CC BY
22
kuNiVERSLIM:
№ 10 (91)_ДД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_октябрь. 2021 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2021.91.10.12451
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА В НИЖНЕМ БЬЕФЕ МНОГОПРОЛЕТНЫХ ПЛОТИН И РЕЖИМ МАНЕВРИРОВАНИЯ ЗАТВОРАМИ КАК МЕРА БОРЬБЫ СО СБОЙНЫМИ ТЕЧЕНИЯМИ
Саидходжаева Дилсорахон Абдурахмоновна
ст. преподаватель кафедры электроэнергии и эксплуатации насосных станций, Андижанский институт сельского хозяйства и агротехнологий,
Республика Узбекистан, г. Андижан E-mail: gulomjonterdu@,internet. ru
Ишонкулов Зохиджон Мамасолиевич
ассистент кафедры гидротехники и мелиоративных сооружений, Андижанский институт сельского хозяйства и агротехнологий,
Республика Узбекистан, г. Андижан
Абдухалилов Обомуслим Абдумажид угли
ассистент кафедры электроэнергии и эксплуатации насосных станций , Андижанский институт сельского хозяйства и агротехнологий,
Республика Узбекистан, г. Андижан
Мирзаев Сардор Зафарбек угли
ассистент кафедры электроэнергии и эксплуатации насосных станций, Андижанский институт сельского хозяйства и агротехнологий,
Республика Узбекистан, г. Андижан
SPATIAL MOTION OF THE FLOW IN THE BOTTOM OF MULTI-SPAN DAMS AND THE REGIME OF GATE MANEUVERING AS A MEASURE OF COMBATING WITH MALFUNCTIONAL FLOWS
Dilsoraxon Saidxojaeva
Senior Lecturer of the Department of Electricity and Operation of Pumping Stations, Andijan Institute of Agriculture and Agricultural Technologies,
Uzbekistan, Andijan
Zohidjon Ishonqulov
Assistant of the Department of Hydraulic Engineering and Reclamation Structures.
Andijan Institute of Agriculture and Agricultural Technologies
Uzbekistan, Andijan
Obomuslim Abduxalilov
Assistant at the Department of Electricity and Operation of Pumping Stations.
Andijan Institute of Agriculture and Agricultural Technologies,
Uzbekistan, Andijan
Sardor Mirzaev
Assistant at the Department of Electricity and Operation of Pumping Stations.
Andijan Institute of Agriculture and Agricultural Technologies,
Uzbekistan, Andijan
АННОТАЦИЯ
В данной статье раскрыты причины возникновения и увеличения донных скоростей потока в нижнем бъефе сбрасывающих сооружений, их влияние как на дно так и на берега последнего. При пропуске эксплуатационных, а также паводковых вод через плотинные сооружения в нижнем бъефе возникают серьёзные проблемы такие как неравномерное распределение гидродинамических нагрузок на плиты , ещё имеющая большую силу непогасшая
Библиографическое описание: ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА В НИЖНЕМ БЬЕФЕ МНОГОПРОЛЕТНЫХ ПЛОТИН И РЕЖИМ МАНЕВРИРОВАНИЯ ЗАТВОРАМИ КАК МЕРА БОРЬБЫ СО СБОЙНЫМИ ТЕЧЕНИЯМИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Саидходжаева Д,А, [и др.]. 2021. 10(91). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/12451
A UNiVERSUM:
№10(91)_¿Д ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_октябрь. 2021 г.
кинетическая энергия размывает дно и берега за сооружением, возникникают всё новые расщелины фильтрации,что приводит к уменьшанию устойчивости сооружения. Основной целью является разработка таких гасительных сооружений,применение которых укрепило бы устойчивость сооружения и уменьшило влияние кинетической энергии на дно и берега нижнего бъефа сбрасывающих сооружений.
ABSTRACT
We encounter anumber of problems with the construction of flood waters, all running waters. In the operation of explotation and flood water at the bottom of the structure, all the reinforcing structures - the uneven distribution of the hydrodynamic load on the plates leads to deterioration of working conditions. The kinetic energy of the fluid is still completely discharged to the bottom of the building, to the sinking of the conduit to the shutters, to the bottom of the building, to change the slopes. In order to create an environmentally safe working environment for hydraulic engines more flexible type of conduits for multiple shunting sections.
Ключевые слова: Паводковые воды, сбросные расходы, водослив, щитовая плотина, водосброс, нижний бьеф, гасящие устройства, растекатели, донный режим, сопряжения бьефов, водобой, рванный камень, водопропускные сооружения, придонные и поверхностные скоростипотока.
