CC BY
34УДК 627.423:627.8
Ситнов Александр Николаевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой водных путей и гидросооружений ФГБОУ ВО «ВГУВТ», e-mail: stnv1952@rambler.ru Воронина Юлия Евгеньевна, к.т.н., доцент кафедры водных путей и гидросооружений ФГБОУ ВО «ВГУВТ», e-mail: yulez@yandex.ru Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волжский государственный университет водного транспорта» (ФГБОУ ВО «ВГУВТ»)
603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ОЦЕНКА ДИНАМИКИ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ГЛУБИН В НИЖНЕМ БЬЕФЕ НИЖЕГОРОДСКОГО ГИДРОУЗЛА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ТРЕТЬЕЙ НИТКИ ШЛЮЗОВ ИЛИ ИХ ТРЕТЬЕЙ СТУПЕНИ
Ключевые слова: посадка уровня воды, дноуглубление, третья нитка шлюзов, гидравлически допустимая глубина, канализирование русла
Судоходные шлюзы Нижегородского гидроузла и участок Городец - Нижний Новгород лимитируют судоходство на Единой Глубоководной Системе (ЕГС). Большое влияние на посадку уровней воды в нижнем бьефе Нижегородской ГЭС оказали дноуглубительные работы, производимые с 1970-х для поддержания проектной глубины. Решение проблемы малых глубин на участке и прохождение судами Городецких шлюзов возможно путем строительства низконапорного гидроузла в районе Б. Козино. Для оценки влияния строительства третьей нитки судоходного шлюза как другого, предлагаемого рядом авторов варианта решения проблемы, выполнены гидравлические расчеты поведения свободной поверхности воды на участке и связанные с ней глубины. Движение потока воды в русле реки описывалось системой дифференциальных уравнений движения. В результате проведенных расчетов получено, что кривая свободной поверхности при расходах в интервале 800-1500 м3/с не достигает положения кривой при проектном уровне. Это говорит о необеспеченности проектной судоходной глубины на участке. Альтернативные варианты низконапорному гидроузлу в виде третьей нитки Городецких шлюзов или третьей ступени в подходном канале не обеспечат требуемую судоходную глубину. Русло нижнего бьефа будет кардинально деформировано, а дополнительные объемы дноуглубительных работ на участке нижнего бьефа повлекут посадку уровней воды на порогах существующих шлюзов № 15-16 и на самом участке.
В настоящее время участок р. Волга от створа Нижегородского гидроузла до г. Нижний Новгород имеет серьезную проблему, связанную с лимитирующими глубинами на участке и порогах шлюзов № 15, 16 Нижегородского гидроузла. Проблема со временем усугубляется и грозит прервать сквозное судоходство на Волге, разорвав его на северную и южную части.
В современных условиях водный режим нижнего бьефа Нижегородской ГЭС определяется сбросными расходами с ГЭС. Боковая приточность на участке от плотины Нижегородского гидроузла до створа проектируемого низконапорного гидроузла составляет менее 1% от величины сбросных расходов и, соответственно, не оказывает заметного влияния на водный режим участка.
Горьковское водохранилище осуществляет регулирование стока р. Волга совместно с вышележащим Рыбинским водохранилищем. Режим работы водохранилищ регламентируется «Основными правилами использования водных ресурсов Рыбинского и Горьковского водохранилищ на р. Волге».
Регулирование стока р. Волга водохранилищами привело к заметным изменениям его внутригодового распределения, при которых прослеживается снижение объемов
половодий и увеличение объема стока в период межени. Так, по сравнению с естественным режимом, сток весеннего половодья (апрель-июнь) в нижнем бьефе Нижегородского гидроузла уменьшился на 15%, сток летнее-осенней межени (июль - ноябрь) увеличился на 10-25%, сток зимней межени (декабрь-март) увеличился в два раза [1].
