенной в аридной зоне. Большую часть продукции растениеводства в Кыргызской Республике получают с орошаемых земель горных и предгорных территорий, где преобладающими на оросительных системах являются открытые каналы и поверхностные способы орошения. Разветвленная сеть ирригационных каналов Кыргызстана включает большое число каналов-быстротоков, уклоны дна которых больше критических. Наличие высокоскоростных бурных течений в таких каналах делает предпочтительным использование сооружений водораспределения траншейного типа, функционирующих на принципе разделения потока по вертикали. Существующие конструкции такого типа водораспределительных сооружений десятки лет эксплуатируются на каналах-быстротоках Кыргызстана [1, 2]. При этом многолетний опыт использования траншейных водораспределительных сооружений позволил выявить недостатки существующих конструкций.
К основным недостаткам более ранних конструкций вододелителей для каналов с бурным течением следует отнести значительную материалоемкость сооружений, ограничение области применения по расходам и скоростям потоков, наличие возмущений в потоке с образованием выплесков воды за пределы канала-быстротока и подмывом сооружений и др. [3].
С целью улучшения управления вододелением на быстротечных каналах со сверхбурным и бурным режимами течения была предложена конструкция вододелителя1, показанная на рисунке 1.
1 - подводящий канал; 2 - транзитный канал; 3 - донная траншея; 4 - разделительные перегородки; 5 - отводящий канал; 6 - камеры; 7 - горизонтальные козырьки; 8 - Г-образные козырьки; 9 - плоские затворы; 10 - шарниры; 11 - решетка
Рисунок 1 - Схема вододелителя для каналов со сверхбурным течением (ВКСТ)
1 Пат. 1043 Кыргызская Республика, МКИ Е 02 В 13/00. Вододелитель для каналов со сверхбурным течением / Лавров Н. П., Атаманова О. В., Бейшекеев К. К., Аджыгулова Г. С.; заявитель и патентообладатель Кыргыз.-Рос. Славян. ун-т. -№ 20060119.1; заявл. 30.11.06; опубл. 31.05.08, Бюл. № 5. - 6 с.: ил.
Проведенные лабораторные исследования [4] вододелителя для каналов со сверхбурным течением (ВКСТ) доказали работоспособность вододелителя не только на высокоскоростных нестационарных потоках, но и на бурных течениях. При этом при бурных безволновых потоках в канале конструкция этого вододелителя вполне работоспособна при наличии только двух камер в донной траншее. Результаты модельных исследований ВКСТ позволили разработать методику гидравлического расчета вододе-лителя, запроектировать и построить его в 2011 г. на Иссык-Атинском подпитывающем канале-быстротоке [5].
Водораспределительное сооружение с размещенным на нем ВКСТ располагается на ПК 36 + 82 Иссык-Атинского подпитывающего канала (ИПК) в Иссык-Атинском районе Чуйской области Кыргызстана в 30 км от районного центра г. Кант.
ИПК берет свое начало из бассейна декадного регулирования, расположенного на р. Иссык-Ата. Направление воды в канале-быстротоке на объекте внедрения северо-западное. ИПК имеет прямоугольное сечение и выполнен в железобетонной облицовке. Максимальный расход воды в нем составляет Q = 25,0 м3/с, средний уклон дна канала г = 0,025, скорости течения и = 3,8...7,1 м/с. Основные параметры ВКСТ на ИПК таковы:
размеры отверстия в дне канала 3,37 х 1,20 х 3,65 м, донная траншея включает две камеры, длина решетки 1К = 3,65 м, ширина Г-образного козырька Ьш = 0,17 м, длина отсекающего козырька ак = 0,25 м. Водораспределительное сооружение подает воду из ИПК в канал Ивановский для орошения земель АВП «Эпкин-Суу». Максимальный расход, подаваемый в канал Ивановский, Qтв = 2,5 м3/с. Поскольку створ водораспределительного сооружения расположен достаточно близко (ПК 36 + 82) к голове канала, катящиеся волны в канале на месте данного створа не образуются. Это позволило ограничиться устройством только двух камер в составе донной траншеи (рисунок 2).