Keywords: Flood waters, discharge flows, spillway, shield dam, spillway, tailwater, damping devices, diffusers, bottom regime, pond junctions, water basin, broken stone, culverts, bottom and surface flow rates.
ВСТУПЛЕНИЕ
На сегодняшний день одной из глобальных проблем Республики Узбекистан является обеспечение беспробойной и безопасной работы сооружений постоянно эксплуатируемых на протяжении 75 лет. На основе статистических данных у 15% плотин устойчивость их не обеспечена, каждый год возникают серьёзные разрушения 5% из сооружений.
Водные ресурсы Ферганской долины Узбекистана по основным речным бассейнам Сырдарьи и Амударьи оцениваются в пределах 111 км3 в год. Основная часть, до 75%, используется на орошение. При орошаемой площади 8,5 млн. га обеспеченность одного гектара орошаемой площади составляет -10,5 тыс. м3 /га без учета потерь по оросительным каналам.
В последнее столетие в мире произошло более 1 тыс. случаев разрушения гидротехнических сооружений.
Причинами являются факторы как природного, так и антропогенного характера. Антропогенный фактор заключается, главным образом, в недостаточном гидрологическом и инженерно-геологическом обосновании проектов.
Изучение вопросов движения потоков в нижних бьефах речных гидроузлов имеет большое значение для обеспечения их надежной эксплуатации. Многочисленные аварии и разрушения, наблюдаемые в нижних бьефах плотин, чаще всего объясняются неправильной эксплуатацией сооружений. Необходимо помнить, что каждый гидроузел представляет собой, в известной мере, индивидуальное сооружение и это обстоятельство стараются учесть при разработке и составлении рациональных схем и инструкций по его эксплуатации. Однако, на многих построенных гидроузлах эти инструкции грубо нарушаются.
Известно, что стеснение водосливного фронта многопролетных плотин только лишь одними бычками составляет не менее 15%, то есть (3 = 0,85 ( Р = Ь/В, где b- ширина работающих отверстий, В - ширина нижнего бьефа). В этом случае, даже при пропуске максимального расхода
всем водосливным фронтом, будет происходить пространственное растекание потока.
Нельзя не учитывать также того обстоятельства, что водосливной фронт назначается из расчета пропуска максимально возможного паводка, то есть паводка сравнительно высокой обеспеченности, порядка 0,01 - 1% в зависимости от класса сооружения [3]. В процессе же эксплуатации происходит пропуск обычных паводковых расходов значительно меньшей обеспеченности, чем расчетная, из-за этого приходится сбрасывать отдельные расходы при частичном использовании водосливного фронта, а точнее, при полностью открытых затворах отдельных отверстий плотины и закрытых или не полностью открытых всех остальных.
Особенность эксплуатации того или иного гидроузла предусматривает полное открытие только части отверстий, реже двух или одного. Также приходится считаться с требованием персонала (эксплуатационного штата) работать, по-возможности, с полностью открытыми отверстиями. Значительно легче открыть одно или два отверстия полностью, чем приоткрывать на (1/5 — 1/6)Н множество затворов для пропуска того же расхода. Часто полного открытия отдельных отверстий требует сброс плавающих тел, шуги, в особенности в тех случаях, когда используются плоские затворы.
Практика строительства и эксплуатации показывает, что пропуск паводковых вод при частичном использовании водосливного фронта и при неравно -мерном распределении удельного расхода, или в условиях когда ширина нижнего бьефа больше длины водослива, приводит к пространственному растеканию потока [3].
Еще в 1934 году Н.Н. Павловским было высказано требование о недопустимости отгона прыжка при эксплуатации водопропускных гидротехнических сооружений. В целях предупреждения этого крайне нежелательного явления предлагалось равномерное открытие всех отверстий плотины и ограничение величины удельного расхода на водосливе в соответствии с уровнем в нижнем бьефе. Таким образом, Н.Н. Павловский свел эту задачу в гидравлическом
№ 10 (91)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
октябрь, 2021 г.
отношении к условиям, близким к плоской задаче, также им не учитывалось влияние бычков на расширение струй за ними.
