Научная статья на тему 'ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЛЕТАРСКОГО МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ'

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЛЕТАРСКОГО МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
61
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОЭФФИЦИЕНТ ШЕРОХОВАТОСТИ / МАГИСТРАЛЬНЫЙ КАНАЛ / РЕКОНСТРУКЦИЯ / КОЛЬМАТАЦИЯ / ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Косиченко Юрий Михайлович, Баев Олег Андреевич

Приведены расчеты основных параметров Пролетарского магистрального канала для полигонального сечения при его реконструкции для различных вариантов. Разработана методика гидравлического расчета, которая основывается на определении коэффициента приведения полигональной формы сечения к трапецеидальной по формуле А.А. Угинчуса. Затем находится площадь сечения каждого элемента после приведения к трапецеидальному сечению, вычисляются смоченные периметры, гидравлический радиус и коэффициент Шези каждого элемента сечения. Для земляного русла канала полученные гидравлические характеристики близко соответствовали проектным данным по расходу и средней скорости течения. Земляное русло канала с ледяным покровом имеет значительное снижение гидравлических параметров от проектного сечения как по расходу до 36,0 м3/с (или на 33%), так и по средней скорости течения до 0,410 м/с. Земляное расширенное несимметричное русло характеризуется увеличенным расходом до 57,47 м3/с, площадью живого сечения 101 м2 и смоченным периметром 42,0 м по сравнению с проектным сечением. Для русла участка канала с защитным креплением из каменной наброски и гравийно-галечниковым покрытием получены сниженные характеристики как по расходам, так и по средним скоростям течения, что обусловлено высоким значением их коэффициентов шероховатости. При этом установлено, что снижение коэффициентов шероховатости защитных покрытий при эксплуатации за счет кольматации частиц наносов приведет к повышению расходов воды в канале. Однако процесс кольматации наносами защитного слоя из каменного материала будет проходить медленно, в течение 10 лет и более.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Косиченко Юрий Михайлович, Баев Олег Андреевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

JUSTIFICATION OF THE EFFECTIVENESS OF THE PROLETARIAN MAIN CANAL DURING RECONSTRUCTION

Calculations of the main parameters of the Proletarsky main canal for a polygonal section during its reconstruction for various options are presented. A method for hydraulic calculation of the Proletarsky main canal has been carried out. The developed method of the hydraulic calculation is based on the determination of the coefficient of reduction of the polygonal shape of the section to the trapezoidal one according to the formula of A.A. Uginchus. Then the cross-sectional area of each element is found after reduction to a trapezoidal section, the wetted perimeters, hydraulic radius and Shezi coefficient of each section element are calculated. For the earthen channel of the canal, the obtained hydraulic characteristics closely matched the design data for the flow rate and average current velocity. The earthen channel of the canal with an ice cover has a significant decrease in hydraulic parameters from the design section, both in terms of flow rate up to 36.0 m3/s (or by 33%) and in terms of the average flow velocity up to 0.410 m/s. The widened asymmetrical earthen channel is characterized by an increased discharge up to 57.47 m3/s, an effective cross-section of 101 m2 and a wetted perimeter of 42.0 m in comparison with the design section. For the channel of the canal section with a protective strengthening made of a rock fill and gravel-pebble coating, reduced characteristics were obtained both in terms of flow rates and average flow rates which is due to their high value of roughness coefficients. At the same time, it was found that a decrease in the roughness coefficients of protective coatings during operation due to the colmatage of alluviums particles will lead to an increase in water consumption in the canal. However, the process of alluviums colmatage of the protective layer of stone material will be slow, for 10 years or more.

Текст научной работы на тему «ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЛЕТАРСКОГО МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ»

of Instability of Tubes Conveying Fluids, Journal of Acoustical Society of America, 77, 887, 1985.

6. Hill J.L., Swanson C.P. Effects of Lumped Masses on the Stability of Fluid Conveying Tubes, Transactions ASME, Journal of Applied Mechanics, 37, 494, 1970.

7. Kang., M.G. Effect of rotary inertia of concentrated masses on the natural vibration of fluid conveying pipes, Journal of the Korean Nuclear Society. - 1999. - Vol. 31. - Number 2. - Р-p. 202-213.

8. Chakraborty S. Some Applications of Di-rac's Delta Function in Statistics for more Than One Random Variable, Applications and Applied Mathematics. - 2008. - Vol. 3. - Issue 1. -Р£. 42-54.