Рисунок 2 - Водораспределительное сооружение на ИПК в канал Ивановский (отвод правый): а - в канале старшего порядка нет воды; б - при пропуске по ИПК расхода Q = 10,1 м3/с (автор фото Г. С. Аджыгулова)
Материалы и методы. В 2016-2017 гг. коллективом кафедры гидротехнического строительства и водных ресурсов Кыргызско-Российского Славянского университета (КРСУ) (г. Бишкек) были проведены натурные исследования указанного водораспределительного сооружения. Основной задачей исследований являлась проверка работоспособности вододелителя в натурных условиях и установление его гидравлических характеристик. Другой важной частью натурных исследований являлось изучение кинематики потока на вододелителе и в головной части отводящего канала Ивановского, а также расходных характеристик сооружения. В состав натурных исследований входило следующее:
- установление глубин и изменения положения свободной поверхности воды на водораспределительном сооружении при различных расходах воды и значениях коэффициента водоотбора;
- исследование пропускной способности вододелителя, заключающееся в определении по результатам эксперимента коэффициента расхода;
- определение скоростей потока в ИПК и в голове отводящего канала Ивановского.
Основные особенности методики натурных исследований состояли в следующем:
- ИПК имеет прямоугольный профиль и ширину 3,75 м. Глубины воды в досягаемых для замеров створах канала замерялись оттарированной гидрометрической штангой. Глубины воды вдоль оси канала и на двух соседних вертикалях замерялись геодезическим отвесом, который был подвешен и закреплен на леске на 4-метровом деревянном брусе, переброшенном через канал. Измерения скоростей течения и глубин воды на сооружении выполнялись при нескольких значениях расходов воды в ИПК. Скорости течения в ИПК определялись методом поплавков, а на расстоянии, досягаемом для замеров от бортов канала, скорости дополнительно замерялись гидрометрической вертушкой ГР-99. Результаты замеров записывались в журнал. Плановое расположение точек замеров глубин воды и скоростей потока наносилось на схему сооружения, выполненную в масштабе 1:50;
- изучение колебаний уровней воды в ИПК непосредственно за сооружением выполнялось при помощи гидрометрической штанги. Важно было проверить возможность возникновения волнообразования в канале старшего порядка за сооружением. Скорости течения в отводящей части ИПК также замерялись при разных значениях коэффициента водозабора;
- измерение глубин в головной части канала Ивановского выполнялось при помощи гидрометрической штанги в четырех поперечных створах, расположенных на выходе в канал Ивановский, на водомерном посту и непосредственно за ним. Скорости течения измерялись в нескольких точках на каждой мерной вертикали.
Отводящий расход воды замерялся на реечном водомерном посту в голове канала Ивановского.
Полученные замеры параметров потока на вододелителе были обработаны следующим образом. По результатам замеров глубин воды в ИПК рассчитывались значения относительного действующего напора тв. Полученные значения придонных и поверхностных скоростей течения по вертикалям дали возможность установить неравномерность распределения местных скоростей в ИПК в зоне влияния сооружения и в головной части отводящего канала Ивановского.
Исследования гидравлических характеристик потока в ИПК в зоне влияния сооружения проводились при расходах воды в старшем канале ( = 6,0; 7,3; 10,1 м3/с. Значения отводимых расходов воды принимались
от (отв = 0,12 м3/с до (отв = 1,82 м3/с в зависимости от величины открытия
затворов, назначаемой а = (0,15; 0,24; 0,43; 0,74) атах. На максимальную
расчетную величину атах затворы открыть не представилось возможным
ввиду необходимости соблюдения требований службы эксплуатации оросительной системы. Расположение поперечных створов на сооружении, в которых проводились замеры глубин и скоростей потоков, показано на рисунке 3.
Исследование пропускной способности сооружения заключалось в установлении по результатам натурного эксперимента коэффициента расхода вододелителя. Для расчета коэффициента расхода ц использовалась формула:
2
ц
где р - доля площади просветов в решетке по отношению к общей площади ^бщ решетчатой плиты, р = ^отв / ^общ; /и - длина решетки, м; Ь - ширина ИПК, м; Нср - средний напор над решеткой, м:
Нср = (Нн + Нк )/2,
где Нн - средний напор в поперечном створе 2, м; Нк - средний напор в створе 4, м.
Рисунок 3 - Схема размещения створов для проведения замеров гидравлических параметров на ИПК в канале Ивановском
Напоры Нн и Нк замерялись в ИПК на сооружении в нескольких точках указанных створов в начале и конце донной траншеи.
В процессе исследований пропускной и стабилизирующей способностей сооружения открытие затворов на выходе из ИПК в канал Ивановский изменялось от а = 0,1 м до а = 0,5 м. Это дало возможность обеспечить изменение отводимых расходов воды от (отв = 0,12 м3/с до (отв = 1,82 м3/с.
Для оценки стабилизирующей способности вододелителя в натурных условиях необходимо было установить, на сколько изменяется величина относительного отводимого расхода (отв / (твтах при изменении относительного расхода (/ (тах воды в ИПК.
