авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

ISBN 978-5-89231-443-5

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

МАТЕРИАЛЫ

МЕЖДУНАРОДНОЙ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

«ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО

ОБУСТРОЙСТВА ТЕХНОПРИРОДНЫХ

СИСТЕМ»

ЧАСТЬ III

«ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО»

МОСКВА 2013 МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО ОБУСТРОЙСТВА ТЕХНОПРИРОДНЫХ СИСТЕМ»

ЧАСТЬ III «ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО»

МОСКВА 2013 Редакционная коллегия:

Д.В. Козлов доктор технических наук, профессор (главный редактор);

В.Н. Краснощеков доктор экономических наук, профессор (зам. гл. редактора);

И.С. Румянцев доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ;

А.И. Голованов доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ;

В.В. Шабанов доктор технических наук, профессор;

Г.Х. Исмайылов доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ;

В.А. Евграфов доктор технических наук, профессор.

Материалы международной научно-практической кон ференции «Проблемы комплексного обустройства техно природных систем». Ч. III. «Гидротехническое строи тельство». – М.: ФГБОУ ВПО МГУП, 2013. – 323 с.

ISBN 978-5-89231-443- В материалах международной научно-практической конференции представлены результаты исследований по безопасности гидротехнических сооружений, а также рассматриваются вопросы по изучению направлений и развития отношений между капитальным строительством и окружающей средой.

Материалы конференции предназначены для научных сотрудников, аспирантов, докторантов и студентов аграрных вузов, а также специалистов агропромышленного и водохозяйственного комплексов.

ISBN 978-5-89231-443- © ФГБОУ ВПО «Московский государствен ный университет природообустройства», 2013.

УДК 625.748. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР И СОЗДАНИЕ ВОДНЫХ КАРТИН ФОНТАННЫМИ УСТРОЙСТВАМИ В.И. Алтунин – канд. техн. наук, доцент, ФГОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет» (МАДИ) О.Н. Черных – канд. техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия Рассмотрены основные вопросы, возникающие при соз дании водных картин, и особенности гидравлического рас чёта фонтанных насадок.



In this article are observed main questions which appear dur ing water objects creation and characteristics of hydraulic calcu lation fountain nozzles.

Фонтаны – наиболее технологичные водные устройства урбанизированных ландшафтов. Это важный элемент об воднения и благоустройства любых территорий и интерьера помещений. Они являются одним из символов, придающих любому городу особое обаяние. В последние годы фонтаны широко используются при обустройстве малых российских городских поселений и крупных мегаполисов, таких, как Москва, Санкт-Петербург, Владивосток, Биробиджан, Ниж ний Новгород, Пятигорск, Сочи, Набережные Челны, Че боксары и т.д. Они являются украшением городских парков, скверов, площадей, дворовых, дачных участков и водоёмов.

Фонтанные сооружения имеют не только архитектурно декоративное значение для городских территорий и различ ных населённых мест, но и большое санитарно-гигиени ческое (улучшают микроклимат в районе их воздействия, охлаждая, увлажняя, ионизируя и частично очищая воздух от пыли), вносят разнообразие в пейзаж, в сочетании с зелё ными насаждениями способствуют общему улучшению го родской среды и повышению комфортности проживания населения. В искрящихся, вздымающихся хрустальных струях – необъяснимая магия. Однако из-за сложности и относительной дороговизны конструкции фонтанов их уст ройство приводит к определённому удорожанию всей ландшафтной композиции. В связи с этим размещение фон танных устройств в городской среде требует тщательного выбора места, учета масштаба и степени сложности каждо го объекта с точки зрения их функциональности и компози ционной оправданности.

Распределительную сеть трубопроводов с фонтанными насадками проектируют в соответствии с архитектурно планировочным решением и гидравлическими характери стиками насадок. Её рассчитывают на максимальный расход воды, величина которого определяется типом и числом на садок. В общем случае величина расхода воды зависит от местных условий, назначения и месторасположения фонта на, конкретных градостроительных условий.

Струи воды фонтанов падают с различных высот, имеют различный наклон, длину, диаметр, взаиморасположение, что обеспечивается различными способами разбрызгивания.

При необходимости получения струй воды одинаковой длины и высоты распределительные сети закольцовывают, а насадки оборудуют вентилями, обеспечивающими регули рование параметров струй. Расход воды определяют с уче том потерь на испарение и разбрызгивание [1]. При конст руировании следует стремиться к получению необходимого художественного эффекта и динамики водной картины при минимальном расходе воды.

Напор в сети городского водопровода колеблется обыч но в пределах 20…40 м, а гидравлические потери напора в фонтанной системе составляют приблизительно 5…8 м;

для получения струи воды высотой не менее 4…5 м избыточ ный напор гасится задвижкой. Обычно высоту фонтанной струи принимают в пределах 6…10 м (напомним, что она может достигать в некоторых профессиональных фонтан ных агрегатах более 100…300 м). Желаемую высоту струи в подобранном фонтанном комплексе можно получить, при крывая задвижку на подающем трубопроводе, тем самым, уменьшая напор у фонтанной насадки.





Водяную картину, создаваемую фонтаном, в основном формируют насадки. Контур струи, её высота, траектория и характер дробления зависят от конфигурации используемых насадок. Высота и диаметр водяной струи могут варьиро ваться в зависимости от индивидуальных условий установ ки насадок фонтанов и различного качества воды. В зави симости от мощности и типа насоса для одной и той же на садки высота и диаметр струй могут меняться от 3…7-и раз.

Струи с наибольшей высотой создаются одноструйными насадками.

При подборе и расчёте фонтанных насадок первоначаль но необходимо установить характер истечения жидкости из её выходного сечения, что связано с типом фонтанного уст ройства и водной картины, создаваемой им. В некоторых условиях струи нужной конфигурации можно получить при истечении воды через отверстие в атмосферу или через спе циально формирующие их насадки. В других для получения распыленных струй требуется использовать специальные устройства разной модификации [1, 3]. Характер истече ния – как из отверстия, так и из насадка (насадки), опреде ляют величины коэффициентов скорости и расхода, поэто му знание гидравлических характеристик насадков (наса док) и отверстий необходимо для уяснения работы фонтан ных устройств.

При проектировании фонтанов и подборе механического оборудования к ним задачами гидравлического расчёта яв ляются: определение расходов воды, форм и траекторий струй, необходимых напоров у насадок. По ряду причин (сужения и различная шероховатость отдельных элементов трубопроводов, заусенцы и некачественная обработка вы ходных сопел насадок, неквалифицированный монтаж фон танной системы и т.д.) водная картина, особенно со слож ной композицией водяных струй, может получиться отлич ной от задуманной. Зачастую используются не промышлен но изготовленные насадки, или стандартные насадки под вергаются каким-либо конструктивным изменениям. По этому для уточнения расчётных параметров струй необхо димо проводить предварительные экспериментальные ис следования принятых насадок. Перед пуском фонтана про изводят окончательную корректировку расчёта, выполняя соответствующую регулировку всего фонтанного сооруже ния в целом.

Насадки используют в основном для получения сплош ных струй разной длины и высоты. Для получения распы ленной водяной струи, представляющей собой массу от дельных летящих капель, применяют форсунки. У форсу нок разное назначение: давать плавную или прерывистую струю, высокую или низкую, наклонную, вертикальную или веерообразную, одно- или многоярусную;

формировать во дяную плёнку разной конфигурации и т.д. Комбинируя раз личные типы фонтанных устройств и виды распылителей, можно создать оригинальные водные картины.