9. Pa'idoussis M.P. Fluid-Structure Interactions: Slender Structures and Axial Flow, Volume 1, Second edition 2014, London: Elsevier

10. Wu T.T., Raju P.P. Vibration of a Fluid Conveying Pipe Carrying a Discrete Mass, Transactions ASME, Journal of Pressure Vessel Technology. - 1974. - November, 154.

Критерии авторства

Лолов Д., Лилкова-Маркова С., Балабанов В.И. выполнили теоретические исследования, на основании которых провели обобщение и написали рукопись. Лолов Д., Лилкова-Маркова С., Балабанов В.И. имеют на статью авторское право и несут ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов. Статья поступила в редакцию 24.02.2021 г. Одобрена после рецензирования 22.03.2021 г. Принята к публикации 05.04.2021 г.

of Instability of Tubes Conveying Fluids, Journal of Acoustical Society of America, 77, 887, 1985.

6. Hill J.L., Swanson C.P.. Effects of Lumped Masses on the Stability of Fluid Conveying Tubes, Transactions ASME, Journal of Applied Mechanics, 37, 494, 1970.

7. Kang M.G. Effect of rotary inertia of concentrated masses on the natural vibration of fluid conveying pipes, Journal of the Korean Nuclear Society, Vol. 31, Number 2, pp. 202-213, 1999.

8. Chakraborty S. Some Applications of Di-rac's Delta Function in Statistics for more Than One Random Variable, Applications and Applied Mathematics, Vol. 3, Issue 1, pp. 42-54, 2008.

9. Pa'idoussis M.P. Fluid-Structure Interactions: Slender Structures and Axial Flow, Volume 1, Second edition 2014, London: Elsevier.

10. Wu T.T., Raju P.P. Vibration of a Fluid Conveying Pipe Carrying a Discrete Mass, Transactions ASME, Journal of Pressure Vessel Technology, November, 154, 1974.

Criteria of authorship

Lolov D., Lilkova-Markova S., Balabanov V.I. carried out theoretical studies, on the basis of which they generalized and wrote the manuscript. Lolov D., Lilkova-Mar-kova S., Balabanov V.I. have a copyright on the article and are responsible for plagiarism.

Conflict of interests

The authors state that there are no conflicts of interests The article was submitted to the editorial office 24.02.2021

Approved after reviewing 22.03.2021 Accepted for publication 05.04.2021

Оригинальная статья УДК 502/504:627.8

Б01: 10.26897/1997-6011-2021-2-77-84

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЛЕТАРСКОГО МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ

КОСИЧЕНКО ЮРИЙ МИХАЙЛОВИЧ, д-р техн. наук, профессор

Kosichenko-11@mail.ru

БАЕВ ОЛЕГ АНДРЕЕВИЧн, канд. техн. наук, начальник Гидротехнического отдела

oleg-baev1@yandex.ru

Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации «РосНИИПМ»; 346400, г. Новочеркасск, пр. Баклановский, 190. Россия

Приведены расчеты основных параметров Пролетарского магистрального канала для полигонального сечения при его реконструкции для различных вариантов. Разработана методика гидравлического расчета, которая основывается на определении

коэффициента приведения полигональной формы сечения к трапецеидальной по формуле А.А. Угинчуса. Затем находится площадь сечения каждого элемента после приведения к трапецеидальному сечению, вычисляются смоченные периметры, гидравлический радиус и коэффициент Шези каждого элемента сечения. Для земляного русла канала полученные гидравлические характеристики близко соответствовали проектным данным по расходу и средней скорости течения. Земляное русло канала с ледяным покровом имеет значительное снижение гидравлических параметров от проектного сечения как по расходу до 36,0 м3/с (или на 33%), так и по средней скорости течения до 0,410 м/с. Земляное расширенное несимметричное русло характеризуется увеличенным расходом до 57,47 м3/с, площадью живого сечения 101 м2 и смоченным периметром 42,0 м по сравнению с проектным сечением. Для русла участка канала с защитным креплением из каменной наброски и гравийно-галечниковым покрытием получены сниженные характеристики как по расходам, так и по средним скоростям течения, что обусловлено высоким значением их коэффициентов шероховатости. При этом установлено, что снижение коэффициентов шероховатости защитных покрытий при эксплуатации за счет кольматации частиц наносов приведет к повышению расходов воды в канале. Однако процесс кольматации наносами защитного слоя из каменного материала будет проходить медленно, в течение 10 лет и более.