Для проведения исследований кинематических характеристик потока в ИПК в зоне влияния вододелителя и в головной части канала Ивановского в каждом из обозначенных (рисунок 3) створов было выбрано по пять вертикалей, на которых и замерялись глубины и скорости потока. Скорости потока воды в створах 7-10 (рисунок 3) в канале Ивановском измерялись при помощи гидрометрической вертушки ГР-99. Результаты замеров этих характеристик течения позволили сформировать картину кинематики потока на водораспределительном сооружении.
Результаты и обсуждение. В результате исследований была установлена связь между относительным действующим напором тв = Нк / Нн и
коэффициентом водоотбора ав = (отв/ (. Результаты замеров и расчетов
действующего напора приведены в таблице 1 .
Уточненная в натурных условиях на конкретном объекте зависимость для определения относительного напора тв = I(а) имеет следующий вид:
т = 0,418а2 -1,339ав + 0,994.
Отклонения А тв натурных значений тв от ранее полученных
К. К. Бейшекеевым [4] в результате модельных исследований не превышали 6,5 %.
Таблица 1 - Результаты натурного эксперимента по изменению относительного напора тв над решеткой ВКСТ
а в = ботв / 0 0,02 0,036 0,08 0,18
0 = 6,0 м3/с, 0 / 0тах = = 0,24
тв 0,92 0,93 0,89 0,77
0 = 7,3 м3/с, 0 / 0тах = = 0,29
тв 1,00 0,95 0,94 0,74
0 = 10,1 м3/с, 0 / 0тах = 0,40
тв 0,97 0,97 0,86 0,82
* т* 1,03 1,00 0,94 0,81
Д тв, % 6,5 5,3 4,8 4,3
* т* - значения действующего напора, которые рассчитаны по зависимости,
полученной ранее по результатам модельных исследований; Д тв - отклонения сред-
них значений действующего напора от рассчитанных по модельным зависимостям.
Установленные в процессе исследований коэффициенты расхода ц изменялись от 0,24 до 0,41 при разных значениях параметра Фруда и открытиях боковых затворов. Параметр Фруда Frcp = аи2 / gh рассчитывался для среднего сечения решетки (- глубина, м; и - средняя скорость
потока над решеткой вододелителя, м/с). Наименьшие по абсолютной величине значения коэффициентов расхода составляли от 0,24 до 0,27 и наблюдались при малых открытиях боковых затворов а =0, 1 м. При наибольшем из реализованных в исследованиях открытии боковых затворов анаиб = 0,71 атах = 0,5 м коэффициент расхода изменялся от 0,394 до 0,410. Установленные в результате эксперимента величины коэффициентов расхода ц в функции параметра Фруда Frcp представлены в таблице 2, а полученные опытным путем зависимости для расчета коэффициентов расхода показаны в таблице 3.
Таблица 2 - Результаты расчета коэффициента расхода ц ВКСТ в зависимости от параметра Фруда ^>ср
а / атах = 0,15 а / атах = 0,24 а / атах = 0,43 а / атах = 0,71
^ср ц ^ср ц ^ср ц ^ср ц
8,5 0,27 8,8 0,30 9,1 0,37 9,8 0,41
9,5 0,25 9,9 0,288 10,3 0,358 11,2 0,40
10,2 0,24 11,0 0,28 11,4 0,35 12,3 0,394
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4(28), 2017 г., [242-262] Таблица 3 - Коэффициенты расхода вододелителя
а / атах Формула для расчета ц
0,15 ц = 0,0034^>с2р - 0,0805^Уср + 0,711
0,24 ц = 0,001- 0,0418^>ср + 0,540
0,43 ц = 0,0012^>ср -0,033^ср + 0,572
0,71 ц = 0,001Р>ср - 0,029^/ср + 0,594
Полученные зависимости (таблица 3) для определения коэффициента расхода ц по своему виду аналогичны модельным зависимостям, однако отличаются от модельных значениями коэффициентов уравнений. Это объясняется тем, что построенное сооружение на ИПК имеет свои конструктивные особенности, например боковой карман на выходе из ИПК в канал Ивановский.
Анализ цифровых данных таблицы 2 показывает, что с увеличением параметра Фруда ^^ коэффициент расхода ц несколько уменьшается. Эта
закономерность прослеживается для всех открытий затворов вододелителя. Такое же явление имеет место и у других конструкций вододелителей траншейного типа. Это объясняется увеличением вертикальной составляющей давления с уменьшением скорости потока. Таким образом, при уменьшении скорости потока в канале старшего порядка удельный расход воды, подаваемый в донную траншею, увеличивается, способствуя обеспечению эффекта дополнительного гашения энергии бурного потока [6-8].