За период совместной (с 1957 г.) эксплуатации Рыбинского и Горьковского водохранилищ максимальные расходы воды в нижнем бьефе Нижегородского гидроузла регистрировались в интервале от 1860 м3/с (1964 г.) до 7550 м3/с (1966 г.). Средний максимальный расход воды составляет 4950 м3/с. Максимальные сбросные расходы приходятся на начало мая.
В период навигационной межени расходы воды в нижнем бьефе Нижегородской ГЭС изменялись от 753 м3/с (август 1973 г) до 6160 м3/с (ноябрь 2012 г), средний сбросной расход составил 1300 м3/с.
Суточное и недельное регулирование мощности Нижегородской ГЭС обуславливает неравномерность сбросных расходов в нижний бьеф гидроузла в меженный период. Расходы попусков Нижегородской ГЭС в течение рабочих суток обычно меняются от 500 до 2500-3000 м3/с. В выходные и праздничные дни максимальные сбросы снижаются.
Создание Нижегородского (Горьковского) гидроузла (1956 г.) и наполнение Чебоксарского водохранилища до отметки 63,0 мБС вместо проектной отметки подпорного уровня 68,0 мБС, привело к необратимой деформации русла р.Волга в нижнем бьефе гидроузла, что связано в первую очередь с глубинной эрозией и понижением отметок дна. За годы эксплуатации ГЭС оно понизилось на 1,35 м у Городца и 0,85 м у Балахны. Подобная ситуация с русловыми процессами и водным режимом нижних бьефов отмечается во многих работах [2-6, 9-13].
Существенное влияние на посадку уровней воды в нижнем бьефе Нижегородской ГЭС оказали дноуглубительные работы, производимые с 1970-х для поддержания проектной глубины (рис. 1).
Рис. 1. Схема участка нижнего бьефа Нижегородской ГЭС
Дноуглубительные работы на перекатах от Балахны до Нижнего Новгорода позволили достичь судоходной глубины на этом участке 3,5 м и одновременно спровоцировали посадку уровней на вышележащем участке до Городца вследствие исчерпания гидравлически допустимой глубины.
Эрозионные деформации и дноуглубительные работы изменили русло, по сути произведя его канализирование, что повлияло на геометрические и гидравлические параметры русла и судоходные условия.
Предлагалось многоподходов крешению судоходной проблемы и после многолетних поисков и обсуждений различных вариантов выхода из сложившейся ситуации предложено решение путем строительства низконапорного гидроузла в районе поселка Большое Козино (890,5 км судового хода). Оно принято на правительственном уровне, вошло в стратегические документы развития водного транспорта и в настоящее время ведется проектирование гидроузла.
В числе основных альтернативных вариантов низконапорному гидроузлу несколько десятилетий рассматривался вариант строительства третьей нитки (третьей ступени) Городецких шлюзов, который до сих пор его авторами не снимается с повестки дня и оценивается как менее затратный и более экологичный [11]. Поэтому нами для оценки последствий решения судоходной проблемы возведением третьей нитки или третьей ступени Городецких шлюзов выполнены гидравлические расчеты поведения свободной поверхности воды на участке и связанные с ней глубины.
Гидравлические расчеты выполнены на ПК по программе «Перекат», позволяющей определить посадку уровня воды в реке на рассматриваемом участке при устройстве дноуглубительной прорези и прохождении расчетного расхода воды.
В основу расчета кривой свободной поверхности (КСП) положены следующие предпосылки и математические зависимости. Движение потока воды в реке считается установившимся. Русло реки не размывается потоком воды и не деформируется, движение потока воды в русле реки описывается системой дифференциальных уравнений движения [8]:
¿2 V2 1 + £й и2 ПЛ
------= 0 ^
<И С2Я 2 д 61
и неразрывности:
где
Z - отметка кривой свободной поверхности, м; / - продольная координата, м; ( ' - скорость течения воды. м/с; И - средняя глубина потока воды в сечении, м;
О - расход воды, м /с;
В - ширина реки по зеркалу воды, м; g - ускорение свободного падения, м /с; § - коэффициент местных сопротивлений; C - коэффициент Шези, определяемый по формуле Маннинга:
с = -Л (3)
п
где п - коэффициент шероховатости русла; R - гидравлический радиус, м.