Фонтанные насадки по условиям гидравлической работы аналогичны насадкам и отверстиям. При некотором напоре перед цилиндрическим насадком струя после сжатия на входе не расширяется и вытекает из него, не касаясь боко вых стенок. То есть насадок работает как отверстие в тон кой стенке. При истечении жидкости из отверстия в тонкой стенке имеют место только местные потери напора, обу словленные сжатием струи. В зависимости от конфигурации поперечного сечения отверстия в тонкой стенке подразде ляются на круглые, квадратные, прямоугольные, овальные и т.д. Входные кромки отверстий могут быть острыми, ко нусными, радиальными [2].

При выборе насадок, для созданий нужной водной кар тины, следует учитывать, что вытекающая из отверстия в тонкой стенке струя претерпевает сжатие и её размер мень ше размера отверстия. Сжатие обуславливается непарал лельным движением частиц жидкости в непосредственной близости перед отверстием. В сжатом сечении давление в струе практически равно давлению среды, в которую про исходит истечение. Если ось круглого отверстия располага ется горизонтально, то вытекающая из него струя в сжатом сечении имеет не круглую, а эллиптическую форму. За сжа тым сечением наблюдается свободное движение струи, причем размер её практически не меняется.

Для ряда конструкций фонтанных насадок истечение в гидравлическом отношении аналогично истечению через отверстия в толстой стенке. Толстой стенкой, в отличие от тонкой стенки, называют такое отверстие, толщина стенки которого превышает диаметр отверстия.

В гидравлике различают несколько основных типов на садков [1, 3]: цилиндрические (внешние и внутренние, соот ветственно – насадки Вентури и Борда), конические (схо дящиеся и расходящиеся), коноидальные. Очертание по следних на входе, бесспорно соответствует форме выте кающей из отверстия в тонкой стенке струи. Возможна комбинация насадков, например, коноидального или кони ческого сходящегося с цилиндрическим. Обычно в гидро технике конические сходящиеся насадки применяются для увеличения скорости выходящего потока, а расходящиеся – для уменьшения скорости выходящего потока.

Для ряда конструкций фонтанных насадок истечение в гидравлическом отношении аналогично истечению через отверстия в толстой стенке. Толстой стенкой, в отличие от тонкой стенки, называют такое отверстие, толщина стенки которого превышает диаметр отверстия. Свободное истече ние жидкости через отверстие в толстой стенке цилиндри ческой формы (рис. 1) (цилиндрический насадок) в газовую среду может происходить двояко. В случае цилиндрическо го насадка струя после входа в него сжимается практически так же, как и при истечении через отверстие в тонкой стен ке. Затем струя постепенно расширяется до размеров отвер стия и из насадка выходит полным сечением. Такой режим называется безотрывным и является расчётным.

Рис. 1. Схемы насадков и их положение:

а – внешний цилиндрический;

б – внутренний цилиндрический;

в – конически расходящийся;

г – конически сходящийся;

д – коноидальный;

е – горизонтальное положение внешнего цилиндрического насадка;

ж – наклонное положение внешнего цилиндрического насадка Отметим, что поскольку причин для расширения струи после сжатия нет, то самопроизвольная напорная работа на садка возможна только при малых числах Рейнольдса, когда сжатия на входе нет или если заполнение насадка осущест вляется искусственно. В случае нерасчетного режима наса док работает неполным сечением, то е. по типу отверстия в тонкой стенке.

Расход воды через фонтанную насадку (или насадок) Q (в м3/с) обычно подсчитывается по формуле Q S 2 gH, (1) где – коэффициент расхода, зависящий от вида, конст рукции, формы насадки и числа Рейнольдса;

S – площадь выходного отверстия насадка, м2;

Н – напор перед насад ком над центром его выходного отверстия, м;

g – ускорение силы тяжести (9, 81 м/с2).

Необходимый напор у насадки фонтана определяют по формуле [3] Нв Н, (2) 1 Н в где Нв – высота вертикальной струи, м;

– определяется по упрощённой формуле 0,, (3) d 0,1d если d – диаметр насадка, мм.

В таблице 1 приводятся коэффициенты для различных видов насадков при совершенном сжатии и отсутствии вли яния сил вязкости, тяжести и поверхностного натяжения [1].

Таблица Величины для различных видов насадков Коэффициент Тип насадка и отверстия расхода Отверстие в тонкой стенке 0, Насадки: 0, внешний цилиндрический;

0, внутренний цилиндрический;

0,5…0,6 (по sвых) конически расходящийся ( = 57) 1,0…1,05 (по sвх) конически сходящийся ( =1324’) 0, коноидальный (сопло) 0, Приведенные в табл. 1 коэффициенты расхода справед ливы при числах Рейнольдса больших 10000, когда они практически не зависят от Re. При необходимости учета влияния Re на при Re 10000 можно воспользоваться данными Ю.А. Скобельцына [4].

Коноидальный насадок, обеспечивающий наиболее бла гоприятные условия движения потока, сложен в изготовле нии и поэтому чаще используются конический сходящийся или внешний цилиндрический насадки.

Для конически расходящегося насадка при 0,5...0,6 в формулу (1) подставляется площадь выходного сечения, а при 1,0...1,05 – площадь входного сечения. Сопоставле ние коэффициентов расхода отверстия в тонкой стенке, ци линдрического насадка и конически расходящегося, имею щих одинаковый входной диаметр d вх, показывает, что при равном перепаде давления минимальный расход будет у от верстия, а максимальный у конически расходящегося на садка [1]. При истечении в атмосферу в кольцевой изолиро ванной полости на входе цилиндрического насадка, вслед ствие сжатия струи, формируется вакуумметрическое дав ление рвак,, величина которого определяется действующим перепадом давления. Изменение рвак на входе определяет пропускную способность насадка. В сжатом сечении у от верстия в тонкой стенке давление атмосферное, что и обу славливает его меньшую пропускную способность по срав нению с цилиндрическим насадком.

Выполненные в МАДИ экспериментальные исследова ния показали, что такой характер изменения рвак на входе у цилиндрического и конически расходящегося насадков ( = 5) при свободном истечении в атмосферу наблюдается только до некоторого давления перед ними рmin, при кото ром рвак достигает максимума (рис. 2). При дальнейшим увеличением давления (р рmin) насадки работают напорно с достигнутой величиной рвак.max.

Рис. 2. Изменение вакуумметрического давления рвак на входе в цилиндрический (1) и конически расходящийся (2) насадки в зависимости от величины манометрического давления рман перед ними при истечении в атмосферу: рmin – давление перед насадком, при котором величина вакуумметрического давления на входе достигает максимальной величины;

рср – давление перед насадком, при котором происходит срыв вакуумметрического давления При р = рср 1,27105 Па происходит срыв вакууммет рического давления и насадок начинает работать по типу истечения потока из отверстия в тонкой стенке. При этом струя, не касаясь стенок насадка, вытекает из него. Для ци линдрического насадка рвак.max1 7,9104 Па при pmin1 = 9,8·104 Па, а для конически расходящегося рвак.max2 = 9,1104 Па при pmin = 5,9·104 Па.

Приводимый в табл. 1 коэффициент расхода можно ис пользовать при расчете пропускной способности цилиндри ческого насадка только в диапазоне давлений перед ним от 0 до рmin. Если при свободном истечении рmin p pср, а при затопленном p pmin, то коэффициент в формуле расхода является переменной величиной, уменьшающейся с таблич ного значения при pmin до 0,62 при р.

Изменение коэффициента расхода при этом имеет вид р2 рС min т.ст 1, (4) p p где т.ст – коэффициент расхода отверстия в тонкой стенке, равный 0,62.

Если происходит свободное истечение в атмосферу, то р2 рС min pвак max – максимальная величина вакууммет рического давления в насадке и р – р2 = рман. Тогда коэффи циент расхода является переменной величиной и может быть найден по формуле р Т.СТ 1 вак. max, (5) p ман где рман – манометрическое давление перед насадком.

При истечении в газообразную среду после срыва на порного режима (р рср) насадок работает по типу отвер стия в тонкой стенке и коэффициент расхода следует при нимать равным 0,62.