Ключевые слова: коэффициент шероховатости, магистральный канал,

реконструкция, кольматация, противофильтрационное покрытие

Формат цитирования: Косиченко Ю.М., Баев О.А. Обоснование эффективности магистрального канала при реконструкции // Природообустройство. - 2021. - № 2. -С. 77-84. DOI: 10.26897/1997-6011-2021-2-77-84.

© Косиченко Ю.М., Баев О.А., 2021

Scientific article

JUSTIFICATION OF THE EFFECTIVENESS OF THE PROLETARIAN MAIN CANAL DURING RECONSTRUCTION

KOSICHENKO YURI MIKHAILOVICH, doctor of technical sciences, professor

Kosichenko-11@mail.ru

BAEV OLEG ANDREEVICHH, candidate of technical sciences, head of the hydraulic engineering department

oleg-baev1@yandex.ru

Russian Research Institute of Land Reclamation «RosNIIPM»; 346400, Novocherkassk, pr. Baklanovskij, 190. Russia

Calculations of the main parameters of the Proletarsky main canal for a polygonal section during its reconstruction for various options are presented. A method for hydraulic calculation of the Proletarsky main canal has been carried out. The developed method of the hydraulic calculation is based on the determination of the coefficient of reduction of the polygonal shape of the section to the trapezoidal one according to the formula of A.A. Uginchus. Then the cross-sectional area of each element is found after reduction to a trapezoidal section, the wetted perimeters, hydraulic radius and Shezi coefficient of each section element are calculated. For the earthen channel of the canal, the obtained hydraulic characteristics closely matched the design data for the flow rate and average current velocity. The earthen channel of the canal with an ice cover has a significant decrease in hydraulic parameters from the design section, both in terms of flow rate up to 36.0 m3/s (or by 33%) and in terms of the average flow velocity up to 0.410 m/s. The widened asymmetrical earthen channel is characterized by an increased discharge up to 57.47 m3/s, an effective cross-section of 101 m2 and a wetted perimeter of 42.0 m in comparison with the design section. For the channel of the canal section with a protective strengthening made of a rock fill and gravel-pebble coating, reduced characteristics were obtained both in terms of flow rates and average flow rates which is due to their high value of roughness coefficients. At the same time, it was found that a decrease in the roughness coefficients of protective coatings during operation due to the colmatage of alluviums particles will

lead to an increase in water consumption in the canal. However, the process of alluviums colmatage of the protective layer of stone material will be slow, for 10 years or more.

Keywords: roughness coefficient, main canal, reconstruction, colmatage, anti-filtration coating

Format of citation: Kosichenko Yu.M., Baev O.A. Justification of the effectiveness of the Proletarian main canal during reconstruction // Prirodoobustrojstvo. - 2021. - № 2. -S. 77-84. DOI: 10.26897/1997-6011-2021-2-77-84.

Введение. Пролетарский магистральный канал (ПМК) является продолжением Донского магистрального канала (ДМК). Он берет начало в концевой части ДМК на ПК 1122+00 (112 км). Протяженность ПМК составляет 83,4 км, ширина канала по дну - 4,0 м, глубина воды в канале -4,5 м, русло полигонального сечения, заложение откосов в нижней части — 1:4 до глубины 2-2,5 м, в верхней части — 1:2; пропускная способность составляет 54,0 м3/с, уклон дна — 0,00004, коэффициент шероховатости

русла (п) до реконструкции равен 0,02. Канал проходит в земляном русле в полувыемке-полунасыпи, в местах прохождения балок — в насыпи с высотой дамб обвалования до 6,0 м. Трасса канала проложена в средних суглинках, под которыми на отдельных участках вскрываются известняки и пески. На этих участках канала устроена проти-вофильтрационная защита толщиной 1,0 м в виде экрана из глинистых грунтов (табл. 1).

На рисунке 1 представлена линейная схема Пролетарского МК.