В конце сороковых годов И.И. Тараймовичем и А.С. Образовским при проведении опытов было отмечено, что с увеличением степени использования водосливного фронта (р) и глубины потока на водобое неравномерность распределения удельных расходов на рисберме ослабевает. При одинаковых значениях степени использования водосливного фронта и глубине на водобое принятая схема открытия затворов заметно влияет на распределение удельного расхода по ширине нижнего бьефа, а следовательно, и на местный размыв за рисбермой сооружения [4]. Полное открытие нескольких смежных пролетов плотины (сосредоточенный сброс воды) приводит к возникновению сбойных течений и местному увеличению удельных расходов, в то время как равномерное распределение удельных расходов по ширине водосливного фронта улучшает гидравлические условия движения потока. Этими авторами также был сделан вывод о том, что мерой борьбы с местным увеличением удельного расхода и глубоким размывом за рисбермами должно быть категорическое запрещение сосредоточенного сброса расходов в пределах водосливного фронта [4].
О.И. Якушкина [5,6,7,8, ], проводившая опыты на модели двенадцатипролетной плотины, рассмотрела такую схему эксплуатации этогосооружения, когда при частично открытых почти всех отверстиях одно или несколько смежных отверстий открывали полностью. Опыты О.И. Якушкиной показали, что расход сосредоточивается у того берега, где полностью открыто одно или несколько крайних смежных отверстий, что объясняется эжектирующим свойством струи. У другого берега формируется водоворот с вертикальной осью вращения. Подобная схема эксплуатации ослабляет нежелательное влияние сбойности, ликвидируя отрыв потока от берега, уменьшая его сжатие, вызванное натеканием масс воды из зоны водоворота. Однако, эта схема не устраняет его, так как имеет место увеличение расходов в пределах рисбермы.
Термином "сбойное течение" определяется такое течение транзитного потока в нижнем бьефе, которое обычно сопровождается искривлением оси этого потока в плане и образованием плановых водоворотных зон. Транзитным потоком условно названа часть всего потока, движущегося на участке сбойности от сооружения с расходом, равным расходу водосброса [3]. Одной из основных особенностей сбойного течения является сравнительно слабое затухание скоростей потока вдоль транзитной струи и поэтому указанные скорости могут превышать неразмывающие для данного русла и, следовательно, вызвать его размыв. Принято различать сбойность двух видов:
• сбойность оси потока в плане;
• сбойность расхода, когда значение удельного расхода увеличивается вдоль оси потока за счёт притока воды из боковых зон, а сама же ось потока в плане может при этом и не искривляться. Схемы случаев, когда удельные расходы отдельных струй,
выходящих из отверстий, увеличиваются вдоль течения приведены на рис. 1. В этих случаях ^2 > ^5 причем струя выходящая из отверстия и поступающая в широкий нижний бьеф, может прижиматься либо к правому, либо к левому берегу.Помимо этого различают устойчивую и неустойчивую сбойности. Устойчивая имеет место в тех случаях, когда картина движения воды в нижнем бьефе после нарушения ее какими либо внешними причинами восстанавливается снова в первоначальном виде. Неустойчивая сбойность потока характеризуется тем,что его транзитная струя в силу тех или других случайных обстоятельств меняет свое положение во времени [Рис 1]. Явление характеризующееся тем, что удельные расходы отдельных струй, выходящих из отверстий, уменьшаются вдоль течения, носит название растекание и в этом случае уменьшение удельного расхода вдоль транзитной струи происходит именно за счет ее растекания. Различают несколько частных разновидностей растекания потока:
• за быками на ширину быков [Рис 1 а, б];
• при открытых через одно отверстие;
• при защите направляющими стенками от бокового притока воды, также эти стенки не дают расширяться потоку в плане.
Сбойные течения в нижнем бьефе крайне нежелательны и чрезвычайно опасны. Они ухудшают картину сопряжения бьефов и создают неблагоприятные условия движения потока, вызывая поперечную циркуляцию и резкое увеличение скоростей течения и удельных расходов. При возникновении сбойности поток на значительном протяжении движется с относительно высокими скоростями, разрушая крепление и дно русла за ним, затрудняя движение судов в нижнем бьефе на подходах к сооружению.