Изменение давления в газообразной среде на выходе из насадка р2 сказывается на давлении рmin и рср. Однако отно шения р2/рmin и р2/рср практически не меняются. Для ко нически расходящегося насадка р2/рmin 0,64 и р2/рср 0,39, а для цилиндрического р2/рmin 0,5 и (р2/р)ср 0,44.

В монографии [5] П.А. Спышновым для цилиндрических насадок было предложено определять расход воды, выра женный в л/с, по упрощённой формуле q = 0,00347 d2H1/2, (6) где d – диаметр насадки, мм.

При расчёте фонтанных систем в целом сопротивление насадок относительно невелико, им часто пренебрегают. В насадках Борда толщина стенок не должна превышать 0,2d;

при большей толщине для короткой насадки коэффициент истечения принимается, как для отверстия в тонкой стенке, для длинной – как для насадка Вентури. Для получения за думанных водяных композиций расчётом необходимо кор ректно определить величину напора перед фонтанной на садкой, параметры действующей струи и расход воды через насадок.

Для цилиндрических насадок (работающей как длинный насадок Вентури) с осью, наклоненной под углом к стен ке, величина коэффициента расхода иная (табл. 2), чем указывалось ранее (см. табл. 1).

Таблица Зависимость коэффициента расхода от угла наклона гра- 0 10 20 30 40 50 дус 0,82 0,80 0,782 0,764 0,747 0,731 0, Значения коэффициента для различных видов отвер стий, насадков и насадок приведены в [1, 3].

Конструкция насадок определяется принятым в проекте композиционным решением. Красивые белые пенящиеся струи в виде сахарной головы получаются при применении струйных эжекторных насадок. Работа их основана на принципе передачи энергии одного потока, движущегося с большой скоростью, другому, движущемуся с меньшей ско ростью, или при заборе воды из бассейна фонтана, находя щегося в состоянии покоя.

Расчет форсунок приводится в специальной литературе.

Расход воды в зависимости от напора перед распыляющим воду центробежным насадком, его диаметра и конструкции определяется на модели. На предварительной стадии проек тирования величину напора, необходимого перед фонтан ной насадкой, в первом приближении в справочной литера туре [5] рекомендуется определять по формуле Н = L/2 Нс0,5, (7) где L – горизонтальная проекция струи, м;

– коэффици ент истечения, зависящий от конструкции насадки и прини маемый в пределах 0,8…0,9;

Нс – высота действия струи, м.

Современное развитие теории струй позволяет создавать принципиально новые конструкции фонтанов. Например, разработка теории парадоксов капиллярных струй привела к созданию в 2000 г. В.В. Кротовым фонтана «торнадо», опытный образец которого установлен в Зимнем саду учеб но-научного центра химии г. Санкт-Петербурга.

Заключение Различные условия гидравлической работы возможны только в насадках, у которых на входе формируется ваку умметрическое давление за счет сжатия струи на входе и увеличения скорости по сравнению со скоростью в выход ном сечении. Острые входные кромки цилиндрического насадка обеспечивают турбулизацию потока и нестабиль ную его работу при переменной величине вакуумметриче ского давления на входе (в диапазоне 0 р рmin). Поэтому следует отдать предпочтение конически сходящемуся и ко ноидальному насадкам. У этих насадков вакуумметрическое давление на входе отсутствует, поэтому они работают ус тойчиво полным сечением при любых напорах и для расче та их пропускной способности следует использовать коэф фициенты расхода, приведенные в табл. 1.

Анализ наиболее часто создаваемых водных картин по казывает, что для фонтанов обычно применяются цилинд рические или коноидальные насадки, создающие сплошную струю, или насадки, распыляющие воду. Если для создания художественного эффекта требуется раздробленная верти кальная струя или образование водяных фигур в виде коло кола, снопа, спирали и т.п., то в этих случаях применяются насадки специальных конструкций, технические характери стики которых приводятся в их паспортах.

Библиографический список 1. Алтунин В.И., Румянцев И.С., Черных О.Н., Федотов М.В. Гидравлическое обоснование использования фон танных устройств в гидропластике ландшафта.– М.:

МАДИ, 2011. 338 с.

Черных О.Н., Алтунин В.И., Алтунина А.В. Гидравли 2.

ческие принципы технологии фонтаностроения.

//Вопросы мелиорации. ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводин форм». 2008. № 1-2. – С. 88…98.

Румянцев И.С., Черных О.Н., Алтунин В.И. Использо 3.

вание фонтанов при благоустройстве территорий. – М.:

ФГОУ ВПО МГУП, 2006. 421 с.

Скобельцын, Ю. А. Истечение жидкостей через насад 4.

ки, отверстия, распылители, водовыпуски, капельницы.

– Краснодар.: Изд-во КСХИ, 1989. – 120 с.

Спышнов П.А. Фонтаны. – М.: Гос. Изд-во Архитекту 5.

ры и Градостроительства, 1950. – 173 с.

УДК 625.748.52 : 911.5 (075.8) К ОЦЕНКЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИСКУССТВЕННЫХ ВОДОПАДОВ В АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ В.И. Алтунин – канд. техн. наук, доцент, ФГОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет» (МАДИ) О.Н. Черных – канд. техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия Обсуждаются вопросы расчёта и проектирования искус ственных водопадов на урбанизированных территориях и на объектах ландшафтной архитектуры.

Изменение динамики текущей воды, её цвета, состояния и звука в обрамлении соответствующего пейзажа в сово купности привело к тому, что искусственные водотоки, ру чей, водопад, каскад и т.п. стали одним из широко исполь зуемых элементов гидропластики ландшафта во всех стра нах мира. Текущая вода обеспечивает также дополнитель ным кислородом рыб и растения.

В природе водопады являются одними из наиболее зре лищных явлений, связанных с водой, поэтому естественно желание перенести их из природного в антропогенный ландшафт. Искусственный водопад – это гидротехническое сооружение (ГТС), обеспечивающее падение потока со зна чительной высоты (не менее 0,8…2 м). В нем используется эффект динамического состояния воды. Для создания необ ходимого зрительного эффекта одним из условий сооруже ния водопада, является бльшая ширина по отношению к высоте струи. По сравнению с небольшим перепадом воды в каскадах водопад имеет не только более широкой, высо кий, но и мощный ниспадающий поток.

Приёмы конструирования искусственных водопадов разрабатываются на основе наблюдения за разнообразными живописными образцами естественных водопадов. Обычно водопады устраивают на перепадах рельефа в двух уровнях.

Для этого сооружаются водосливные плотины, запруды, крупные пороги из камней на пути движения водного пото ка с верхнего бьефа в нижний через водосбросной порог и т.п. Очень хорошо искусственные водопады смотрятся на парковой территории в водоёмах, совмещенных с альпий ской горкой или на острове в пруду.

Первые искусственные каскады и водопады стали со оружать много столетий назад. Они были неотъемлемой ча стью придворных садов султанов и шейхов. Сейчас водопа ды и каскады можно встретить в тенистых уголках парков, скверов и улиц как элемент декоративных водных сооруже ний или скульптурных композиций. Во многих случаях они не только обеспечивают желаемый зрелищный эффект, но и выполняют функции водопропускных или водосбросных сооружений.

В нашей стране ряд различных модификаций ступенча тых водосбросов и водосливов, построенных ещё в XVIII XIX вв., эксплуатируется до сих пор. Например, в Санкт Петербурге и его окрестностях расположено более десятка таких ГТС. Ступенчатая форма водосливной поверхности предопределялась не только созданием декоративного эф фекта, а главным образом стремлением предотвратить раз рушение отводящих русел за водосбросами, повреждения сооружений и конструкций, расположенных вблизи ГТС ниже по течению. Наиболее известными сооружениями яв ляются: водосбросная плотина водохранилища Сестрорец кого оружейного завода (построена в XVIII в.), трёхступен чатый и пятиступенчатый водосбросы водохранилища Ижорского завода (1820-1822 гг.), многоступенчатый водо слив Большого каскада Петергофских фонтанов (1709 1720 гг.).