(4)
где U\ и ^ - средние скорости течения соответственно в верхнем и нижнем сечениях расчетного участка, в пределах которого произошло расширение потока, м/с.
На участках сжатия и равномерного движения потока величина коэффициента местных сопротивлений принимается равной нулю:
(5)
(6)
где Бср и hep - осредненные по длине участке Ali значения ширины и средней глубины потока воды в расчетных сечениях;
Д U2
25
■ приращение кинетической энергии на участке;
АХ - падение КСП на участке.
Если данных о положении КСП нет, то задаются отметки уровня воды в начале и в конце участка реки и определяется средняя величина коэффициента шероховатости русла для всего рассматриваемого участка.
При расчете КСП в русле с прорезью величина коэффициента шероховатости русла принимается равной коэффициенту шероховатости русла без прорези.
Решение системы уравнений (1-6) осуществляется численно методом конечных разностей.
Уравнение (1) в конечных разностях можно представить в виде:
(7)
а+о-е2
2g
Процесс вычисления отметок уровня воды КСП в поперечных сечениях выполняется следующим образом.
В первом приближении задаются координаты кривой свободной поверхности на рассматриваемом участке реки. Определяются все расчетные параметры русла. Далее путем последовательных приближений с использованием метода Зейделя [4] выполняется расчет кривой свободной поверхности при прохождении расчетного расхода по уравнению (7). На каждой ступени итерационного процесса при некотором промежуточном положении КСП корректируются характеристики русла (ширина, средняя глубина) в расчетных сечениях и выполняется следующая итерация.
Итерационный процесс вычисления отметок КСП продолжается до тех пор, пока не выполнится условие заданной точности расчета в каждом сечении:
(8)
где у - порядковый номер итерации;
Х^ - расчетная отметка уровня воды в /-м сечении;
е - заданная величина точности расчета I; = :} О Л .■.■:.
В случае невыполнения условия (8) число итераций ограничивается значением ] = 1000 с выдачей предупреждения: «Решение расходится».
При наличии фактических данных о положении кривой свободной поверхности программа производит сравнение расчетных и фактических координат кривой
свободной поверхности. Эта операция производится с целью корректировки коэффициента шероховатости русла и установления его величины, соответствующей фактическим условиям [7]. Итерационный процесс при корректировке величины коэффициента шероховатости русла завершается при установлении минимальных (в пределах точности измерения уровней воды в полевых условиях) расхождений между расчетными и фактическими уровнями воды в расчетных сечениях.
Посадка уровня воды при дноуглублении (устройстве прорези) определяется по формуле:
где Zpi - отметка проектного уровня воды в /-м расчетном створе; Zri - отметка расчетного уровня воды в /-м расчетном створе после устройства прорези.
Отметки проектного уровня воды должны быть известны, отметки расчетного уровня воды после разработки прорези вычисляются.
Для определения отметок кривой свободной поверхности в расчетных створах после разработки прорези требуется информация о рельефе дна в месте расположения прорези, ширине и гарантированной глубине судового хода, вычисляется отметка дна прорези, площадь ее поперечного сечения и производится расчет кривой свободной поверхности при возросшей площади живого сечения русла. Коэффициент шероховатости русла, установленный для бытовых условий, не корректируется. Результаты расчета выдаются в табличной форме.
В состав исходных данных гидравлических расчетов входят следующие их виды:
а) план русла в изобатах с нанесенными на нем расчетными сечениями;
б) расходы воды на всем протяжении рассматриваемого участка реки;
в) отметки кривой свободной поверхности на концах рассматриваемого участка реки или данные мгновенной связки уровней на этом участке.
В качестве исходного планового материала для выяснения конфигураций поперечных сечений русла и определения расстояний между ними был использован план съемки, выполненный изыскательской партией Нижегородского района водных путей и судоходства.