Изменение относительного расхода водозабора в зависимости от относительного расхода воды в ИПК (отв/ 2™.™* = I(2/ 2тах) показано в таблице 4 и на рисунке 4.
График на рисунке 4 показывает, что при открытиях затворов а / атах,
равных 0,15 и 0,24 (линии 1 и 2), расход отвода изменяется на незначительную величину (отв/(твтах < 5...7 % при изменении транзитного расхода воды в канале-быстротоке. Это свойство наиболее явно проявляется при расходах воды в канале старшего порядка (/(тах > 0,35. Сказанное
подтверждает предположение о том, что при малых отводимых расходах воды исследуемый вододелитель может использоваться в качестве стабилизатора расхода воды отвода.
Таблица 4 - Изменение расходов QотвlQотв.max = J[QlQmax)
( / (тах 0,24 0,29 0,40
а / атах = 0,15
(отв / (отв.тах 0,16 0,17 0,18
а / атах = 0,24
(отв / (отв.тах 0,25 0,26 0,28
а / атах = 0,43
(отв / (отв.тах 0,35 0,38 0,42
а / атах = 0,71
(отв / (отв.тах 0,64 0,67 0,73
Рисунок 4 - Зависимость относительного расхода водозабора Qотвl Qотв.max от относительного расхода в быстротоке QlQmax
При проведении исследований кинематических характеристик потока в ИПК в зоне расположения водораспределительного сооружения были выполнены замеры глубин (рисунок 5, таблица 5) и скоростей потока в транзитном и отводящем каналах.
Рисунок 5 - Поперечные профили свободной поверхности потока в ИПК при ^/^шах = 0,24; 0,29; 0,40 и а/ашах = 0,15 (сечения расположены по направлению течения)
Таблица 5 - Глубины на водораспределительном сооружении (вертикаль № 3 - вдоль оси канала)
б, м3/с ботв, м3/с Максимальный уровень, м/минимальный уровень, м Максимальный диапазон колебаний, м/%
створ 1 створ 2 створ 3 створ 4 створ 5 створ 6
6,0 0,4 0,3/0,29 0,29/0,28 0,29/0,27 0,33/0,27 0,32/0,28 0,29/0,27 0,05/16,6
6,0 0,55 0,3/0,29 0,28/0,26 0,27/0,25 0,34/0,28 0,32/0,29 0,28/0,26 0,06/19,3
6,0 0,88 0,3/0,29 0,28/0,26 0,27/0,25 0,33/0,26 0,32/0,28 0,26/0,24 0,07/23,3
6,0 1,60 0,3/0,28 0,27/0,26 0,25/0,24 0,32/0,26 0,3/0,26 0,25/0,23 0,06/20,6
7,3 0,43 0,35/0,34 0,34/0,33 0,33/0,31 0,42/0,36 0,38/0,34 0,33/0,30 0,06/15,3
7,3 0,65 0,35/0,34 0,34/0,32 0,33/0,30 0,40/0,37 0,38/0,32 0,32/0,29 0,03/7,6
7,3 0,95 0,35/0,33 0,33/0,30 0,31/0,30 0,39/0,36 0,37/0,30 0,30/0,27 0,04/10,6
7,3 1,68 0,35/0,33 0,32/0,29 0,29/0,27 0,39/0,34 0,36/0,29 0,29/0,26 0,05/13,6
10,1 0,45 0,45/0,44 0,45/0,44 0,43/0,42 0,50/0,42 0,48/0,44 0,44/0,42 0,08/17,3
10,1 0,70 0,45/0,44 0,44/0,43 0,43/0,41 0,48/0,41 0,46/0,44 0,42/0,39 0,07/15,7
10,1 1,05 0,45/0,43 0,44/0,41 0,42/0,40 0,49/0,43 0,46/0,42 0,39/0,35 0,06/13,0
10,1 1,82 0,45/0,43 0,43/0,41 0,39/0,36 0,47/0,39 0,44/0,37 0,37/0,34 0,08/9,3
Картина изменения глубин на сооружении аналогична той, что была получена в результате модельных исследований ВКСТ в 2008 г. [4]. Основным отличием является меньшая на 8-11 % глубина волны прыжка в створе 5 на выходе из сооружения. При этом следует отметить отсутствие косой волны в ИПК за сооружением. Сбойность течения в створе 6 и ниже по каналу не наблюдалась. При этом имела место достаточно симметричная картина свободной поверхности воды в назначенных створах ИПК относительно продольной оси канала.