Опыт эксплуатации показывает, что сбойные течения чаще всего возникают при полном открытии части затворов сооружения и низких горизонтах нижнего бьефа или же при неудачном распределении по фронту плотины работающих отверстий. Также на поведение струи, выходящей из отверстия, в значительной мере могут влиять и конструктивные особенности крепления нижнего бьефа, длина бычков, наличие распределительных стенок и так далее. Если попытаться запроектировать крепление с учетом сбойности, то это крепление может полу -читься весьма мощным и довольно протяженным, а следовательно, дорогостоящим. Поэтому с возможностью возникновения самой сбойности борются при помощи конструктивных и эксплуатационных мероприятий. Например, по Д.И. Кумину при составлении эксплуатационного графика маневрирования затворами необходимо исключить такие схемы, которые явно могут порождать нежелательную сбойность. Если для сброса льда надо открыть только один пролет, то следует решить, какой именно. Иногда вовсе не следует допускать открытие одного отверстия, а пропускать расход через два или три [6].
В соответствии с отмеченной выше классификацией мероприятий, к эксплуатационным методам предотвращения сбойности, основная идея которых
№ 10 (91)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
октябрь, 2021 г.
заключается в исключении сосредоточенного несимметричного сброса воды на узком участке фронта сооружения, относят:
• равномерное, ступенчатое открытие всех водосливных отверстий на одну и ту же высоту;
• равномерное распределение одинаково открытых отверстий по всему водосливному фронту (чередование открытых и закрытых пролетов, или чередование полностью и частично открытых пролетов и другие).
Рисунок 1. Схемы сбойного течения в нижнем бьефе водосброса; 1-эпюры средних удельных расходов; 2 - эпюры действительных удельных расходов; 3 - обратные течения
Особо важное значение имеют эксплуатационные мероприятия для многопролетных водосбросных сооружений, особенностью которых по-сравнению с однопролетными является возможность изменения величины удельного расхода, при одинаковом пропускаемом расходе, вдоль водосливного фронта с помощью маневрирования затворами. Маневрирование затворами гидротехнических сооружений производится при водозаборе или при пропуске воды из верхнего бьефа в нижний с целью обеспечения определенного гидравлического режима потока, который должен соответствовать назначению конструкции и условиям эксплуатации данного сооружения. Режим маневрирования затворами это соотношение порядка или последовательности открываемых затворов с величиной открытия различных отверстий для пропуска расхода определенной величины. Инструкция по режиму маневрирования затворами часто пересматривается, дополняется и изменяется, иногда даже полностью, исходя из реальных условий эксплуатации и даже вопреки лучшим условиям в нижнем бьефе.
На режим маневрирования затворами влияют следующие факторы:
• условия в нижнем бьефе или возможность обеспечения определенного гидравлического режима и гашения избыточной кинетической энергии;
• условия в верхнем бьефе складывающиеся из особенностей взаимодействия естественного гидрологического режима и гидравлических показателей водотока с требованиями эксплуатации сооружения (эти условия зависят от назначения и конструкции сооружения);
• особенности согласования совместной работы водопропускного сооружения с другими сооружениями гидроузла (гидроэлектростанцией, шлюзом, водозабором и так далее);
• конструкция затворов и их подъемных механизмов, характеристики их оперативности при маневрировании затворами;
• условия связи с ниже- и вышестоящими гидроузлами, например, по времени пропуска льда через плотину. Нельзя также не учитывать возможность возникновения различных непредвиденных и аварийных ситуаций на гидроузлах. Необходимо иметь в виду и, по возможности, прогнозировать изменение гидравлических, гидрологических, геологических условий в нижнем и верхнем бьефах с течением времени. Уже в процессе проектирования водосбросного сооружения стремятся назначить такую эксплуатационную схему маневрирования затворами, при которой производилось бы наименьшее число операций с открытием отверстий при пропуске часто наблюдающихся паводковых расходов. Простой и удобной вэксплуатации является схема при которой несколько пролетов работают с полностью открытыми затворами, а по результатам натурных и лабораторных исследований было установлено, что пропуск расходов в этом случае приводит к тяжелым условиям в нижнем бьефе. Крепление, рассчитанное на пропуск максимальных расходов всем водосливным фронтом, оказывается недостаточно надежным при работе отдельных пролетов и поэтому приходится переходить к нерациональным, с точки зрения эксплуатации, схемам, а именно, пропускать расход через все или большую часть пролетов при частичном открытии затворов. В связи с вышесказанным, для построенных гидроузлов приходится устанавливать наиболее рациональные схемы маневрирования затворами на плотине, в виду того, что изменить конструкцию водобоя или рисбермы на действующем сооружении не всегда представляется возможным.
№ 10 (91)
a uní
Лт те:
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
октябрь, 2021 г.