Расчетный участок Волги общей протяженностью 45,1 км был разбит 54-я сечениями на отдельные участки различной длины. Нумерация сечений производилась сверху вниз по течению, начальное сечение №54 расположено на 899,6 км (у г.п. «Сормово»), а №1 - в створе разветвления русла у подходного канала Городецких шлюзов на 854,5 км основного судового хода (см. рис. 1).
При расчетах с учетом отсутствия на рассматриваемом участке крупных притоков, расход на которых превышал бы 1% от расхода основного водотока, приняты постоянные расходы в интервале 800-1500 м3/с с шагом 100 м3/с, определяемые режимом работы Нижегородской ГЭС.
По рассмотренной выше методике произведены расчеты положения свободной поверхности воды в нижнем бьефе на участке 854,5-899,6 км по оси судового хода при указанных расходах воды через Нижегородский гидроузел и отметке порога шлюзов №15-16, равной 64,0 мБС. На рис. 2 приведено положение кривой свободной поверхности воды (без учета посадки уровня воды). Как видно из полученных данных, кривая свободной поверхности при рассмотренных расходах не достигает положение кривой при проектном уровне, что говорит о необеспеченности проектной судоходной глубины на участке.
На посадку уровня воды большое влияние оказывает состояние русла и достижение гидравлически допустимой глубины, природа которой пояснена ниже.
Рис. 2. Положение кривых свободной поверхности при различных расходах
До определенного предела понижение отметок гребней перекатов сопровождается равнозначным ростом глубин. Затем возникает необходимость учета начавшейся посадки уровня воды - понижение отметок кривой свободной поверхности воды, снижающих эффект от дноуглубления.
Этот момент отвечает достижению гидравлически допустимых глубин. Дальнейшее понижение отметок гребня переката будет обеспечивать все меньший фактический прирост судоходной глубины. В ходе этого русло канализируется - происходит сглаживание различий в глубинах плесовых лощин и перекатов.
В канализированном русле при выравнивании глубин по длине реки уклон свободной поверхности на перекате и в плесовой лощине становится постоянным. Последующее понижение дна путем дноуглубления влечет за собой существенную посадку уровня воды, которая не приведет к реальному дополнительному увеличению глубины.
На реках, режим которых близок к естественному (при отсутствии интенсивного дноуглубления), имеет место четко выраженное различие в площадях живого сечения плесовой лощины и переката. Форма поперечного сечения на перекате после интенсивных многолетних дноуглубительных работ претерпевает значительное изменение.
После вторжения в русловой режим реки путем дноуглубительных работ это различие уменьшается. Разница между площадями живого сечения переката и плесовой лощины сохраняется, но при одном и том же уровне воды с годами она уменьшается. По достижению гидравлически допустимой глубины изменение формы русла замедляется, так как русло становится неспособным воспринимать дноуглубление и перестраивать свое ложе для компенсации посадки уровня воды от искусственного увеличения естественной глубины. Наступает момент, когда данная компенсация в посадке уровней перестает исчезать и при дальнейшем углублении русла посадка остается существенной, а через какое-то время будет равна величине углубления русла.
В таблице 1 при существующей отметке порогов шлюзов 64,0 мБС по результатам расчетов приведены обобщенные данные по величине посадки уровней воды в районе судоходных шлюзов, глубины на порогах существующих нижних шлюзов (№15-16) и уклонов свободной поверхности воды на участке нижнего бьефа при различных расходах через Нижегородскую ГЭС.