Таблица 1

Участки канала, проложенные в суглинках с противофильтрационным экраном из глинистых грунтов

Table 1

Sections of the canal, laid in loams with anti-filtration screen of clay soils

№ Наименование грунта Пикетаж Длина участка, м

п/п Description of the soil Stationing Length of the section, m

1 Известняк, песок / Limestone, sand 1481-1506 2500

2 Известняк, песок / Limestone, sand 1520-1549 2900

Итого в известняках / Total in limestones 5400

3 Супеси / Clay sand 1560-1563 300

4 Супеси / Clay sand 1566-1570 400

5 То же / The same 1749-1764 1500

6 То же / The same 1796-1890 600

Итого в супеси / Total in clay sand 2800

Всего / Total 8200

Пролетарский МК предназначен для орошения и обводнения засушливых районов Ростовской области. К нему подвешена площадь орошения на 22,8 тыс. га, которая составляет Пролетарскую оросительную систему.

Наиболее опасные участки расположены на двух участках канала, где находятся известняк и карстовые породы на ПК 1481-1506 и ПК 1520-1549. Поэтому на данных участках предусмотрена реконструкция Пролетарского МК. Участок канала длиной 250 м (в районе х. Наумовский), где наблюдались карстовые явления, был реконструирован в 2015 г.

В результате проведенных натурных обследований Пролетарского МК выявлены следующие дефекты канала: деформации откосов на ПК 1630-1640 с их обрушением

в виде вертикальных стенок канала в верхней их части (рис. 2), выходы фильтрационного потока в приканальную зону, размывы и заиление русла канала, зарастание водной и древесной растительностью.

Вопросами проектирования и гидравлического расчета каналов занимались П.Г. Киселев [1], А.М. Латышенков [2, 3], А.А. Угин-чус [4], В.Т. Чоу [5-6], Е.К. Рабкова [7], Ю.М. Косиченко, О.А. Баев и К.Г Гурин [8-11], А.Г. Алимов [12], Ф.К. Абдразаков [13] и др.

Материалы и методы исследований. В качестве материалов исследования используем известные зависимости для гидравлических расчетов с целью разработки методики для определения основных параметров потока при реконструкции Пролетарского МК [1, 2].

Условные обозначения:

^^ - перегораживающее сооружение с переездом J |' - автомобильный мост на канале JXl' - железнодорожный мост

Юбр - площадь орошения брутто, га юн - площадь орошения нетто, га бнор - нормальный расход канала, м3/с ßmax - максимальный расход канала, м3/с

Рис. 1. Линейная схема Пролетарского МК Fig. 1. Linear scheme of the Proletarian MC

у - труба-ливнепровод под каналом ^ - концевой сброс ^ - транзитный перепад

ко)

- вычисляем коэффициент приведения полигональной формы сечения к трапецеидальной по формуле А.А. Угинчу-са [4]:

ш,

Шпр =■

■ а2ш2

1 + а„

где ш^ — приведенный коэффициент откоса для трапецеидального сечения;

■ш0

Рис. 2. Деформация откосов ПМК

на ПК 1630-1640 Fig. 2. Deformation of PMC slopes on PC 1630-1640

Рассмотрим методику гидравлического расчета Пролетарского МК, которая включает в себя изложенные ниже пункты.

1. Вначале задаются известные параметры канала: уклон дна канала I, коэффициент шероховатости земляного русла п, глубина канала по оси Нр, заложение откосов для полигонального сечения т1 и т2, ширина канала по урезу воды В; ширина канала по дну Ь.

2. Затем определяются расчетные параметры в такой последовательности:

- принимаем глубину в первом сечении равной Н1 = 1,0 м;

где т1 и т2 — коэффициенты заложения откосов полигонального сечения; а2 = Н2 / И1 — коэффициент приведения сечения по глубине к значению глубины Л1;

- определяем площадь сечения каждого элемента сечения после приведения к трапецеидальному сечению:

1 = (ь + шпр • hi)• hü ®2 = (ь + шпр • h2)• К;

®3 = [b + ШпР (К )]Кз; ®4 = (ь + шпР • К4 ) • К4,

где й1, Н2, Н4 — глубина каждого элемента сечения канала, м;

- вычисляем смоченные периметры приведенных трапецеидальных сечений:

= ь + 2hijl

Z3 = 2Кз^1 +

ш.