Природные и искусственные водопады в ландшафтной архитектуре в разных странах мира принято классифици ровать по нескольким признакам: по высоте падения, ши рине и мощности;

по количеству струй (одноструйные и многоструйные и т.д.);

по признаку прилипания потока к стенке водопада (с прилипанием и отрывом потока);

по спо собу сопряжения струи с потоком в нижнем бьефе (гашение избыточной энергии потока в гидравлическом прыжке на гладком водобое;

в водобойном колодце с разной степенью заполнения водой;

отбросом струи и гашением энергии в водяной подушке или падением её на твёрдую скальную поверхность, разбивающую падающий поток на мелкие брызги, что особенно приятно в солнечные жаркие дни и т.д.). Если высота падения струи превышает ширину потока, то водопад считается узким и длинным, а если высота меньше ширины – то широким и низким.

Среди природных водопадов выделяют щелевые водо пады, в которых поток, встречая преграду в виде скалы, прорывается сквозь каменные глыбы и стекает вниз (водо пад Кабарега на р. Виктория-Нил в африканской Уганде, где река низвергается с 40-метровой высоты, прорываясь меж двух стометровых скал;

Чертова Мельница в Архызе на За падном Кавказе и др.).

Большинство природных водопадов встречается в гор ных районах, но наиболее крупные находятся в относитель но равнинной местности. Их происхождение обусловлено разными причинами:

тектоническими движениями земной коры (в Новой Зе ландии потоки лавы, заполнившие русла рек, привели к об разованию водопадов Северного острова – водопады Гука, Уайроа, Хвангареи, Уатанги;

эрозионной деятельностью рек, протекающих по руслу, сложенных породами с разной твёрдостью – каскад из водопадов Плитвичских озёр в Хорватии с общим перепа дом 156 м, образованный в основном в результате размыва рекой Матица горной долины, сложенной известняковым туфом;

перегораживанием русла рек горными обвалами или из верженными вулканическими породами – водопад Скра дински-бук на реке Крка, впадающей в Адриатическое мо ре;

в результате естественного многовекового образования запруд на реке из-за выпадения в осадок известковых солей, содержащихся в водном потоке, – ряд Плитвичских водопа дов в Хорватии и т.д.

В природе есть несколько известных водопадов-гиган тов, где потоки воды с грохотом падают с огромной высо ты – более 600 м (Анхель, южная Америка, Венесуэла высо той 1054 м, Тугела, Южная Африка – 933 м, Утигорд, Нор вегия (ледник) – 800 м и др.) [1].

Большая часть современных природных водопадов, в том числе и российских (Кинзелюкский, Саяны – около 300 м, Центральный, Зап. Кавказ – 200 м, Неприступный, Алтай – 150 м и др.), имеет высоту падения значительно меньшую, но водная картина этих водопадов выглядит бо лее завораживающей. Яркий пример – Ниагарский водопад (Северная Америка), с высотой падения всего 51 м, счи тающийся одним из самых мощных и красивейших в мире.

Природные водопады есть и в Подмосковье: Гремячий на правом берегу р. Вондига, около г. Сергиев-Посад с высо той падения около 25 м;

Радужный на левом берегу р. Нары у с. Панино Наро-Фоминского района, где несколько клю чей, бьющих из крутого склона на высоте около 18 м, дают начало ручью, который, падая с огромной известняковой глыбы, создаёт 5-метровый водопад, и т.д.

На одном водотоке может быть различное число при родных водопадов. Так, на Кавказе, в Западном лесничестве Тебердинского государственного заповедника (Архыз), есть Долина тридцати водопадов в ущелье реки Салыннган. В Японии, в национальном парке Йосино-Кумано на полуост рове Кии (остров Хонсю), в долину Осугидани обрушивает ся 100 водопадов, один из которых называют водопадом Света. Норвегию из-за обилия водопадов называют Страной водопадов, а маленькое высокогорное королевство Лесото в Южной Африке – даже Страной трех тысяч водопадов.

Природные водопады могут либо наращивать свои греб ни (например, водопады типа Плитвичских), либо разру шать русло и медленно перемещаться вверх по течению во дотока, размывая недостаточно крепкие породы, слагающие водосливной порог и водобойную часть (например, Ниагар ский водопад в течение года отступает на 0,7…0,9 м). Водо падов первого типа – «созидающих», очень мало. Среди природных встречаются в основном водопады второго типа – деструктивные или водопады с «пятящейся» эрозией.

Эксплуатация и мелиорация природных и искусственных водопадов связаны с работами по улучшению их состояния и увеличению эффекта воздействия на человека.

При использовании и мелиорации природного водопада или при строительстве искусственного водопада приоритет всегда отдаётся возможным формам или водной картине, определяющим гидропластику ландшафта. Французский исследователь П. Рамбах, классифицируя водные картины, создаваемые водопадами, и изучая более распространённые в Японии, чем в Европе, типы фонтанов, выделил следую щие их основные виды: сдвоенный, каскадный, плёночный, струйный, «спагетти» (рис.1).

Рис. 1. Некоторые типы водопадов по [2] 1 – сдвоенный;

2 – каскадный;

3 – плёночный;

4 – струйный;

5 – «спагетти»

В Японии в руководстве по созданию искусственных во допадов указывается 10 его возможных форм [3]:

скользяще-падающий, когда вода стекает по поверхно сти скал в виде прилипающего потока без образования крупных пустот;

падающий, как полотняная ткань, когда поток свободно падает, не прилипая к поверхности скал;

падающий как нить, когда падает одна струя или много струй – при разделении потока в верхней части водопада;

падающий неровно, создающий асимметричную картину, при которой относительно оси водопада стекает разное ко личество воды;

падающий слева и справа, когда скала как разделитель ная стенка делит поток на две равные или неравные части;

падающий прямо, когда вода падает без каких-либо по мех на пути;

падающий сбоку, когда вода стекает только с одной сто роны, а другие – твёрдые поверхности из камня или скалы;

падающий, когда струи воды направлены друг к другу, находясь при этом на противоположных сторонах створа водопада;

отторгнуто падающий, когда отдельный поток располо жен на некотором расстоянии от основного водопада;

повторное падение, когда есть несколько уступов на разной высоте, при этом водопад может быть и много струйным и многоступенчатым. Данная форма аналогична водопаду в виде падающей нити.

Один из первых искусственных водопадов высотой 15 м был сооружен в Японии в 1130 г. в саду Китаяматеи. По мнению японских дизайнеров, в обрамлении водопада должно присутствовать не менее двух скал, символизи рующих мощь. Фоном всего водного объекта являются де ревья в сочетании с другими зелёными насаждениями. При конструировании искусственного водопада следует иметь в виду, что чем больше высота перепада, тем более зрелищ ным получается сооружение. В особенности, если в месте падения формируется сильно аэрированный поток или гид равлический прыжок. При выборе месторасположения во допада следует также учитывать создаваемый звуковой эф фект, дальность его распространения, последствия положи тельного и отрицательного влияния на расположенные ря дом жилые объекты.

В ландшафтных водопадах (природных и искусствен ных) для укрепления, стабилизации или формирования во досливного порога при строительстве или реконструкции водопада следует стремиться применять природные камни прочных пород: гранит, базальт, лабрадорит, габбро и дру гие кристаллические или метаморфические породы (рис. 2).