Рассмотрим некоторые проблемы устойчивости на примере гидроузла Куйганяр. Гидроузел Куйганяр расположен на русле реки Карадарья протекающей по Андижанской области Республики Узбекистан и предназначен для обеспечения гарантированного забора воды в Большой Ферганский канал (БФК) и канал Сиза, общей подвешенной площадью 233,92 тыс. га. [1]
Гидроузел Куйганяр рассчитан на пропуск нормального расхода фнорм = 1200 м3/с, форсированный расход ффорс = 1400 м3/с.
Гидроузел Куйганяр (ГУК) был построен за 5 месяцев и был принят в постоянную эксплуатацию 27 декабря 1939 г. одновременно с Большим Ферганским Каналом (БФК).
Первоначально основание, фундамент, опоры береговых и промежуточных устоев и водоскат водослива были выполнены из железобетона и камня. Вся надстройка и промежуточные бычки были выполнены из дерева. В том же 1939 году был составлен проект плотинного узла в железобетонном исполнении, который был осуществлен в 1951-1954 годах.
В состав Гидроузела Куйганяр (ГУК) входят:
• подводящее русло;
• водоподпорная плотина;
• головной регулятор левобережного канала БФК;
• два отстойника в головной части БФК со сбросом в реку Карадарья;
• головной регулятор правобережного канала Сиза;
• отводящее русло реки Карадарья.
Водоподпорная плотина полигональная в
плане (2 угла поворота) имеет длину 185 м между боковыми массивными устоями и предназначена
м3
для пропуска @НОР = 1200—, состоит из щитовой
плотины, автоматического водослива и водосброса с промывным устройством и песколовкой.
Щитовая плотина состоит из 11 водопропускных пролетов шириной по 10м, рассчитанные на пропуск максимального расхода @мак = 530 мЗ/с. Пролеты перекрываются плоскими колёсными металлическими затворами размером Ь^Л = 10,0*2,0 м. Между пролетами имеется 9 бычков толщиной по 1,3 метра и угловой бычок переменной толщины. В бычках с напорной стороны имеются пазы для ремонтных затворов. Основные параметры щитовой плотины: длина по гребню - 125,0 метров, наибольшая высота - 8,6 метра. Максимальный напор, воспринимаемый плотиной равен 5,3 метрам, нормальный напор равен 4,4 метрам.
Автоматический водослив длиной 23,5метра с двумя пролетами шириной по 10 метров с одним бычком толщиной 1,6 метра (по косой), рассчитанный на пропуск максимального расхода фмах = 200 мЗ /с при отметке НПГ - 454,9метра.
Водосброс длиной 37,5 м имеет два яруса водопропускных отверстий: поверхностные и глубинные. Пять поверхностных отверстия шириной по 6,0 м, 4 глубинные промывные отверстия размером Ья h = 6,5 м, а 5-е глубинное отверстие расположено около головного регулятора и разделено
на два отверстия размерами ЬхЬ = 2,5х1,5м с бычком толщиной 1,0 м (песколовка). Водосброс рассчитан на пропуск нормального расхода в @нор = 270 мЗ/с и форсированного ффорс = 470 мЗ /с.
На основе разработки декларации безопасности состояния сооружений ГидроузелаКуйганяр (ГУК) 1954, 1966, 1975, 1980, 2013, 2016, а также 2019 годах было выявлено, что состояние комплекса сооружений Гидроузла Куйганяр (ГУК) находится в удовлетворительном состоянии. Однако поддерживать это удовлетворительное состояние удавалось путём постоянного устранения разрушений возникших при эксплуатации сооружения во время сопряжения потока в нижнем бьефе, на основе гидродинамических влияний [2].