Таблица 1
Обобщенныеданные параметров гидрологического режима и глубин нижнего бьефа
Шлюз Отметка Расход, Посадка Глубина Уклон сво- Глубина на участке, м
порога, м3/с ЛЬ, см на пороге, м бодной по-
мБС Без учета посадки уровня воды С учетом посадки уровня воды верхности на участке Без учета посадки уровня воды Минимальная с учетом посадки уровня воды
64,0 800 83,03 2,17 1,34 0,0001353 4,0 3,17-3,37
64,0 900 74,88 2,3 1,55 0,0001555
I 64,0 1000 72,48 2,39 1,66 0,0001793
2 64,0 1100 73,51 2,47 1,74 0,0002063
Р о е 64,0 1200 73,97 2,53 1,79 0,0002352
я О 64,0 1300 70,75 2,61 1,9 0,0002619
64,0 1400 68,73 2,8 2,11 0,0002909
64,0 1500 63,14 2,9 2,27 0,0003170
Третья 61,0 800 137,49 5,17 3,78 0,0001229 4,0-5,17 3,78
нитка
Анализ данных таблицы 9 показывает, что даже при расходе 1500 м3/с глубина на пороге шлюзов с учетом посадки уровней воды от дноуглубления составляет 2,27 м и далека от требуемой. Уклон свободной поверхности возрастает более чем в 2 раза с ростом расходов (соответственно уклон 0,0001353 при расходе 800 м3/с и 0,0003170 при расходе 1500 м3/с). Это вполне объяснимо, поскольку с ростом расходов возрастают не только уровни воды в нижнем бьефе (связь между ними отражается в кривой расходов), но и возрастают скорости течения, зависящие от уклона свободной поверхности.
В процессе расчетов параметров гидрологического режима нижнего бьефа Нижегородского гидроузла и сравнении их с выполненными ранее исследованиями (проф. Фролов Р.Д.) [9, 10] обнаружены следующие особенности, вытекающие из кривых расходов в створе №7 (6 км ниже Нижегородской ГЭС) в разные годы (рис. 3).
1) Как видно, в начальный год эксплуатации ГЭС (1957 г.) положение кривой - самое высокое (русло еще не деформировано). Однако через 8 лет (1965 г.) кривая расходов опустилась в связи с глубинной эрозией дна, дноуглубительными работами, и расходы уже не обеспечивают достижение прежних уровней воды. Кривая расходовна 2015 г показывает, что проектный уровень (67,5 мБС) не достигается и при расходе 1500 м3/с и расход нужно увеличивать.
2) Наклон кривой расходов 2015 г. стал более пологим, чем в начальные годы, то есть увеличение расхода не вызывает как прежде адекватный прирост уровней в нижнем бьефе и для достижения необходимого приращения уровня воды требуется все большее приращение расхода. Другими словами, связь между расходами и уровнями воды в нижнем бьефе во временном разрезе ослабевает.
Поэтому для достижения глубины на порогах 4,0 м необходимо понизить порог третьей нитки шлюза (третьей ступени) по крайней мере на 2,64 м (4,0-1,34) с отметкой 61,36 мБС, что приведет к понижению отметок дна на расчетном участке, изменению параметров поперечных сечений, положений кривой свободной поверхности воды и величины посадки уровней. С учетом того, что дополнительное дноуглубление для возможности подхода судов к шлюзу с пониженным порогом вызовет дополнительную посадку уровней, а также производимых на практике переуглублений в виде запасов на
неровность выработки, отметка порога шлюзов третьей нитки (третьей ступени в подходном канале) принимается равной 61,0 мБС.
При данной отметке порога произведены расчеты кривой свободной поверхности воды на участке при «провальном» расходе 800 м3/с, кривая показана на рис. 3 для отметок порога 64,0м БС и 61,0м БС и результаты отражены в таблице 1.
Н мБС
Расход бады, м!/с
Рис. 3. Динамика изменения графика связи расхода от уровня воды по гидропосту №7 в течение ряда лет
Отпе/пщ ь ВС
850 860 870 880 890 900 Киятщтж.
Рис. 4. Положение кривой свободной поверхности при среднесуточном расходе 800 м3/с
Необходимость учета дополнительной посадки уровней при дополнительном дноуглублении судоходной прорези наглядно отражена на рис. 5, где по результатам расчета кривой свободной поверхности воды при расходе 800 м3/с и отметками порога шлюза 64,0 мБС и 61,0 мБС показано изменение глубин прорези и посадка уровней воды на участке. По данным рисунка видно, как вслед за увеличением глубин
судоходной прорези увеличивается посадка уровней, особенно в случаях достижения и превышения гидравлически допустимой глубины, что имеет место в нижнем бьефе Нижегородской ГЭС.