Анализ полученных замеров глубин на сооружении в ИПК позволил прийти к заключению об отсутствии в потоке катящихся волн, что характерно для бурного режима течения [9, 10]. Помимо этого, образующиеся на водораспределительном сооружении колебания уровней поверхности воды ниже по течению затухают и практически исчезают уже на расстоянии 5,5 м (1,5 Ь) от сооружения.
Проведенные исследования скоростной структуры потока в ИПК в зоне влияния изучаемого водораспределительного сооружения позволили установить значения местных скоростей потока на каждой из пяти мерных вертикалей (таблица 6).
Таблица 6 - Данные измерений местных скоростей потока в ИПК в зоне влияния водораспределительного сооружения при транзитном расходе Q = 6,0 м3/с и открытиях боковых затворов а\ = а2 = 0,1 м
В м/с
№ № мерной Скорость в точке вертикали
створа вертикали на глубине И = 0,2И на глубине И = 0,8И
1 2 3 4
1 им = 4,84 и1-1 = 4,49
2 Ш-2 = 5,34 и1-2 = 5,07
1 3 и1-3 = 5,34 и1-3 = 5,12
4 им = 5,32 им = 4,95
5 и1-5 = 4,76 и1-5 = 4,47
1 и2-1 = 5,12 и2-1 = 5,05
2 и2-2 = 5,60 ^2-2 = 5,41
2 3 и2-3 = 5,52 и2-3 = 5,37
4 и2-4 = 5,63 и2-4 = 5,38
5 и2-5 = 5,09 и2-5 = 5,11
Продолжение таблицы 6
1 2 3 4
1 и3-1 = 5,15 и3-1 = 5,10
2 иэ-2 = 5,64 Ш-2 = 5,48
3 3 иэ-э = 5,71 и3-3 = 5,62
4 иэ-4 = 5,63 Ш-4 = 5,46
5 Ш-5 = 5,03 Ш-5 = 5,07
1 и4-1 = 4,62 и4-1 = 4,57
2 Щ-2 = 4,65 и4-2 = 4,59
4 3 и4-3 = 4,74 щ-3 = 4,62
4 и4-4 = 4,71 и4-4 = 4,01
5 и4-5 = 4,75 и4-5 = 4,68
1 и5-1 = 5,14 и5-1 = 5,12
2 и5-2 = 5,54 и5-2 = 5,38
5 3 и5-3 = 5,60 и5-3 = 5,32
4 и5-4 = 5,59 и5-4 = 5,36
5 и5-5 = 5,62 и5-5 = 5,41
1 и6-1 = 4,81 и6-1 = 4,50
2 и6-2 = 5,35 и6-2 = 5,09
6 3 Ш-3 = 5,34 Ш-3 = 5,07
4 и6-4 = 5,31 и6-4 = 4,92
5 и6-5 = 4,78 и6-5 = 4,47
Полученные в результате замеров значения скоростей течения на сооружении в ИПК с отклонением 5-8 % по оси канала и с отклонением 3-4 % ближе к бортам канала повторяли результаты проведенного в 2008 г. модельного эксперимента. Измеренные на натурном объекте скорости течения в транзитном канале также подтвердили достаточную равномерность распределения скоростной структуры потока за сооружением. При этом тенденция к изменению скоростей в ИПК в зоне влияния сооружения идентична для всех трех принятых в исследованиях расходов воды (О = 6,0; 7,3; 10,1 м3/с) в канале старшего порядка.
Замеры скоростей были также проведены в канале Ивановском в створах 7-10 (рисунок 3), на пяти мерных вертикалях в каждом створе. Для наглядности распределения скоростей в плане построены плановые эпюры местных скоростей потока. Плановые эпюры скоростей на выходе из труб в канал Ивановский приведены на рисунке 6.
Рисунок 6 - Плановые эпюры местных скоростей потока в головной части канала Ивановского
Эпюры на рисунке 6 в створе 7 демонстрируют достаточно симметричное относительно оси истечение в канал Ивановский. В створе 8 наблюдалось уменьшение скоростей потока ближе к правому борту канала при расходах отвода ^отв/^твтах > 0,35...0,38. Это явление вполне объяснимо изменением структуры потока вблизи поворота канала на 90°, при котором имеет место подпертый гидравлический прыжок, оказывающий влияние на основной поток перед поворотом в большей степени с правой стороны. Следует отметить, что за поворотом наблюдается появление косой волны, которая частично сглаживается на подходе к измерительному створу 9 (т. е. через 22,7 м).