пр

шп

= 2К2д/1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Z4 = +

ш,

пр

шп

- вычисляем гидравлическим радиус каждого элемента сечения:

-П^ -П2 -ilg -П4

Zl %2 Z3 Z4

- находим коэффициент Шези каждого элемента приведенного сечения по формуле Н.Н. Павловского [l, 5]:

C1 — С2 — RJ; С3 — Rg; C4 — R4;

n

n

n

- определяем расход каждого элемента приведенного сечения [1]:

Q1 — co1ClSJR1 ■ i; Q2 — co2C2yJR2 ■ i;

Q3 — agCgJ R3 ■ i; Q4 — W4C4^R~i.

3. Расчет канала при зимнем его режиме эксплуатации проводится по формуле Н.Н. Павловского [2] для определения приведенного коэффициента шероховатости:

n =

пр

U У + U У

лАл ^р

У + УР

где пд и пр — коэффициент шероховатости нижней поверхности ледяного покрова и земляного русла канала; хж, Хр — смоченный периметр для нижней поверхности ледяного покрова и земляного русла.

4. Как отмечено во введении, на отдельных участках Пролетарского МК были обнаружены карстовые явления на протяжении 250 м, которые приводили к образованию ям и провалов. Указанные явления привели к выводам о том, что на этих

участках необходимо создание непроницаемых экранов из бентонитовых матов с защитным покрытием из каменной наброски. Однако создание на таких участках защитного покрытия из каменной наброски будет приводить к повышенной шероховатости русла, где коэффициент шероховатости достигнет, по данным [1], значения п = 0,0350. Такое высокое значение коэффициента шероховатости будет наблюдаться в первые годы эксплуатации (1-3 года), а в дальнейшем покрытие из каменной наброски будет постепенно кольматироваться мелкими фракциями наносов. Через 10 лет кольматация приведет к практически полному занесению пор мелкими и средними частицами наносов с коэффициентами шероховатости, близкими к земляному руслу канала (0,020).

Цель исследований: обоснование гидравлической эффективности Пролетарского МК при его реконструкции.

Результаты и обсуждения. Для обоснования эффективности Пролетарского МК рассмотрим схемы полигональных сечений русла до реконструкции (расширенное несимметричное русло) и после реконструкции (сужено заглубленное симметричное русло). Для этих сечений приняты заложения откосов: в верхней части — более крутые с заложением 1:2, в нижней — более пологие с заложением 1:4. Ширина сечений канала по дну до реконструкции составляла 15,0 м, после реконструкции — 4,0 м. Ширина по урезу воды до реконструкции составляла 37,0 м, после реконструкции — 31,0 м. Расчетная схема Пролетарского МК при реконструкции показана на рисунке 3.

^УВ 23,44 © h

© h

^ © h 4

hi ' b

расч. УВу 24,38

Обозначения:

--линии сечения канала до реконструкции

-----линии сечения канала после реконструкции

Рис. 3. Расчетная схема Пролетарского МК на поперечнике 1 (ПК-1512) Fig. 3. Design diagram of the Proletarian MC on the diameter 1 (PC1512)

Результаты гидравлического расчета Пролетарского МК приведены в таблице 2.

Для земляного сечения коэффициент шероховатости русла близко соответствовал проектному значению п = 0,020. Основные гидравлические характеристики канала

получены близкими к проектным: расход по расчету авторов - 53,68 м3/с (по проекту -54,0 м3/с). В случае земляного русла с ледяным покровом коэффициент шероховатости принимался по расчету как приведенный по формуле Н.Н. Павловского [l, 2], который

B

2

а ц

и л б а

Т

2

H

Расчетные параметры / Design parameters о от S ci 53,68 36,0 57,48 35,48 39,82 33,71 37,67

о s 0,615 0,410 0,535 0,404 0,453 0,384 0,429

С, м0,5/с 58,98 55,25 57,91 41,88 47,01 33,70 41,40

S oí 2,69 8 1, 2,41 2,33 2,33 2,69 2,69

4 N 32,61 31,0 42,0 32,61 31,61 32,61 32,61

87,75 87,75 101,0 87,75 87,75 87,75 87,75

Задаваемые параметры / Defined parameters s oq 31,0 31,0 37,0 31,0 31,0 31,0 31,0

g* o о о о о о о

o о ^ о ^ о ^ о ^ о ^ о ^

S *& Ю ю ю ю ю ю ю

- 0,00004

-, 1 a Й H 1 e 0,020 0,017 0,0191 0,020 0,0275* * * 5 4 ,0 0, 0,035* 0,0285**

Наименование русла канала Name of the canal channel Земляное русло проектное / Designed earth channel Земляное русло с ледяным покровом / Earth channel with ice cover Земляное расширенное русло (до реконструкции) Earth widened channel (before reconstruction) Русло участка канала с креплением гравийно-галечниковым покрытием Channel of the canal section with gravel-pebble coating) Русло участка канала с креплением каменной наброской Channel of the canal section with rock fill strengthening