Рис. 5. Изменение посадки уровней воды и глубины прорези на 854,5-899,6 км р. Волга
При строительстве третьей нитки или третьей ступени шлюзов глубины как на пороге шлюзов третьей нитки и третьей ступени в подходном канале (3,78 м), так и на участке нижнего бьефа (минимальные 3,78 м) не достигают 4,0 м и не обеспечивают необходимых условий для судоходства на ЕГС.
Результаты выполненных расчетов показали:
1. Имеется возможность увеличения глубины как на самом участке нижнего бьефа, так и на порогах существующих шлюзов за счет повышения среднесуточных расходов через гидроузел. Однако это увеличение расходов должно значительно превышать обусловленные действующими правилами использования водных ресурсов Рыбинского и Горьковского водохранилищ (800-1100 м3/с) и даже заложенных в расчет 1500 м3/с недостаточно. Расход 1500 м3/с и его дальнейшее увеличение связано с регулированием стока каскада Волжских водохранилищ как выше, так и нижерасположенных, что при комплексном характере гидроузлов и противоречивых интересах водопользователей и водопотребителей, представляется маловероятным по возможности реализации и многолетним по решению организационных вопросов.
2. Строительство третьей нитки шлюзов или третьей ступени в подходном канале с пониженной на 3 метра отметкой порога по сравнению с существующими шлюзами № 15-16 с 64,0 мБС до 61,0 мБС, также проблему не решает и не обеспечивает требуемую судоходную глубину 4 м. Нужно отметку порога еще более понижать, но это будет сопровождаться дальнейшей посадкой уровней воды. Число итераций с понижением отметки порогов ограничивается достижением подпора от Чебоксарского водохранилища (63,0 мБС) и отметкой порога 59,0 мБС. Но понижение свободной поверхности воды в вариантах с пониженным порогом шлюзов чревато опасными последствиями для безопасности водоподпорных сооружений Нижегородского гидроузла, работоспособности ГЭС, водоснабжения и др. Кроме того, русло нижнего бьефа будет кардинально деформировано и нужно дополнительно исследовать и дать оценку негативного воздействия на окружающую среду.
3. С точки зрения эксплуатационной, строительство третьей нитки резко ограничивает пропускную способность системы. Третья нитка с пониженным порогом вызовет большой объем дноуглубительных работ на участке нижнего бьефа, что повлечет посадку уровней воды, и глубины на порогах существующих шлюзов № 15-16 при
расходах 800 м3/с составятменее 1 м, что выведет их из эксплуатации. С учетом изложенного считаем, что строительство третьей нитки (третьей ступени) не решает проблему судоходства.
Список литературы:
[1] Инженерный центр энергетики Поволжья. Строительство Нижегородского низконапорного гидроузла. Инженерно-гидрометеорологические изыскания. Отчет 07515-000-ГИДЗ-1.1.01/09.14, 2014.
[2] Галков В.А. Исследование руслового режима и судоходных условий в нижних бьефах крупных гидроузлов. //Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. / В.А. Галков. - С-Пб.: ЛИВТ, 1969 г.
[3] Векслер А.Б. Трансформация русла р. Камы в нижнем бьефе Воткинского гидроузла. / А.Б. Векслер, В.М. Доненберг. - С-Пб., ВНИИГ им. В.Е. Веденеева, 1993 г.
[4] Мазур Г.С. Деформация русла в нижнем бьефе Иркутской ГЭС // Четырнадцатое межвузовское научно-координационное совещание / Г.С. Мазур, Т.А. Яромолюк, Н.С. Бавтюк, Е.Л. Сергеев.
[5] Вабиньский З. Морфообразующая роль водохранилища Влацлавск на Висле ниже плотины. // Высшая педагогическая школа / З. Вабиньский - Выдгощь, Польша, 1998 г.
[6] Векслер А.Б. Опыт оценки трансформации русел рек в нижних бьефах гидроузлов. / А.Б. Векслер, В.М. Доннеберг. - С-Пб., Известия ВНИИГ им. В.Е. Веденеева, т. 230, 1997 г.