Замеры скоростей потока в створах 9 и 10 позволили построить плановые эпюры для всех исследуемых расходов от ^отв = 0,40 м3/с до ^отв = = 1,82 м3/с. На рисунке 7 приведены плановые эпюры осредненных по глубине местных скоростей потока при расходах воды в канале ^отв = 0,40 м3/с
и <2отв = 1,82 м3/с.
Форма эпюр в плане на рисунке 7 подтверждает несимметричность течения в плане в канале за поворотом на угол 90° [11, 12]. Поскольку в данном случае отсутствует специальное поворотное сооружение, позволяющее обеспечить симметричное относительно оси канала течение за поворотом, на этом участке наблюдается наличие косой волны возмущения,
распространяющейся на расстояние более 0,5 км и практически ликвидируемой на первом водовыпускном сооружении из канала Ивановского. Наблюдаемое явление косой волны возмущения в канале Ивановском крайне нежелательно, особенно в створе водомерного поста, так как возможно резкое повышение глубины воды у одного из бортов канала, приводящее к переполнению канала, подмыву сооружения и другим негативным явлениям. Поэтому в качестве одной из рекомендаций Районному управлению водного хозяйства Иссык-Атинского района учеными КРСУ было предложено установить в месте поворота канала Ивановского поворотное сооружение усовершенствованной конструкции, позволяющей исключить появление косой волны и обеспечить симметричное в плане течение воды в канале за поворотом. При этом следует отметить, что состояние потока в створах 9 и 10 никак не отражается на работе водораспределительного сооружения, подающего воду в канал Ивановский.
Рисунок 7 - Плановые эпюры осредненных местных скоростей потока на водомерном посту канала Ивановского при Qо^ъlQо^ъ.mяx = 0,16; 0,73
Выводы. Проведенные натурные исследования водораспределительного сооружения на ИПК подтвердили работоспособность внедренной конструкции вододелителя.
Изучение зависимости относительного действующего напора Т = Нк /Нн от коэффициента водоотбора ав = 0ОТВ/ 0 водораспределительного сооружения на ИПК позволило уточнить ранее полученную в ре-
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4(28), 2017 г., [242-262] зультате лабораторного эксперимента зависимость тв = /(ав). Отклонения натурных значений тв от модельных не превышали 6,5 %.
Установленные в процессе исследований коэффициенты расхода ц изменялись от 0,24 до 0,41 при разных значениях параметра Фруда и открытиях боковых затворов. Полученные в результате натурного эксперимента зависимости ц = /) по своему виду аналогичны модельным зависимостям, однако отличаются от модельных значениями коэффициентов уравнений. Это объясняется наличием на натурном объекте дополнительных конструктивных элементов, отсутствовавших на модели. При этом установлено, что с увеличением параметра Фруда ^^ коэффициент расхода ц несколько уменьшается.
При расходах воды в ИПК Q/ 0тах > 0,35 и открытиях боковых затворов а / атах < 0,24 данный вододелитель обеспечивает постоянство отводимых расходов воды с погрешностью в пределах ±7 %.
Исследования глубин потока в ИПК в зоне расположения водораспределительного сооружения показали отсутствие косой волны в ИПК за сооружением, а также достаточно симметричную картину свободной поверхности воды во всех выбранных створах ИПК относительно продольной оси канала. Установлено, что в ИПК на ПК 36 + 82 имеет место бурный (а не сверхбурный, как полагали ранее [3]) режим течения, о чем свидетельствует отсутствие в потоке катящихся волн. Образующиеся непосредственно на сооружении колебания уровней поверхности воды ниже по течению затухают и практически исчезают уже на расстоянии 1,5 Ь от сооружения.
Измеренные скорости течения в транзитном канале подтвердили достаточную равномерность распределения скоростной структуры потока за сооружением.
Замеры скоростей в канале Ивановском на выходе из водораспределительного сооружения в створе 7 показали симметричную (± (3-6) %)
в плане картину истечения относительно оси канала. В створе 8 скорости потока вблизи правого борта канала уменьшались при расходах отвода 2отв/^твтах > 0,35.. .0,38, что объясняется изменением структуры потока вблизи поворота канала на 90°.
Скорости потока в створах 9 и 10 канала Ивановского показали наличие косой волны возмущения за поворотом канала, распространяющейся на расстояние более 0,5 км. В качестве рекомендаций по ликвидации этого явления предлагается проведение реконструкции поворотного сооружения с использованием элементов, обеспечивающих отсутствие косой волны и симметричное в плане течение воды в канале за поворотом.