Технология их крепления аналогична работе с любыми ГТС. При этом предварительно расчётом оцениваются не обходимые размеры и форма водосливной кромки, влияние водосливной стенки или уступа на получаемую водную кар тину, взаимосвязанную с количеством, мощностью струй и разделением потока по всему пути его падения в соответст вии с указанной выше классификацией водопадов Рис. 2. Примеры оформления и благоустройства искусственного водопада В зависимости от высоты падения А ландшафтные архи текторы условно подразделяют искусственные водопады [3] на: низкие при А до 5 м;

средние при А = 5…15 м;

высокие при А более 15 м (рис. 4).

Для создания атмосферы водного ландшафта необходи мо знать величину напора и расхода воды, которые опреде ляют выбор насосного оборудования. К малым относят во допады с расходом Q менее 5 л/с, к средним – 5…15 л/с и к крупным – более 15 л/с.

При подборе оборудования для устройства водопада, каскада или ручья необходимо предварительно оценить ряд факторов:

разницу высот между уровнем воды в верхнем и нижнем бьефе сооружения, то есть, соответственно – уровнем воды в источнике и поверхностью воды в приёмном водоёме;

ширину потока воды;

длину и диаметр трубопровода напорной магистрали.

Водоснабжение искусственного ручья или водопада осуществляется чаще всего с помощью одного насоса, как правило, погружного типа, через трубопровод или гибкий шланг, который для придания естественности водному по току декорируют камнями и растительностью. Выход воды может быть оформлен в виде природного источника: вода может выбиваться наружу из-под плоского камня, бить ключом или стекать по декоративному жёлобу.

Учитывая довольно большую высоту подъёма и массу воды, для водопада важен правильный подбор насосного оборудования и расчёт диаметров подающего трубопрово да. Помимо гидравлического расчёта струйной картины не обходим оценочный расчёт длины отлёта струи и глубины размыва дна в месте её падения. При этом следует учиты вать постоянную вибрацию всех элементов конструкции и значительные динамические нагрузки на основании соору жения. Если водопад оформляется тяжёлыми искусствен ными плитами, то нужно устройство морозостойкого фун дамента на глубину не мене 0,8 м.

Поскольку в водопадах, с точки зрения гидропластики, помимо внешнего оформления для получения требуемой картины необходимо создать нужную толщину плёнки па дающей с высоты воды и обеспечить её ламинарное и не прерывное падение в виде водной «стены», то необходим тщательный расчёт всего фонтанного комплекса, особенно концевого участка или фундамента. Кроме того, следует тщательно гидроизолировать все участки водопропускного тракта.

При мелиорации естественных или проектировании ис кусственных водопадов сначала необходимо оценить пара метры потока на водосливном пороге. Анализ существую щих гидравлических зависимостей показывает, что расчёт водослива водопада можно вести по упрощённой формуле нерегулируемого водослива с широким неподтопленным порогом Q = mBв 2 g Hв3|2, (1) где m – коэффициент расхода, который зависит от очерта ния поперечного профиля водослива и его формы в плане (например, для водослива с широким порогом m = 0,35… 0,36);

Bв – ширина потока, м;

Hв – напор или глубина на пороге водослива.

Основными параметрами при проектировании обычно являются ширина и глубина потока, а производными от них – расход и скорость потока. При единичной ширине по рога водослива выражение (1) можно преобразовать как qв = 0,35 19,62 Hв3|2, тогда скорость потока на нём будет равна V 1,55 Н в, м/с. (2) При треугольном профиле водосливного порога водопа да или порога в искусственном водотоке (пороги Крампа) расход можно оценить по формуле Q =1,96 Bв Hв3|2. (3) При подтоплении со стороны нижнего бьефа в выше приведённые формулы следует вводить поправку.

Для временного увеличения расхода воды искусственно го или естественного водопада с целью достижения запла нированного эффекта или создания нужной водной картины можно предусмотреть схемы внутрисуточного регулирова ния естественного водотока путём создания накопительного водоёма-регулятора в верхнем бьефе водопада или ниже его основания [4]. Для небольших искусственных водопадов на естественных или искусственных ручьях накопление воды может оказаться экономически выгодным в месте располо жения воронки размыва, что повышает эффективность га шения энергии. В этом случае дополнительное количество воды подаётся насосом из водоёма-накопителя по напорно му трубопроводу. Расход подводящего или отводящего от водопада ручья должен быть соответственно увеличен в 2 и более раза. Характер и схема подачи воды (рассредоточен ная, сосредоточенная и др.), связанные с работой насосов, определяются специально составленной программой, учи тывающей создание нужных картин гидропластики ланд шафта.

Способ и режим движения потока на концевой части во допада до соприкосновения (взаимодействия) с уровнем нижнего бьефа могут быть 3-х видов: безотрывное движе ние воды по сливной поверхности, сопрягающейся запод лицо с водобоем;

отбросом струи с момента свободного её падения в воздухе;

отрывом потока от сливной поверхнос ти – без свободного падения. В зависимости от условий входа сбросного потока в нижний бьеф и характера взаимо действия сбросного и бытового потоков могут возникнуть разные режимы сопряжения: при плавном сочленении верх него участка с дном - три вида режимов гидравлического прыжка (донные, поверхностные и смешанно-поверхност ные), а при отбросе струи – возможны перечисленные ре жимы сопряжения при двух схемах (отброс струи непосред ственно в естественное русло с последующим образованием ямы размыва и отброс струи в предварительно устроенную яму размыва, часто закреплённую, или в специальный водо бойный колодец). Конструктивно нижний бьеф водопада может иметь известные формы водобойного участка ГТС (свободное падение на водобой, успокоительный бассейн, водобойный колодец, гладкий водобой с водобойной стен кой в конце, с гасителями энергии разного типа, гашение энергии в комбинированном ковше-колодце). Конструкция водобойного участка зависит от расхода воды, высоты па дения струи, типа грунтов и скальных пород, слагающих отводящее русло в нижнем бьефе ГТС [1, 4].

Глубина ямы размыва в нижнем бьефе за водопадным участком определяется рядом факторов: удельным расхо дом, скоростью, формой сопряжения водосбросной струи с нижним бьефом, аэрацией потока, конструктивными осо бенностями сооружения (наличия уступа или рассеивающе го трамплина, гасителей энергии в нижнем бьефе и его кре пления), свойствами грунта (связный, несвязный, скаль ный), крупностью частиц или отдельностей скалы, глуби ной воды в нижнем бьефе. В настоящее время в проектной практике используются формулы М.С. Вызго, Ц.Е. Мирц хулавы, Б.И. Студеничникова, К.И. Россинского и др. При затопленном гидравлическом прыжке глубину размыва с достаточной степенью точности (без учёта естественной отмостки дна на несвязанном грунте) можно определить по соответствующим зависимостям [5]. Для естественных скальных грунтов такой способ расчёта будет несовершен ным. Сопротивление скалы размыву зависит от размеров отдельностей, на которые она разрушается потоком, их формы и связи между ними. В этом случае лучше восполь зоваться формулой Г.А. Юдицкого и др. [1, 4].

Расход воды для искусственного водопада из готовых элементов можно определить по простой эмпирической за висимости (4) или воспользовавшись разработанными для соответствующих видов фонтанных насосов диаграммами [5] Q = 24000ВС, (4) где В – толщина переливающегося слоя, м;

С – ширина по тока, м;

Q – расход воды в л/мин. Найденный по формуле (4) расход воды Q обеспечивает скорость движения потока воды на пороге водопада V = 0,4 м/с.

При наличии порогов в отводящем русле за водо падным участком или в декоративном ручье гид равлический расчёт вы полняется как расчёт ис кусственного русла фор мального или неформаль ного очертания с очень большой шероховатостью Рис. 4. Схема к определению при известных геометри расхода воды на водопаде ческих параметрах русла, по соответствующим формулам из учебников по гидравлике и гидротехническим сооруже ниям [1, 4].