§ ¡^ составил ппр = 0,0191. При этом расход суще-

| -.¡2 ственно уменьшился до значения Q = 36,0 м3/с,

в ¡з что на 33% меньше проектного. Такое сниже-

К ^

§ •§ ние расхода обусловлено влиянием трения

к нижней поверхности ледяного покрова. $ ^ Гидравлический расчет русла участка

| ^ канала с креплением гравийно-галечнико-

^ -¡| вым покрытием показал, что принятый на-

| | чальный коэффициент шероховатости этого

о Ц покрытия в начале эксплуатации будет со-

| .¡5 ответствовать, по данным Е.К. Рабковой [7],

§ значению 0,0275 (без кольматации частица-

| | ми наносов), а при кольматации частицами

| ^ наносов при эксплуатации за 4-5 лет он бу-

| ^ дет снижаться до 0,0245. Анализ получен-

^ § ных результатов свидетельствует о том, что

| Л расход при эксплуатации будет увеличи-

| ^ ваться с 35,48 м3/с до 39,82 м3/с, или на 12,2%. | е Для другого варианта крепления ка-

& ^ менной наброской с начальным коэффици-

а ^ ентом шероховатости участка канала, рав-

0

ef

а « ным 0,035, по данным [1], при эксплуатации

к Ц он может снизиться до значения 0,0285 (после

® 1| 3-4 лет). При этом расход в канале может сни-

I £ зиться с 33,71 м3/с до 37,67 м3/с, или на 11,7%.

* * Таким образом, очевидно, что в слу-

§ « чае устройства на участке канала покрытия

§ с высоким коэффициентом шероховатости

® е он будет снижаться, а расход, наоборот, бу-

§ . ¡з дет увеличиваться. При этом в предельном

| Л случае коэффициент шероховатости может

$ ^ достигнуть значения, соответствующего

| ^ земляному руслу на этом участке, а расход

^ .2 достигнет предельного значения, равного

Ц ё проектному значению, то есть 54,0 м3/с.

| 'о Исходя из вышеизложенных соображе-

3 з ний, можно предположить, что коэффици-

§ ^г енты шероховатости русла канала с гравий-

| 3 но-галечниковым покрытием и покрытием

я е из каменной наброски будут снижаться за до-

^ е

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

^ J статочно длительный период с начального - ° значения (соответственно 0,0285 и 0,0350)

¡2 § до конечного значения в пределе, равном зем-

§ ^ ляному руслу или близком к нему (рис. 4, 5). 8 ^ Проведенные нами расчеты (рис. 4,

ш о

0 5) показывают, что в случае изменения глу-

§ '5 бины потока в русле канала от 0 до 4,5 м,

1 8

о

а также снижения коэффициентов шеро-§ ° ховатости от 0,035 до 0,020 для каменной § Л наброски и от 0,0275 до 0,020 для гравели-^ сто-галечникового покрытия при периоде к 8 эксплуатации до 10 лет или более коэффи-| 1 циенты шероховатости будут снижаться для § 2 каменной наброски от 0,035 до 0,020, или ^ на 43%, для гравийно-галечникового покрытия - от 0,0275 до 0,020, или на 27%.

4,0

—т

n = 0,0275 (1) - 1-й год эксплуатации n = 0,0235 (5) - 5-й год эксплуатации n = 0,02 (10) - 10-й год эксплуатации

Рис. 4. График изменения расходов в Пролетарском МК в зависимости от глубины в канале, коэффициента шероховатости каменной наброски и времени эксплуатации канала с учетом кольматации пор

Fig. 4. Schedule of changes in costs in the Proletarian MC depending on the depth in the canal, the roughness coefficient of rock fill the stone and the time of operation of the canal taking into account colmatization of pores