В верхнем бьефе щитовой плотины у правого берега возникали отложения наносов вдоль берега на расстоянии около 100 метров, толщина которых составляло 1,5-2,0 метров, а при примыкании к берегу доходило до 3,0 метров. В нижнем бьефе водозаборной плотины постоянно происходит размыв дна глубиной до 1,0 м [Рис 2], разрушение и сдвиги плит креплений (Рис 3), особенно у левого берега, где глубина размыва доходит до 2,0 метров, смыв и разрушение бетонных покрытий правого берега [Рис 2] Левый берег нижнего бьефа размыт и разрушен по длине русла около 40,0 метров. Отстойники, расположенные в головной части канала БФК заилены наносами. Перед входными крыльями регулятора канала Сиза, имеется отложение наносов, толщина которых достигает до 3,0 метров В нижнем бьефе имеется сильное опускание дна на 1,5 - 2,0 метра. Для увеличения надежности сооружения и обеспечения безопасной эксплуатации КГУ возникала необходимость каждые 4 года проводить капитальный ремонт, на который выделялось немало средств. При эксплуатации во время неоднократного капитального ремонта:
• заменялись затворы регуляторов БФК и канала Сиза (1980 году заменены на новые);
• в 2012 году была произведена реконструкция нижнего бьефа щитовой плотины с укладкой монолитного бетона на водоскате двух начальных отверстий и укреплён рванным камнем;
• в 2013 году затворы плотины были заменены на новые;
• в связи с выявлением заиления у правого берега щитовой плотины верхнего бьефа, а также разрушения и размыва правого берега нижнего бьефа плотины на основе перерасчёта реконструировались гасители сооружения;
• для защиты от размыва, как дна так и берегов нижнего бьефа, дополнительно укреплялось дно нижнего бьефа;
• для устранения утечки воды из-под затворов в 2016 году была проведена замена резиновых уплотнений затворов, а также заливались высокопрочной водостойкой бетонной смесью рванные швы и т. д.
• 2019 году нижний бьеф сооружения был реконструирован в виде железобетонного водоската с трехрядным непрерывным гасителем - водобойной стенкой [Рис 3]
№ 10 (91)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
октябрь, 2021 г.
Рисунок 2. Размыв дна правого и левого берегов реки Кара Даря в нижнем бьефе Куйганярской плотины
Рисунок 3. Реконструкция нижнего бьефа Куйганярской плотины на железобетонный водоскат с трёх ярусным непрерывным зигзагообразным гасителем - водобойной стенкой
Для устранений таких неполадок и уменьшения затрат на содержание гидросооружения проработавшего более 80 лет, возникала необходимость искать пути решения задачи уменьшения донных скоростей потока для увеличения устойчивости данного сооружения. Задача состоит в необходимости разработки такой конструкции крепления применительно к многопролётному водопропускному сооружению (водосбросной плотине) и предложить методику расчётного обоснования этой конструкции и прогноза основных характеристик движения потока в нижнем бьефе.
Задаёмся целью создать такую конструкцию, которая обеспечивала бы устойчивость сооружения защищая от разрушений на достаточно продолжительное время без дополнительных затрат при эксплуатации.
Для чего возникла необходимость:
• изучения эволюции и произвести анализ кинематических характеристик потока и гидравлических режимов течения, возникающих при различных схемах открытия отверстий водосбросного сооружения применительно к исследуемым типам конструкций крепления и оценить влияние этих конструкций на динамику изменения как скоростей
потока, так и удельных расходов по ширине и длине нижнего бьефа;
• проведения сравнительной оценки эффективности исследуемых конструкций крепления и выявить необходимость применения дополнительных конструктивных мероприятий для борьбы со сбойностью потока, а также установить экспериментально рациональное местоположение гасящих устройств для некоторых из исследуемых конструкций;
• определения границы диапазона эффективной работы крепления для рассматриваемого типа конструкции и произвести оценку влияния предлагаемых конструкций крепления на динамику изменения скоростей при различных схемах маневрирования затворами;
• осуществления сравнительной оценки влияния параметров гасящих устройств (высоты уступа совместно с установленными в пределах водобоя рас-текателями) на кинематическую структуру потока на сходе его с крепления;
• проведения сравнительного анализа воздействия гасителей, при донном режиме сопряжения бьефов на водобое, на плановое распределение скоростей и удельных расходов, а также оценить
№ 10 (91)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
октябрь, 2021 г.
влияние рассмотренных конструкций на переформирование вертикальных и плановых скоростных эпюр в пределах участка крепления;
• установления тенденции изменения удельной энергии потока и влияние на динамику её изменения исследуемых конструкций.
На основании качественного анализа многократных исследований и полученных результатов всемирных учёных занимающимися нижним бьефом, задаёмся задачей создать конструкцию, которая обеспечила бы устойчивость сооружения сохраняя от гидродинамических разрушений на достаточно продолжительное время без дополнительных затрат при эксплуатации.