Библиографический список 1. Алтунин В.И., Румянцев И.С., Черных О.Н., Федотов М.В. Гидравлическое обоснование использования фон танных устройств в гидропластике ландшафта. – М.:

МАДИ. 2011. – 338 с.

2. Eaux et fontaines daus la ville: Conception, techniques, financement. Secretariatgeneral du Groupe centr des villes nouvelles: Sabine Fachard et al Paris, 1982. – 185 s.

3. Сабо Е.Д., Теодоронский В.С., Золотаревский А.А.

Гидротехнические мелиорации объектов ландшафтного строительства: учебник для вузов. /Под общ. ред. Е.Д.

Сабо. – М.: Издательский центр «Академия», 2008.

– 335 с.

4. Румянцев И.С., Черных О.Н., Алтунин В.И. Использо вание фонтанов при благоустройстве территорий. – М.:

ФГОУ ВПО МГУП, 2006. – 421 с.

5. Springbrunnentechnik Fountain technology. «Оase».

Horstel-Riesenbeck. Deutchland. – 2004. – 83 р.

УДК 627. ИЗМЕНЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПОНИЖЕНИЯ ДЕПРЕССИОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ В АНИЗОТРОПНЫХ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИНАХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭТАПОВ ЕЕ СТРОИТЕЛЬСТВА М.Р. Бакиев – д-р техн. наук, проф.;

Р.В. Хрупин – магистр Ташкентский институт ирригации и мелиорации, г. Таш кент, Республика Узбекистан В статье рассмотрены вопросы изменения времени по нижения депрессионных поверхностей в анизотропных грунтовых плотинах от этапов строительства. Исследования проводились для верховой призмы, выполненной из камен ной наброски и переходных зон, отсыпанных из песчано гравелистых грунтов. Расчеты проводились для эксплуати руемой плотины первой очереди и проектной. В рамках ис следований время зависания депрессионной поверхности в переходных зонах превышает в три раза значения в верхо вой призме.

The paper deals with the time change reducing depression surfaces in anisotropic earth dams on the stages of construction.

The studies were conducted for horse prism made of rock placement and transition zones of the backfilled sand-gravel soils. Calculations were performed for the first stage of the dam operated and design. The studies hang time of depression in the surface of the transition zone is three times higher than the val ues in the horse prism.

Главной целью обеспечения надежности и безопасности грунтовых плотин является предупреждение аварий, на блюдение и анализ за состоянием сооружения, своевремен ное обнаружение и устранение технических дефектов, кото рые при дальнейшем развитии могут привести к полной или частичной потере работоспособности гидроузла и возник новению чрезвычайной ситуации.

Очень часто строительство и ввод в эксплуатацию круп ных грунтовых плотин выполняется поэтапно. Нарушение правил эксплуатации поэтапно вводимых водохранилищ, связанное с наполнением и опорожнением, что нередко свя зано с производственной необходимостью, и приводит к резкому изменению картины неустановившейся фильтрации в теле грунтовой плотины. Так, наличие анизотропных грунтов, с различными коэффициентами водоотдачи, в со ставе грунтовой плотины может вызвать зависание депрес сионной поверхности в одних слоях и резкое ее снижение в других, что может привести к формированию недопусти мых выходных градиентов фильтрационного потока, а так же снизить общую устойчивость верхового откоса плотины [1].

Для изучения проблемы проведены натурные и теорети ческие исследования для эксплуатируемой плотины первой очереди и проектной.

Данные натурных наблюдений показали следующее:

нарушения режима наполнения и сработки эксплуати руемой плотины первой очереди происходили более 10 раз за один год;

максимальная скорость опорожнения водохранилища колебалась в пределах от 0,73 до 1,5 м/сут, при проектных данных до 0,5 м/сут.

На первом этапе нами были исследованы только камен ная наброска и песчано-гравелистые грунты, для которых было установлено соотношение времени понижения уровня депрессионных поверхностей при резкой сработке водохра нилища.

Определение времени понижения депрессионных по верхностей в переходных зонах и верховой призме при мгновенном опорожнении водохранилища выполнялось по методике В.П. Недрига [2] для эксплуатируемой плоти ны первой очереди и проектной (табл. 1, 2).

Таблица Определение времени понижения депрессионной поверхно сти в переходных зонах при мгновенном снижении уровня воды в водохранилище для эксплуатируемой плотины первой очереди и проектной п kп h1 h2 mп z a t 1 2 3 4 5 6 7 8 Эксплуатируемая плотина первой очереди 0,3 9,5 79 91 24 0,2 81 7 0, 0,3 9,5 79 91 24 0,2 71 7 0, 0,3 9,5 79 91 24 0,2 61 7 1, 0,3 9,5 79 91 24 0,2 51 7 2, 0,3 9,5 79 91 24 0,2 41 7 2, 0,3 9,5 79 91 24 0,2 31 7 3, Продолжение табл. 1 2 3 4 5 6 7 8 Проектная плотина 0,3 9,5 79 160 24 0,2 150 7 0, 0,3 9,5 79 160 24 0,2 130 7 1, 0,3 9,5 79 160 24 0,2 110 7 1, 0,3 9,5 79 160 24 0,2 90 7 2, 0,3 9,5 79 160 24 0,2 70 7 3, 0,3 9,5 79 160 24 0,2 50 7 4, 0,3 9,5 79 160 24 0,2 30 7 6, Затем для сравнения и выявления зависимости времени понижения депрессионной поверхности в переходных зонах и верховой призме при мгновенном снижении уровня воды в водохранилище для эксплуатируемой плотины первой очереди и проектной построены графики (рисунок).

Графики зависимости времени понижения депрессионной поверхности в переходных зонах и верховой призме при мгновенном снижении уровня воды в водохранилище для эксплуатируемой плотины первой очереди и проектной Из графиков видно:

время понижения депрессионной поверхности в верхо вой призме не зависит от этапов строительства грунтовой плотины;

картина изменения времени понижения депрессионной поверхности в переходных зонах значительно отличается от верховой призмы, то есть каменной наброски;

время понижения депрессионной поверхности в пере ходных зонах будет медленнее, чем в верховой призме;

время понижения депрессионной поверхности в пере ходных зонах зависит от этапов строительства грунтовой плотины.

Анализируя полученные данные в рамках проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

время понижения депрессионной поверхности в пере ходных зонах увеличивается пропорционально этапам строительства грунтовой плотины;

зависание депрессионной поверхности в переходных зо нах относительно верховой призмы по времени превышает более чем в 3 раза.

Библиографический список Анискин Н.А., Мемарианфард М.Е. Влияние фильтра 1.

ционной анизотропии грунтов тела плотины на пара метры фильтрационного потока и устойчивость отко сов. //Гидротехническое строительство. 2011. № 10.

Недриги В.П. и др. Гидротехнические сооружения.

2.

Справочник проектировщика. – М.: Стройиздат». 1983.

УДК 626.823.004:627.514.001. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГРУНТОВЫХ ДАМБ КРУПНЫХ КАНАЛОВ Д.В. Бакланова – мл. науч. сотр.

ФГБНУ «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации», г. Новочеркасск, Россия На основе анализа эксплуатации крупных каналов пред ставлены основные негативные явления, происходящие в теле и основании дамб каналов, вызванные фильтрацион ными процессами. Приведены примеры наиболее опасных участков крупных каналов, проходящих в насыпи и на косо горе, а также предложены методика оценки риска разруше ния дамбы крупного канала и зависимости, для определения фильтрационных характеристик грунтовых дамб.

On the basis of operation analysis of large channels, the gen eral negative phenomena occurring in a body and in a basis of channels' dams, caused by filtrational processes are presented.

Examples of the most dangerous sites of the large channels which are passing through embankment and over hillside are given, and also a methodology for the estimation of destruction risk of a dam of a large channel and dependence for definition of filtrational characteristics of soil dams are proposed.