3,0

2,0

1,0

т

0,035 (1) - 1-й год эксплуатации _ 0,030 (3) - 3-й год эксплуатации 0,025 (5) - 5-й год эксплуатации 0,020 (10) - 10-й год эксплуатации

n = n = n =

lili

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

Рис. 5. График изменения расходов в Пролетарском МК в зависимости от глубины в канале, коэффициента шероховатости гравийно-галечниковой отсыпки и времени эксплуатации канала с учетом кольматации пор

Fig. 5. Schedule of changes in costs in the Proletarian MC depending on the depth in the canal, the roughness coefficient of gravel-pebble fill and the time of operation of the canal taking into account colmatization of pores

Выводы

1. Наиболее опасные участки Пролетарского МК расположены на двух участках, где находятся известняк и карстовые

породы (ПК 1481-1506 и ПК 1520-1549), поэтому здесь была предусмотрена реконструкция канала протяженностью 250 м (в районе х. Наумовка). На этом участке канал был реконструирован в 2015 г., когда выполнен экран из бентонитовых матов со слоем глины толшдной 0,5 м и защитным покрытием из каменной наброски толщиной 0,5 м.

2. Проведенные гидравлические расчеты земляного полигонального сечения канала показывают, что русло после реконструкции соответствует симметричному полигональному сечению, а его гидравлические характеристики близко совпадают с проектными (в частности, расход канала равен 53,68 м3/с, а для проектного сечения - 54,0 м3/с).

3. Существующее расширенное русло Пролетарского МК не соответствует проектному сечению и имеет отличающие характеристики. Так, расход канала получен равным 57,48 м3/с, проектный - 54,0 м3/с; ширина расширенного русла по дну - 15,0 м, а проектная - 4,0 м; ширина по урезу воды - 37,0 м, проектная - 31,0 м.

4. В случае использования Пролетарского МК в зимний период необходимо учитывать, что основные параметры канала будут снижаться (расход канала составит 36,0 м3/с, средняя скорость - 0,410 м/с).

5. Русло участка канала с креплением каменной наброски будет давать в начальный период эксплуатации значительно сниженные параметры (расход - 33,71 м3/с, средняя скорость -0,384 м/с). Следует учитывать, что при эксплуатации Пролетарского МК с коэффициентом шероховатости 0,0285 расход будет составлять 37,61 м3/с, скорость потока - 0,429 м/с. При проведении крепления канала гравийно-галечни-ковым покрытием расход в начальный период будет составлять 35,48 м3/с, при снижении коэффициента шероховатости расход будет увеличиваться до 39,82 м3/с.

6. При устройстве на участке Пролетарского МК защитного покрытия из каменной наброски с высоким коэффициентом шероховатости 0,035 он будет снижаться по мере его эксплуатации, а расход будет увеличиваться. В предельном случае коэффициент шероховатости может достигнуть значения, соответствующего земляному руслу на этом участке. При этом расход достигнет предельного значения, равного проектному значению, то есть 54,0 м3/с.

Библиографический список

1. Справочник по гидравлическим расчетам / П.Г. Киселев и др. - М.: ЭКОЛИТ, 2011. -312 с.

References

1. Spravochnik po gidravlicheskim rasche-tam / P.G. IMev [i dr.]. - M.: EKOLIT. -2011. - 312 s.

0

0

2. Каналы систем водоснабжения и ирригации: Рекомендации по проектированию и эксплуатации каналов / А.М. Латышенков и др. - М.: Стройиздат, 1972. - 153 с.

3. Латышенков А.М. Выбор наивыгоднейших размеров каналов трапецеидальной формы // Гидротехника и мелиорация. - 1966. - № 5.

4. Угинчус А. А. Гидравлические и технико-экономические расчеты каналов. - М.: Стройиздат, 1965. - 274 с.

5. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2004. - 656 с.

6. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов: Пер. с англ. - М.: Сройиздат, 1969. - 464 с.

7. Рабкова Е.К. Проектирование и расчет оросительных каналов в земляном русле. - М.: Изд-во УДН, 1990. - 252 с.

8. Косиченко Ю.М., Баев О.А. Расчет коэффициентов шероховатости русел каналов с неоднородными участками // Природо-обустройство. - 2020. - № 3. - С. 6-14.

9. Косиченко Ю.М., Гурин К.Г. Определение приведенного коэффициента шероховатости для неоднородного русла по длине // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 1997. - № 3. - С. 85-88.