Список использованных источников
1 Бочкарев, Я. В. Гидротехнические сооружения на каналах-быстротоках со сверхбурным течением: учеб. пособие / Я. В. Бочкарев, Н. П. Лавров. - Бишкек: Кыр-гыз. СХИ, 1991. - 116 с.
2 Исабеков, Т. А. Совершенствование технологического обоснования способа и схемы управления водораспределением на каналах-быстротоках с бурным течением / Т. А. Исабеков, Н. П. Лавров // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. - 2012. - Т. 6, № 12. - С. 24-29.
3 Бочкарев, Я. В. Каналы-быстротоки со сверхбурным режимом течения и сооружения на них / Я. В. Бочкарев, А. О. Гамбарян, Н. П. Лавров. - Фрунзе: Кыргызстан, 1986. - 126 с.
4 Экспериментальные исследования усовершенствованной конструкции вододе-лителя для каналов со сверхбурным течением / Н. П. Лавров, О. В. Атаманова, Г. С. Аджыгулова, К. К. Бейшекеев // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. - 2008. - Т. 8, № 9. - С. 91-95.
5 Бейшекеев, К. К. Результаты производственного внедрения вододелителя на Иссык-Атинском подпитывающем канале в Чуйской области Кыргызской Республики / К. К. Бейшекеев // Вестник ТарГУ им. М. Х. Дулати. Серия: Природопользование и проблемы антропосферы. - Тараз, 2011. - № 2. - С. 36-42.
6 Zenz, G. The great significance of dam safety in Austria / G. Zenz, P. Obernhuber, H. Czerny // Geomechanics and Tunnelling. - 2012. - Vol. 5, Iss. 5. - P. 631-637.
7 Mark, A. Hydraulic Design Manual - Open Channel Hydraulics and Sediment Transport [Electronic resource] / A. Mark, P. E. Marek; Santa Clara Valley Water District. -2009. - Mode of access: http:valleywater.org/Services/HydraulicDesignManual.aspx, 2015.
8 Chaudhry, M. H. Open-Channel Flow / M. H. Chaudhry. - 2nd ed. - Springer, 2007. -
528 p.
9 Лавров, Н. П. Устройство для гашения катящихся волн на поверхностном катастрофическом водосбросе Орто-Токойского водохранилища / Н. П. Лавров, А. С. Костина // Гидротехническое строительство. - 2002. - № 10. - С. 34-38.
10 Бейшекеев, К. К. Установившиеся режимы работы вододелительных сооружений на каналах-быстротоках / К. К. Бейшекеев // Вестник Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова. -2009. - Т. 1, № 1(23). - С. 122-130.
11 Высоцкий, Л. И. Продольно-однородные осредненные турбулентные потоки: монография / Л. И. Высоцкий, И. С. Высоцкий. - 2-е изд., доп. - СПб.: Лань, 2015. - 672 с.
12 Высоцкий, Л. И. Теория и примеры гидравлического расчета конструкций для управления бурными потоками: учеб. пособие / Л. И. Высоцкий, Ю. А. Изюмов, В. Т. Никонова. - Саратов: СГТУ, 1997. - 104 с.
References
1 Bochkarev Ya.V., Lavrov N.P., 1991. Gidrotekhnicheskiye sooruzheniya na kana-lakh-bystrotokakh so sverkhburnym techeniem: ucheb. posobiye [Hydrotechnical constructions on the chutes with extra turbulent currents: textbook]. Bishkek, Kyrgyz SRI, 116 p. (In Russian).
2 Isabekov T.A., Lavrov N.P., 2012. Sovershenstvovaniye tekhnologicheskogo obos-novaniya sposoba i skhemy upravleniya vodoraspredeleniyem na kanalakh-bystrotokakh s burnym techeniem [Perfection of the technological justification of the method and the scheme for managing water distribution on chutes with a turbulent flow]. Vestnik Kyrgyzsko-Rossiyskogo Slavyanskogo universiteta [Bulletin of the Kyrgyz-Russian Slavic University], vol. 6, no. 12, pp. 24-29. (In Russian).
3 Bochkarev Ya. V., Gambaryan A.O., Lavrov N.P., 1986. Kanaly-bystrotoki so sverkhburnym rezhimom techeniya i sooruzheniya na nikh [Chutes with extra turbulent flow and construction on them]. Frunze, Kyrgyzstan, 126 p. (In Russian)
4 Lavrov N.P., Atamanova O.V., Adzhygulova G.S., Beyshekeyev K. K., 2008. Ek-sperimentalnyye issledovaniya usovershenstvovannoy konstruktsii vododelitelya dlya kanalov so sverkhburnym techeniem [Experimental studies of the improved diversion gate design for canals with extra turbulent flow]. Vestnik Kyrgyzsko-Rossiyskogo Slavyanskogo universiteta [Bulletin of the Kyrgyz-Russian Slavic University], vol. 8, no. 9, pp. 91-95. (In Russian).