На сегодняшний день в России эксплуатируется крупных системы межбассейнового перераспределения сто ка, общей протяженностью около 3 тыс. км. Наиболее густо каналы переброски стока расположены на юге страны, где имеется дефицит водных ресурсов и необходимо их рацио нальное использование с целью улучшения водообеспече ния населения, промышленности и сельского хозяйства.

В связи с этим в настоящее время необходимо решать проблемы безопасной эксплуатации крупных магистраль ных каналов и гидротехнических сооружений на них.

Анализ проведенных исследований работы каналов в грунтовом русле, показал, что при их эксплуатации наблю даются процессы, связанные с переливом воды через бровки канала, прорывом дамб, оползнями, образованием карстово суффозионных деформаций и сосредоточенных ходов фильтрации в дамбах и др. (рисунок).

Причины аварий грунтовых дамб каналов Перелив воды Перекрытие Разрушение дамбы Разрушение через гребень русла канала на участке канала дамбы на дамбы оползнем в насыпи косогоре Фильтрационные Оползание Просадка гребня деформации в теле низового откоса дамбы дамбы Причины аварий грунтовых дамб каналов Грунтовые дамбы крупных каналов представляют собой напорный фронт, такой же, как и грунтовые плотины водо хранилищ. Известно, что наибольшую угрозу для нормаль ной эксплуатации грунтовых дамб создают сосредоточен ные ходы фильтрации, так как изменения, вызванные ими, происходят медленно и их достаточно тяжело обнаружить.

К наиболее опасным участкам каналов с точки зрения возникновения аварийных ситуаций по причине фильтра ции относятся участки в насыпи и на косогоре, где уровень воды значительно превышает отметки прилегающей терри тории. В результате в дамбе канала могут образовываться опасные фильтрационные деформации в виде сосредото ченных ходов фильтрации, суффозии или выпора в зоне вы хода потока на низовой откос или основание дамбы.

В качестве примеров разрушений опасных участков крупных каналов от фильтрационных воздействий можно выделить участки в насыпи первой очереди Большого Став ропольского канала, общей протяженностью около 5000 м [1], где неоднократно наблюдались разрушения внутренних бортов канала, с образованием подсечек и размывов разме ром до 1,5 м. На Право-Егорлыкском канале, который про ходит через многочисленные балки, имеются участки в на сыпи и на косогоре общей протяженностью 7300 и 2400 м, соответственно.

В таблице 1 систематизированы аварии и деформации на каналах России и зарубежья.

Таблица Аварии и деформации на каналах России и зарубежья Канал, ороситель- Аварии Деформации ная система 1 2 БСК аварии, вызван- образование подсе ные переливом во- чек и размывов, вы ды через бровки ход фильтрационно канала на косогор- го потока на низовой ных участках;

откос;

угроза прорыва деформации ложа дамбы, вызванная канала;

карстово-суффо- интенсивные об зионными процес- рушения и оползни в сами русле канала Донской МК интенсивное зарас тание водной расти тельностью;

значительное опол зание откосов на двух участках Малый Окте- перелив воды че берянский рез бровки канала МК Продолжение табл. 1 2 Невинномыс- размыв откосов и ский канал отложение наносов в виде кос Право-Егор- размыв откосов и лыкский ка- отложение наносов нал Пролетар- интенсивное зарас ский МК тание водной расти тельностью;

интенсивные об рушения и оползни в русле канала Северо- прорывы дамб продольные и по Крымский перечные просадки, канал трещины и интен сивная фильтрация;

оползание откосов;

трещины, запоте вание внешних от косов и интенсивная фильтрация Тези-Ок- прорывы левого тамская ОС борта на косогор ном участке канала на трех отрезках общей длиной до 300 м;

угроза прорыва дамбы, вызванная карстово-суффози онными процесса ми Для оценки безопасности эксплуатации крупных кана лов используются вероятностные методы, основанные на теории надежности и теории риска с использованием ос новных фильтрационных характеристик, определяемых ме тодами теории фильтрации, в частности, способами расчета в грунтовых плотинах и фильтрационных сопротивлений.

Основными задачами исследований являлось, получение усовершенствованного метода расчета фильтрации через дамбу канала в насыпи и на косогоре (как наиболее опасных случаев), а также разработка методики оценки вероятности возникновения (риска) аварийных ситуаций на каналах, вследствие фильтрационных процессов.

Для определения вероятного риска аварии участка в на сыпи крупного канала были использованы известные реше ния для однородных грунтовых плотин, полученные для случая водонепроницаемого основания [2]. В отличие от этих решений применительно к каналам в насыпи были найдены расчетные формулы для водопроницаемого осно вания дамбы канала (табл. 2), при этом учитывалось допол нительное фильтрационное сопротивление под дном канала LК [3, 4].

Выводы На основе известных методик расчета фильтрации раз работан усовершенствованный метод расчета фильтрации через дамбу канала для определения расхода фильтрацион ного потока, фильтрационной прочности грунта дамбы, ис пользование которого необходимо при проектировании и эксплуатации каналов.

Предложена методика для оценки риска разрушения по тенциально опасных участков крупных каналов в насыпи и на косогоре вследствие фильтрационных воздействий.

Библиографический список 1. Запорожченко Э.В. Инженерно-геологический опыт проектирования, строительства и эксплуатации первой очереди Большого Ставропольского канала. – Ставро поль: Ставропольское книжное издательство, 1974.

– 78 с.

2. Гидротехнические сооружения: справочник проекти ровщика. /Под ред. В.П. Недриги. – М.: Стройиздат, 1983. – 543 с.

3. Косиченко Ю.М., Бакланова Д.В. Расчет фильтрации че рез дамбу канала в насыпи и оценка риска аварийных ситуаций. //Известия вузов. СКР. Технические науки.

2012. № 4. – С. 77-81.

4. Косиченко Ю.М., Бакланова Д.В. Определение вероят ного риска аварии крупного канала вследствие фильтра ционных деформаций [Электронный ресурс]. //Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: элек трон. период. изд. – Электрон. журн. – Новочеркасск:

РосНИИПМ, 2012. № 1(05). 12 с. – Режим доступа:

http://www.rosniipm-sm.ru/archive?n=82&id=94.

УДК 627. ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ И УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОРЕШЁТКИ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ ОТ РАЗМЫВА Е.В.Баранов – аспирант;

А.П. Гурьев – канд. техн. наук, профессор;

Н.В. Ханов – д-р техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия.

Проблема комплексного использования водных ресурсов и эксплуатации существующих гидротехнических сооруже ний тесно связаны с охраной больших и малых рек, защитой естественных и техногенных ландшафтов от разрушитель ного действия сил природы, одним из которых является водная эрозия [1].

Термин «эрозия» происходит от латинского слова ero sion («разъедание»). Под водной эрозией обычно понимают процесс разрушения горных пород и почв водным потоком.

В результате негативного воздействия воды происходят разрушения берегов рек, а также откосов как гидротехниче ских сооружений, так и любых других объектов, подвер женных этому воздействию. Это приводит к колоссальным ущербам и влечёт за собой значительное увеличение расхо дов по возобновлению их работы. Разработка мероприятий по защите земель от эрозии, сведение к минимуму отрица тельных экологических последствий при использовании природных ресурсов требуют в первую очередь знания за кономерностей механизма эрозионных процессов. Естест венно, что вопросы борьбы с эрозией почв не могут быть решены без глубоких научных исследований эрозионных процессов. Поэтому проблема проектирования и строитель ства берегоукреплений во все времена привлекала внимание учёных и инженеров. Известными исследователями в этой области являлись М.А. Великанов, В.Н. Гончаров, И.И. Ле ви, Г.И. Шамов, В.С. Кнороз, С.В. Избаш, Ц.Е. Мирцхулава, И.С. Румянцев и т.д. Однако, несмотря на многочисленные серьёзные исследования научных учреждений и многолет ний практический опыт строительства и эксплуатации бере гоукреплений как в нашей страны, так и за рубежом, неред ки случаи неудачных технических решений, которые вызы вают разрушения и аварии. Это свидетельствует о целесо образности и необходимости дальнейшего усовершенство вания проектирования, производства работ и эксплуатации сооружений и средств защиты естественных берегов и ис кусственно созданных откосов от разрушения.