10. Косиченко Ю.М. Обобщение данных по шероховатости русел каналов в земляном русле и облицовке // Экология и водное хозяйство. - 2020. - № 2 (5). - С. 155-168.

11. Косиченко Ю.М., Баев О.А. Гидравлическая эффективность оросительных каналов при эксплуатации // Вестник МГСУ. -2020. - № 8.Т. 15. - С. 1147-1162.

12. Алимов А.Г. Современные противо-фильтрационные конструкции защитных облицовок каналов и водоемов // Гидротехническое строительство. - 2008. - № 7. - С. 26-36.

13. Абдразаков Ф.К., Рукавишников А.А. Оценка перспективы использования бетонного полотна в качестве облицованного материала оросительных каналов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2020. - № 4 (60). - С. 327-339.

Критерии авторства

Косиченко Ю.М., Баев О.А. .выполнили теоретические исследования, на основании которых провели обобщение и написали рукопись. Косиченко Ю.М., Баев О.А. .имеют на статью авторское право и несут ответственность за плагиат. Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов Статья поступила в редакцию: 03.03.2021 г. Одобрена после рецензирования 22.03.2021 г. Принята к публикации 05.04.2021 г.

2. Kanaly sistem vodosnabzheniya i irri-gatsii: rekomendatsii po proektirovaniyu i ek-spluatatsii kanalov / A.M. Latyshenkov [i dr.]. -M.: Strojizdat, 1972. - 153 s.

3. Latyshenkov A.M. Vybor naivygodnej-shih razmerov kanalov trapetseidalnoj for-my // Gidrotehnika i melioratsiya. - 1966. - № 5.

4. Uginchus A.A. Gidravlicheskie i teh-niko-ekonomicheskie raschety kanalov. - M.: Strojizdat, 1965. - 274 s.

5. Shterenliht D.V. Gidravlika. 3-e izd., pererab. i dop. - M.: Kolos, 2004. - 656 s.

6. Chou V.T. Gidravlika otkrytyh kanalov [per. s angl.]. - M.: Srojizdat, 1969. - 464 s.

7. Rabkova E.K. Proektirovanie i raschet orositelnyh kanalov v zemlyanom rusle. - M.: Iz-vo UDN, 1990. - 252 s.

8. Kosichenko Yu.M., Baev O.A. Raschet koeffitsientov sherohovatosti rusel kanalov s neodnorodnymi uchastkami // Priro-doobustrojstvo, 2020. - № 3. - S. 6-14.

9. Kosichenko Yu.M., Gurin K.G. Opre-delenie privedennogo koeffitsienta sherohovatosti dlya neodnorodnogo rusla po dli-ne // Izvestiya vuzov Sev. - Kav. Region. Teh-nicheskie nauki, 1997. - № 3. - S. 85-88.

10. Kosichenko Yu.M. Obobshchenie dan-nyh po sherohovatosti rusel kanalov v zemlya-nom rusle i oblitsovke // Ekologiya i vodnoe ho-zyajstvo, 2020. - № 2(5). - S. 155-168.

11. Kosichenko Yu.M., Baev O.A. Gi-dravlicheskaya effektivnost orositelnyh kana-lov pri ekspluatatsii // Vestnik MGSU, 2020. -T. 15. - № 8. - S. 1147-1162.

12. Alimov A.G. Sovremennye protivofil-tratsionnye konstruktsii zashchitnyh oblitso-vok kanalov i vodoemov // Gidrotehnicheskoe stroitelstvo, 2008. - № 7. - S. 26-36.

13. Abdrazakov F.K., Rukavishni-kov A.A. Otsenka perspektivy ispolzovaniya betonnogo polotna v kachestve oblitsovanno-go materiala orositelnyh kanalov // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kom-pleksa: Nauka i vysshee professionalnoe obra-zovanie, 2020. - № 4 (60). - S. 327-339.

Criteria of authorship

Kosichenko Yu.M., Baev O.A. carried out theoretical studies, on the basis of which they generalized and wrote the manuscript. Kosichenko Yu.M., Baev O.A. have a copyright on the article and are responsible for plagiarism.

Conflict of interests

The authors state that there are no conflicts of interests The article was submitted to the editorial office 03.03.2021

Approved after reviewing 22.03.2021 Accepted for publication 05.04.2021

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.