[7] Руководство по улучшению судоходных условий на свободных реках.// С. Петербург, 1992. -312 с.
[8] Гришанин К.В. Водные пути.// Учебник для вузов/ К.В. Гришанин, В.В. Дегтярев, В.М. Селезнев - М.: Транспорт, 1986. - 400 с.
[9] Фролов Р.Д. Отчет по НИР «Исследование гидрологического режима нижнего бьефа низконапорного гидроузла на р.Волге, прогноз многолетних деформаций русла и обоснование глубины заложения камер шлюза» №244204. / Р.Д. Фролов. - Н.Новгород.: ВГАВТ, 2004. - 84 с.
[10] Фролов Р.Д. Отчет по НИР «Обоснование увеличения глубины судового хода р.Волги на участке Н. Новгород - Балахна» №214291. / Р.Д. Фролов. - Н.Новгород.: ВГАВТ, 2001. - 96 с.
[11] Кривошей В.А. Нижегородский гидроузел. Быть или не быть? / В.А. Кривошей. - Астрахань.: Астраханский вестник экологического образования. № 1 (35), 2016. - 77-87 с.
[12] Free surface profile and inception point as characteristics of aerated flow over stepped spillway: Numerical studyBentalhaChakib, Habi Mohammed Journal of Water and Land Development. 2019;42(1):42-48 DOI 10.2478/jwld-2019-0043
[13] Extreme hydrological events and the influence of reservoirs in a highly regulated river basin of northeastern SpainS.M. Vicente-Serrano, J. Zabalza-Martínez, G. Borras, J.I. López-Moreno, E. Pla, D. Pascual, R. Savé, C. Biel, I. Funes, C. Azorin-Molina, A. Sanchez-Lorenzo, N. Martín-Hernández, M. Peña-Gallardo, E. Alonso-González, M. Tomas-Burguera, A. El KenawyJournal of Hydrology: Regional Studies. 2017;12(C):13-32 DOI 10.1016/j.ejrh.2017.01.004
ESTIMATION OF FREE SURFACE AND DEPTHS DYNAMICS IN DOWNSTREAM OF NIZHNY NOVGOROD HYDROPOWER COMPLEX WHEN CONSTRUCTING THE THIRD LINE OF LOCKS OR THEIR THIRD STAGE
Sitnov Aleksandr N., Doctor of Engineering Sciences, professor, head of the department of waterways and hydraulic structures, Volga State University of Water Transport
Voronina Yuliya E., Candidate of Engineering Sciences, Associate professor of the department of waterways and hydraulic structures Volga State University of Water Transport 5, Nesterov st, Nizhniy Novgorod, 603951
Keywords: water level landing, dredging, third lock line, hydraulicallypermissible depth, riverbed canalization
The shipping locks of the Nizhny Novgorod hydropower complex and the Gorodets-Nizhny Novgorod section limit shipping in the Integrated Deep Water System. Dredging, carried out since the 1970s to maintain design depth, has had a great impact on the water level in the downstream of the Nizhny Novgorod hydropower station. The solution of the problem of shallow depths on the site and the passage of the Gorodets locks by the vessels is possible by building a low-pressure hydroelectric complex in the area of B. Kozino. In order to estimate the impact of the construction of the third lock line, as another alternative solution of the problem proposed by a number of authors, hydraulic calculations of the behavior of water free surface at the site and at depths were performed. The movement of the water flow in the riverbed was described by a system of differential equations of motion. As a result of the calculations, it was found that the free surface curve at a flow velocity in the range of800-1500 m3/s does not reach the position of the curve at the design level. This indicates the insecurity of the design shipping depth on the site. Alternatives to hydraulic structures in the form of the third line of Gorodets locks or the third stage in the approach channel will not provide the necessary navigation depth. Downstream channel will be radically deformed, and additional dredging in the downstream site will lead to the water levels landing on the sills of existing locks No. 15-16 and the site.