Методология исследования
Принимаем тип сопряжения бьефов с носком-уступом с различным маневрированием открытий пролётов. Исследования начинаем с:
• изучения процесса трансформации кинематической структуры потока при работе многопролётного водосбросного сооружения с различными схемами открытия отверстий (применительно к новому, чередующемуся через пролёт, положению носка уступа на водосливе) и выполнить анализ гидравлических режимов работы исследуемых конструкций;
• получения новых графических зависимостей, позволяющих определить значения максимальных придонных и поверхностных скоростей, а также величин удельных расходов как в конце водобоя, так и на сходе потока с крепления рассмотренных конструкций;
• изучения кинематической структуры потока и гидравлических режимов работы нижнего бьефа многопролётной плотины,получив новые графические зависимости для прогноза характеристик течений;
• произведения сравнительной оценки влияния высоты носка-уступа,устроенного на низовой грани водосливного порога, на кинематические характеристики потока на сходе с крепления;
• осуществления сравнительного исследования эффективности работы гасителей энергии различных типов при донном режиме сопряжения, а также изучения их влияние на кинематическую структуру потока в нижнем бьефе;
- В итоге получить новые зависимости позволяющие прогнозировать изменение удельной энергии потока для исследованных в работе конструкций креплений нижнего бьефа многопролётного водосбросного сооружения.
- На основе сравнительного анализа работ учённых по создании конструкции уменьшающих кинематическое воздействие движущего потока на дно и берега нижнего бьефа за сбрасывающими сооружениями можно утверждать, что с носком-уступом на низовой грани водосливного порога, а также воздействие последней на гидравлическую структуру и характеристики потока в нижнем бьефе сооружения более устойчива и уменьшает придонные скорости течения.
- Из мировой практики проектирования и строения плотин известно большое количество построенных и успешно эксплуатируемых водосбросных плотин сопряжение бьефов за которыми осуществляется в виде поверхностного гидравлического прыжка. Как правило, этот режим создается с помощью так называемых носков-уступов, устраиваемых в зоне сопряжения бетонного водосливного порога с плитами крепления нижнего бьефа. При поверхностном режиме функционируют немало гидроузлов возведенных в Узбекистане, России, США, Канаде, Германии, Франции и Швецарии.
- Вопросами совершенствования конструкций и методов расчетного обоснования водосбросов с поверхностным режимом занимались такие ученые исследователи плотин как А.В. Андреевская, П.М. Степанов, А.А. Турсунов, Р.Р. Чугаев и другие. На основании результатов многчисленных исследований теоретического и экспериментального характера сформировалось твердое мнение, вошедшее во многие учебники по гидротехническим сооружениям, согласно которому:
• водопропускные сооружения с подобным типом сопряжения бьефов могут быть рекомендованы для возведения гидроузлов на скальных основаниях;
• при надлежащем обосновании водосбросные плотины с поверхностным сопряжением бьефов могут быть возведены и на нескальных основаниях, но при условии устройства надежного крепления нижнего бьефа.
- Одновременно с этим было отмечено и выявлено ряд характерных недостатков вышеуказанных типов плотин, В качестве одного из самых основных недостатков было отмечено многообразие форм существования поверхностного режима и узкий диапазон глубин нижнего бьефа, при которых каждая из этих форм устойчиво существует. Равным образом было установлено, что:
• могут возникать смешанные режимы сопряжения, которые по ряду их характеристик менее эффективны, чем донный;
• участок сопряжения поверхностным режимом в большинстве случаев оказывается более протяжённым, чем такой же участок в условиях донного режима, а гашение избыточной энергии потока при последнем происходит более интенсивно;
• амплитуда колебания свободной поверхности потока при поверхностном режиме гораздо больше чем при донном. Из-за этого снижается выработка электроэнергии на гидростанции, быстрее разрушаются берега и их крепления в нижнем бьефе;
• использование специальных гасителей энергии в зоне крепления, при реализации на практике поверхностного режима, оказываются малоэффективным и не приводит к ожидаемым результатам.
В условиях реальной эксплуатации много -пролетных водосбросов движение сбрасываемого потока в пределах нижнего бьефа, в большинстве случаев, носит пространственный характер. Именно
№ 10 (91)
AunÎ Ä te:
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
октябрь, 2021 г.
эта особенность отличает эти потоки от тех, которые исследуются в «академических условиях плоской задачи», то есть в тех случаях, когда отсутствует сколько-нибудь заметная ассиметрия распределения удельных расходов по ширине нижнего бьефа. Эта особенность требует от гидротехников учитывать при прогнозировании гидравлических условий работы нижних бьефов многопролетных водосбросов помимо величин сбросных расходов, напоров и глубин также условия маневрирования затворами. Учитывая то обстоятельство, что в абсолютном большинстве случаев не симметричный пропуск расхода приводит к весьма неблагоприятным условиям в нижнем бьефе - к возникновению сбойности, к образованию плановых водоворотов, натеканию масс воды на транзитную струю и возникновению больших размывов дна и разрушению берегов, а поэтому, в рамках решений задач, необходимо рассмотреть в основном лишь симметричные схемы маневрирования.