5 Beishekeev K. K., 2011. Rezultaty proizvodstvennogo vnedreniya vododelitelya na Issyk-Atinskom podpityvayushchem kanale v Chuyskoy oblasti Kyrgyzskoy Respubliki [Diversion gate implementation results at the Issyk-Ata feeding channel in Chui regiont of the Kyrgyz TarGU im. M.KH. Dulati. Seriya: Prirodopolzovaniye i problemy antroposfery [Bulletin of Taraz State University named after M.H. Dulati. Series: Nature engineering and the problems of the anthroposphere]. Taraz, no. 2, pp. 36-42. (In Russian).
6 Zenz G., Obernhuber P., Czerny H., 2012. The great significance of dam safety in Austria. Geomechanics and Tunnelling. vol. 5, iss. 5, pp. 631-637. (In English).
7 Mark A., Marek P. E. 2009. Hydraulic Design Manual - Open Channel Hydraulics and Sediment Transport [Electronic resource]. Santa Clara Valley Water District. Available: http:valleywater.org/Services/HydraulicDesignManual.aspx, 2015. (In English).
8 Chaudhry M. H. 2007. Open-Channel Flow. 2nd ed. Springer, 528 p. (In English).
9 Lavrov N.P., Kostina A.S., 2002. Ustroystvo dlya gasheniya katyashchikhsya voln na poverkhnostnom katastroficheskom vodosbrose Orto-Tokoyskogo vodokhranilishcha [The device for quenching rolling waves on the surface catastrophic spillway of the Orto-Tokoy reservoir]. Gidrotekhnicheskoye stroitelstvo [Hydrotechnical Construction], no. 10, pp. 34-38. (In Russian).
10 Beishekeev K.K., 2009. Ustanovivshiyesya rezhimy raboty vododelitelnykh sooru-zheniy na kanalakh-bystrotokakh [Steady regimes of diversion gate operation on chutes canals]. Vestnik Kyrgyzskogo gosudarstvennogo universiteta stroitelstva, transporta i arkhitektury im. N. Isanova [Bulletin of the Kyrgyz State University of Construction, Transport and Architecture named after N. Isanov], vol. 1, no. 1(23), pp. 122-130. (In Russian).
11 Vysotskiy L.I., Vysotskiy I.S., 2015. Prodolno-odnorodnyye osrednennyye turbu-lentnyye potoki: monografiya [Longitudinal homogeneous averaged turbulent flows: monograph]. 2nd ed., rev., St. Petersburg, Lan Publ., 672 p. (In Russian).
12 Vysotsky, L.I., Izyumov Yu. A., Nikonova V.T., 1997. Teoriya i primery
gidravlicheskogo rascheta konstruktsiy dlya upravleniya burnymi potokami: ucheb. posobiye [Theory and examples of hydraulic design calculation for control of rough flows: textbook]. Saratov, SGTU Publ., 104 p. (In Russian)._
Аджыгулова Гульмира Сагыналиевна
Ученая степень: кандидат технических наук Ученое звание: доцент Должность: доцент
Место работы: государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кыргызско-Российский Славянский университет» Адрес организации: ул. Киевская, 44, г. Бишкек, Кыргызская Республика, 720000 E-mail: Gulmira_999@mail.ru
Adzhygulova Gulmira Sagynalievna
Degree: Candidate of Technical Sciences Title: Associate Professor Position: Associate Professor
Affiliation: State Educational Institution of Higher Professional Education "Kyrgyz-Russian Slavic University"
Affiliation address: st. Kiev, 44, Bishkek, Kyrgyz Republik, 720000 E-mail: Gulmira_999@mail.ru
Атаманова Ольга Викторовна
Ученая степень: доктор технических наук Ученое звание: профессор Должность: профессор
Место работы: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.»
Адрес организации: ул. Политехническая, 77, г. Саратов, Саратовская область, Российская Федерация, 410054 E-mail: O_V_Atamanova@mail.ru
Atamanova Olga Victorovna
Degree: Doctor of Technical Sciences Title: Professor Position: Professor
Affiliation: Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Affiliation address: st. Polytechnkheskaya, 77, Saratov, Saratov region, Russian Federation, 410054
E-mail: O_V_Atamanova@mail.ru
