CC BY
5УДК 626.845.53.6.29
Мотько Е.В.
студентка факультета гидромелиорации Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина
(г. Краснодар, Россия)
Научный руководитель: Бандурин М.А.
Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина
(г. Краснодар, Россия)
РАЗРАБОТКА ЭТАПОВ ДИАГНОСТИКИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ И ПРОДЛЕНИЮ СРОКА СЛУЖБЫ КАНАЛОВ
Аннотация: строительство гидротехнических сооружений на реках и каналах вносит существенные изменения в их гидрологический режим. Эти изменения могут иметь положительный и отрицательный характер. Положительные изменения гидрологических процессов обеспечиваются основным назначением построенных сооружений. Что же касается отрицательных явлений, то они часто наступают в виде косвенных последствий вмешательства человека в природу.
Ключевые слова: гидротехнические сооружения, размыв, русло, водоток, бьеф, воронка.
Строительство гидротехнических сооружений на реках и каналах вносит существенные изменения в их гидрологический режим. Эти изменения могут иметь положительный и отрицательный характер. Положительные изменения гидрологических процессов обеспечиваются основным назначением построенных сооружений. Что же касается отрицательных явлений, то они часто наступают в виде косвенных последствий вмешательства человека в природу.
Одним из важных факторов этих процессов является то, что при пропуске воды через гидротехнические сооружения в нижнем бьефе, в непосредственной близости от сооружения, развиваются обычно значительные скорости течения воды, вызывающие явления размыва или эрозии русла.
В значительной части работ по исследованию размывов в нижних бьефах гидротехнических сооружений указывается на то, что размыву русла за гидросооружением способствует наличие в потоке избытка кинетической энергии. Часть энергии расходуется на внутренние сопротивления жидкости, возникающие при растекании потока, выходящего из отверстия сооружения меньшего, чем ширина русла, часть - на трение жидкости о дно и откосы русла, а часть - на разрушение ложа водотока (дна и берегов).
По мере размыва увеличивается глубина русла и увеличивается объем воды, в котором возникают внутренние сопротивления жидкости. Вследствие этого увеличивается затрата энергии на преодоление этих сопротивлений и уменьшается интенсивность размыва. В конечном счете, через некоторое время наступает стабилизация размыва дна русла.
После того как приостанавливается размыв дна при обнажении не нем коренных пород или образовании естественной отмостки, на смену глубинной приходит боковая эрозия. Обрушение откосов начинается с подмыва их на отметках уровней в зоне периодического смачивания. Верхние слои береговых обрывов нависают карнизами (в связных грунтах) и обрушиваются в воду. Обрушенный грунт быстро разрушается и уносится течением.
Практика эксплуатации гидротехнических сооружений имеет большое количество примеров разрушения русел в нижнем бьефе. Например, у плотины Лебринг в Австралии, глубина размыва гравелистого грунта в нижнем бьефе достигла 1.08 м. На Кочетовской плотине на Дону размывы песчаного грунта русла достигли 8.0 м [1].
При сопоставлении данных о размывах русла в натуре на моделях А.Г.Соловьева [2] отмечает идентичность характера деформаций, полученных на модели и в натуре с превышением глубин размыва на модели на 5 -15 %.
Впервые, тесно подошел к механизму размыва падающей струей связных грунтов акад. Ц.Е. Мирцхулава [3]. Под его руководством и при его личном участии в Грузинском научно - исследовательском институте гидротехники и мелиорации была проведена большая работа по определению основных факторов, определяющих ход процесса местного размыва связного грунта. По мнению Ц.Е. Мирцхулава, совокупность таких характеристик грунта как сцепление в водонасыщенном состоянии грунтовых масс, механический, минералогический и химический составы, структура и текстура, пластические свойства, зарастаемость и вид растительности предопределяют поведение грунта при воздействии на него струи течения. При нахождении глубины воронки размыва в связных грунтах Ц.Е. Мирцхулава решает две задачи:
1) определение придонных скоростей и их пульсационных характеристик;
2) установление значений допустимых неразмывающих скоростей на дне воронки.
Следует отметить, что факторы, влияющие на процесс размыва грунта и при сопряжении бьефов посредством отброшенной струи и посредством гидравлического прыжка при горизонтальном истечении потока в большей мере обладают индентичностью. В общем виде глубина воронки размыва зависит от удельного расхода, гидравлического перепада, скоростного напора, аэрации потока и ряда факторов, объединенных единым коэффициентом (свойства грунта, угол наклона струи к горизонту и др.) [4].
Запросы эксплуатационных организаций, а также проведенный краткий анализ работ различных авторов по размыву в нижнем бьефе гидросооружений, позволил выделить следующие пути и задачи исследований:
1. Выявление причин возникновения размывов за горизонтальным креплением регулирующих сооружений на каналах.