References:
[1] Inzhenemy ytsentr energetiki Povolzh'ya. Stroitel'stvoNizhegorodskogonizkonapornogogidrouzla. Inzhenemo-gidrometeorologicheskieizyskaniya. Otchet 07515-000-GIDZ-1.1.01/09.14, 2014.
[2] Galkov V.A. Issledovanie ruslovogo rezhima i sudokhodnykhusloviy v nizhnikhb'efakhkrupnykh-gidrouzlov. //Avtoreferatdissertatsiinasoiskanieuchenoystepenikandidata tekhnicheskikh nauk. / V.A. Galkov. - S-Pb.: LIVT, 1969 g.
[3] Veksler A.B. Transformatsiyarusla r. Kamy v nizhnemb'efeVotkinskogogidrouzla. / A.B. Veksler, V.M. Donenberg. - S-Pb., VNIIG im. V.E. Vedeneeva, 1993 g.
[4] Mazur G.S. Deformatsiyarusla v nizhnemb'efeIrkutskoy GES. // Chetyrnadtsatoemezhvu-zovskoenauchno-koordinatsionnoesoveshchanie. / G.S. Mazur, T.A. Yaromolyuk, N.S. Bavtyuk, E.L. Sergeev.
[5] Vabin'skiy Z. Morfoobrazuyushchayarol' vodokhranilishchaVlatslavsknaVislenizheplotiny. // Vysshaya pedagogicheskayashkola / Z. Vabin'skiy - Vydgoshch', Pol'sha, 1998 g.
[6] Veksler A.B. Opytotsenkitransformatsiiruselrek v nizhnikhb'efakhgidrouzlov. / A.B. Veksler, V.M. Donneberg. - S-Pb., Izvestiya VNIIG im. V.E. Vedeneeva, t. 230, 1997 g.
[7] Rukovodstvo po uluchsheniyusudokhodnykhusloviynasvobodnykhrekakh// S. Peterburg, 1992. -312 s.
[8] Grishanin K.V. Vodnyeputi.// UchebnikdlyaVUZov/ K.V. Grishanin, V.V. Degtyarev, V.M. Seleznev - M.: Transport, 1986. - 400 s.
[9] Frolov R.D. Otchet po NIR «Issledovanie gidrologicheskogorezhimanizhnegob'efanizkonapor-nogogidrouzlana r. Volge, prognoz mnogoletnikhdeformatsiyruslaiobosnovanieglubiny zalozheniyaka-mershlyuza» №244204. / R.D. Frolov. - N. Novgorod.: VGAVT, 2004. - 84 s.
[10] Frolov R.D. Otchet po NIR «Obosnovanieuvelicheniyaglubinysudovogokhoda r. Volginauchastke N. Novgorod - Balakhna» №214291. / R.D. Frolov. - N. Novgorod.: VGAVT, 2001. - 96 s.
[11] Krivoshey V.A. Nizhegorodskiygidrouzel. Byt' ili ne byt'? / V.A. Krivoshey. - Astrakhan'.: Astra-khanskiyvestnikekologicheskogoobrazovaniya. № 1 (35), 2016 - 77-87 s.
[12] Free surface profile and inception point as characteristics of aerated flow over stepped spillway: Numerical studyBentalhaChakib, Habi Mohammed Journal of Water and Land Development. 2019;42(1):42-48 DOI 10.2478/jwld-2019-0043
[13] Extreme hydrological events and the influence of reservoirs in a highly regulated river basin of northeastern Spain S.M. Vicente-Serrano, J. Zabalza-Martínez, G. Borras, J.I. López-Moreno, E. Pla, D. Pascual, R. Savé, C. Biel, I. Funes, C. Azorin-Molina, A. Sanchez-Lorenzo, N. Martín-Hernández, M. Peña-Gallardo, E. Alonso-González, M. Tomas-Burguera, A. El KenawyJournal of Hydrology: Regional Studies. 2017;12(C):13-32 DOI 10.1016/j.ejrh.2017.01.004
Статья поступила в редакцию 20.10. 2019 г.