Для разрешения выше поставленной задачи необходимо задаться целью и разрешить её путём гидравлических исследований, а именно разработать конструкцию крепления применительно к многопролётному водопропускному сооружению (водосбросной плотине) и предложить методику расчётного обоснования этой конструкции и прогноза основных характеристик движения потока в нижнем бьефе.
Анализ и результаты
На пути решения поставленной цели возникают следующие задачи:
• изучить эволюцию и произвести анализ кинематических характеристик потока и гидравлических режимов течения, возникающих при различных схемах открытия отверстий водосбросного сооружения, применительно к исследуемым типам конструкций крепления и оценить влияние этих конструкций на динамику исследована кинематическая структура
Список литературы:
1. Саидходжаева Д.А., Абдухалилов О.А. "Application economically one the most profitable modern irrication metods one the fields of farms of Uzbekistan". International jurnal of research culture society 3.06.2019 й.
2. Саидходжаева Д.А., Абдувасиев А., Хамидов И. "Основные причины и послетивествия прорыва плотин пригидродинамических авариях". Oriental renaissance: Inovative, edicational, natural and social sciences. Scientific journal impact faktor 2021 й.
3. Павловский Н.Н. "О принципах маневрирования затворами плотины для доведения размывов до минимума". Известия ВНИИГ. - Л., 1935, вып.6, с.5-14.
4. Тараймович И.И. "Крепления в нижнем бьефе водосливных плотин". - М.: Энергия, 1966, 99 с.
5. Якушкина О.И. "Исследование и меры борьбы со сбойными течениями за многопролетными плотинами с плоским затвором". Автореферат дисс....канд.техн.наук, ЛИИ, Л., 1972, 29 с.
6. Якушкина О.И. "Исследование сбойного течения в нижнем бьефе за многопролетной плотиной в случае одностороннего планового расширения потока". Труды ЛИЙ. - Л., 1971, № 312, с.42-46.
7. Якушкина О.И. "К выбору отметки заложения верха водобойной плиты с учетом пространственных условий сопряжения бьефов". В сб.: Труды ЛПИ. - Л., 1973, № 333, с.115-118.
8. Якушкина О.И. "Формирование потока в нижнем бьефе за многопролетной плотиной в условиях частичного и полного открытия пролетов". В сб.: Труды ДВПИ. - Владивосток, 1974, т.60, с.1-8.
9. Базаров Д.Р., Муаллем Н., Нишанбаев Х.А., Улжаев Ф., Норкулов Б.М., Курбанова У.У., & Эшонкулов З. (2018). Влияние двойного регулирования стока на морфометрические и гидравлические параметры русла реки Амударья. Аграрная наука, (11-12), 70-77.
потока и гидравлические режимы работы нижнего бьефа многопролетной плотины, получить новые графические зависимости для прогноза характеристик течения применительно к рассмотренной конструкции крепления с растекателями на водобое;
• произвести сравнительную оценку влияния высоты носка-уступа, устроенного на низовой грани водосливного порога, на кинематические характеристики потока на сходе с крепления;
• осуществить сравнительные исследования эффективности работы гасителей энергии различных типов при донном режиме сопряжения, а также изучить их влияние на кинематическую структуру потока в нижнем бьефе;
• получены новые зависимости позволяющие прогнозировать изменение удельной энергии потока для исследованных в работе конструкций крепления нижнего бьефа многопролётного водосбросного сооружения.
Основная цель данного времени заключается в получении конкретного решения поставленной задачи.
Выводы
В условиях реальной эксплуатации многопролетных водосбросов движение сбрасываемого потока в пределах нижнего бьефа, в большинстве случаев, носит пространственный характер. Именно эта особенность отличает эти потоки от тех, которые исследуются в «академических условиях плоской задачи», то есть в тех случаях, когда отсутствует сколько-нибудь заметная ассиметрия распределения удельных расходов по ширине нижнего бьефа. Равным образом эта особенность требует от гидротехников учитывать при прогнозировании гидравлических условий работы нижних бьефов многопролетных водосбросов, для увеличении устойчивости сооружения, помимо величин сбросных расходов, напоров и глубин, также условия маневрирования затворами и изменении течения русла.