2. Выявление влияния на распределение скоростей потока в нижнем бьефе сооружения степени внезапного расширения потока и конструкции сопряжения водобойной части сооружения с откосами отводящего русла.
3. Нахождение связи между средней скоростью потока в живом сечении и придонной осевой скоростью (определяющей размывающую способность потока).
4. Получение полуэмпирической расчетной зависимости по определению глубины воронки размыва, учитывающей достаточно полно факторы, участвующие в явлении размыва при взаимодействии сооружения, потока и русла.
В связи с этим необходимо было изучить причину образования местных размывов и установить для различных фаз его развития формы и гидравлический режим (формы русла и поле скоростей). Объем и очередность работы устанавливались следующим планом:
1. Изучение причин образования местных размывов.
2. Установление общей закономерности развития местных размывов, кинематики потока и гидравлических характеристик явления размыва.
3. Определение местообразования водоворотных ион и изучение особенностей движения потока при различных сопряжениях водобойной части с откосами отводящего русла.
4. Определение границ транзитного потока.
5. Разработка мероприятий по ликвидации уже образовавшихся размывов или устранению причин, вызывающих образование новых.
Исследования, выполненные на сетевых сооружениях одного из участков Курской обводнительно-оросительной системы (Ставропольский край) позволили сделать следующие выводы [5]:
1) по сооружению на ПК 89+ 70 - за креплением плитами установить V - образные гасители кинетической энергии потока, что позволит добиться более равномерного распределения удельного расхода в отводящем русле.
2) за гасителями необходимо выровнять дно и откосы закрепить каменной наброской с размером фракций 5-10 см.
3) по сооружению на ПК 83+00 - для повышения устойчивости дамб и откосов канала и надежной работы сооружения необходимо добиться уменьшения турбулентности потока, снизить пульсационные составляющие актуальных скоростей, получить эпюры осредненных скоростей потока, соответствующие равномерному движению воды в каналах. Кроме установки V - образных гасителей засыпать воронку размыва щебнем средней крупности, выровнять русло канала в плане, т. к. в плане отводящий канал значительно деформирован.
4) крепление откосов выполнить щебнем средней крупности размером 5-10 см, чтобы материал крепления не являлся генератором турбулентности, как это имеет место в настоящее время. Из-за камня, размеры которого достигает 5060 см, образуются зоны разрежения, в результате чего увеличивается местный размыв. Естественно такие камни из канала и с откосов необходимо удалить, так как такое крепление не улучшает устойчивость откосов и дамб каналов, а ухудшает ее.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Risk Assessment of Land Reclamation Investment Projects / I. F. Yurchenko, M. A. Bandurin, V. V. Vanzha [et al.] // International Conference Communicative Strategies of Information Society (CSIS 2018) : Proceedings of the International Conference Communicative Strategies of Information Society (CSIS 2018), Saint-Petersburg, 26-27 октября 2018 года. Vol. 273. - Saint-Petersburg: Atlantis Press, 2019. - P. 216-221.
2. Finite-element simulation of possible natural disasters on landfall dams with changes in climate and seismic conditions taken into account / M. A. Bandurin, V. A. Volosukhin, A. V. Mikheev [et al.] // Journal of Physics: Conference Series, Tomsk, 17-20 января 2018 года. - Tomsk, 2018. - P. 032011. - DOI 10.1088/17426596/1015/3/032011.
3. Волосухин, В. А. Особенности применения моделирования аварийных мостовых переездов через водопроводящие каналы при проведении эксплуатационного мониторинга / В. А. Волосухин, М. А. Бандурин // Известия
высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. -2012. - № 5(168). - С. 80-83.
4. Бандурин, М. А. Численное моделирование объемного противофильтрационного геотекстильного покрытия с изменяемой высотой ребра / М. А. Бандурин, В. А. Бандурин // Инженерный вестник Дона. - 2013. -№ 4(27). - С. 46.
5. Бандурин, М. А. Совершенствование методов продления жизненного цикла технического состояния длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений / М. А. Бандурин // Инженерный вестник Дона. - 2013. - № 1(24). -С. 28.
Motko E.V.
student of the Faculty of hydro-reclamation Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin (Krasnodar, Russia)
Scientific advisor: Bandurin M.A.
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin (Krasnodar, Russia)
DEVELOPMENT OF DIAGNOSTIC STAGES TO ENSURE RELIABILITY AND PROLONG THE SERVICE LIFE OF CHANNELS
Abstract: the construction of hydraulic structures on rivers and canals makes significant changes in their hydrological regime. These changes can be positive and negative. Positive changes in hydrological processes are provided by the main purpose of the constructed structures. As for negative phenomena, they often occur in the form of indirect consequences of human intervention in nature.
Keywords: hydraulic structures, erosion, channels, watercourse, stream, funnel.