Эрозия грунта обусловлена различными, часто взаимо связанными факторами. Среди них выделяются четыре ос новных: гидрологические, геологические, гидродинамиче ские и техногенные. Для каждого конкретного объекта влияние того или иного фактора различно. В связи с этим берегозащитные и берегоукрепительные мероприятия раз личаются в довольно широком диапазоне [1].

Простейшими видами креплений, которые положили на чало берегоукрепительным работам, являются фашинные, плетнёво-каменные и хворостяно-каменные. В дальнейшем конструкции берегозащитных сооружений усложнились, в результате чего появилось крепление: каменное;

свайное;

тюфяками из асфальтобитумного материала;

бетонное и же лезобетонное.

В последние годы при решении вопросов надёжности и долговечности объектов гидротехнического и гидромелио ративного строительства, большое внимание во всём мире уделяется разработкам альтернативных методов защиты, упрощающие производство работ и снижающие стоимости без потери при этом надёжности крепления. Подобные ме тоды крепления разрабатываются на основе комплексного подхода к решению экологических проблем, представляю щие собой совокупность инженерных и биоинженерных технологий защиты и благоустройства территорий. Исполь зуются новые, прогрессивные, более экономичные и эколо гичные материалы, отличающиеся простотой в изготовле нии, технологичностью и эффективной работой в сооруже ниях, разрабатываются способы их комплексного примене ния с целью обеспечения максимальной эффективности при минимально необходимом уровне затрат [1]. Одним из та ких материалов является георешётка. Благодаря своей уни версальности данный тип крепления применяется во многих сферах строительства. Она предохраняет откосы дорог, ка налов, водных объектов, и других сооружений от воздейст вия водной эрозии и обеспечивает их прочность и устойчи вость. Благодаря пластичности и гибкости георешетки, воз можно создание укрепления, точно повторяющего конфигу рацию существующих русл или водоотводных канав.

Георешетка представляет собой сотовую конструкцию из полиэтиленовых лент со средней толщиной 1,5 мм, скрепленных между собой в шахматном порядке сварными высокопрочными швами. При растяжении в рабочей плос кости образует устойчивый горизонтально и вертикально каркас, который предназначен для фиксации наполнителя. В качестве заполнителя ячеек георешетки возможно примене ние разного строительного материала. Тип заполнителя вы бирается в зависимости от интенсивности потока воды.


Основными преимуществами георешёток являются:

высокая прочность, устойчивость к большим нагрузкам;

высокая надёжность конструкции;

устойчивость к агрессивной водной среде, к воздейст вию кислот и щелочей, к резким колебаниям температур (от -100оС до +150оС) и ультрафиолетовому излучению, отсут ствие гниения;

долговечность конструкции, срок службы материала достигает 120 лет;

не содержит вредных и токсичных компонентов, опас ных для живого организма;

незначительный вес и малый занимаемый объём при транспортировке материала;

удобный и простой монтаж;

возможность использования местных строительных ма териалов;

невысокая стоимость по сравнению с другими варианта ми креплений.

Основным принципом работы конструкции можно счи тать то, что комплекс решётка-грунт работает как единое целое. Благодаря сходящимся жёстким рёбрам решётки происходит заклинивание, обжатие отдельных элементов наполнителя. Это способствует значительному увеличению несущей способности грунта размыву. При движении воды по откосу конструкция работает по типу многоступенчатого перепада, разбивая поток на мелкие струи, энергия которых безопасна для материала заполнителя.

Аналогом такой конструкции можно считать наброску камня в ящиках, в больших объёмах применённую при строительстве Волго-Балтийского водного пути. Основой являются железобетонные ящики, укладываемые на фильт ровую подготовку в шахматном порядке диагонально вдоль образующей откоса, что обеспечивает заклинивание камня в сходящихся стенках ящиков. Между собой ящики не соеди няются. Камень загружается вровень с верхом стенок ящи ков. Для условий Волго-Балта, где высота волны не превы шает 2 м, применялся камень крупностью 20…25 см. Разме ры ящиков в плане 1,2 х 1,2 и 1,5 x 1,5 м, высота 0,30… 0,40 м, толщина стенок ящиков 0,1 м. Крепление в виде же лезобетонных ящиков, заполненных камнем, хорошо гасит энергию скатывающегося потока (за счет шероховатости и проницаемости наброски из камня), обеспечивает свобод ный выход грунтовых вод, обладает гибкостью и исключает возможность образования скрытых вымывов и пустот, легко поддается ремонту [2].

Тем не менее, несмотря на многолетний опыт использо вания георешёток и применения их в различных сферах, данный тип крепления остаётся практически не изученным.

Предметом наших дальнейших исследований является изучение движения воды по откосу (ливневой сток, скаты вающаяся волна). В данном случае конструкция работает по типу многоступенчатого перепада, разбивая поток на мел кие струи, энергия которых безопасна для материала запол нителя.

В результате тщательного анализа особенностей и ха рактера движения воды по откосу, укреплённому георешёт кой, и имеющейся научной и справочной литературы, был предварительно рассмотрен ряд работ, близко связанных с нашими будущими исследованиями.

Работы многих исследователей (Б.А. Пышкина, П.К.

Божича, П.А. Шанкина, М.И. Лупинского и др.), занимав шихся вопросом устойчивости каменных креплений, позво лили установить взаимодействие скатывающейся с откоса волны на отдельные его элементы [3].

Проведённые ими лабораторные исследования по опре делению устойчивости каменной облицовки показали, что в начальный момент подвижка камня в вертикальном направ лении происходит под влиянием взвешивающего (выры вающего) давления Рт;

последующее перемещение этого камня, то есть скатывание его вниз по откосу, в основном происходит под воздействием скорости ската волны с отко са [4].

Рассматривая лежащий камень на откосе, исходя из уче та наличия вырывающего волнового давления, условие рав новесия любого элемента крепления можно представить в таком виде Gвзв cos = Pm.

где Gвзв – вес рассматриваемого элемента с учетом взве шивания;

– угол наклона откоса относительно горизон тали;

– площадь элемента, подверженная действию силы Рт;

Рт – вырывающее волновое давление на единицу по верхности.

Исследования показали, что величина вырывающего волнового давления Рт зависит от многих факторов: от конструкции типа покрытия, от параметров отдельных эле ментов крепления, от заложения откоса, от волнового ре жима и характеристик водного потока [4].

Данная расчётная схема применительно к конструкции георешёток будет справедлива в том случае, если помимо действия сил тяжести, взвешивающего и вырывающего дав лений, будут добавлены силы трения.

Тогда условие равновесия отдельно взятого элемента крепления примет следующий вид:

Gвзв cos + Tтр = Pm, где Ттр = Тi – сумма всех сил трения, возникающих в i-х точках соприкосновения рассматриваемого элемента с со седними.

При этом Тi определяется по следующей зависимости:

Тi = P f, где P – реакция от сжимающей (заклинивающей) силы, пе редаваемой стенками георешётки;

f = tan – коэффициент трения, характеризующий материал и физическое состояние трущихся поверхностей. Коэффициент трения определяется в лабораторных условиях.

Задачи, поставленные на первом этапе лабораторных ис следований:

определение гидравлического сопротивления крепления откоса георешеткой, заполненной щебнем;

определение зависимости вырывающего давления от различных факторов: формы и крупности заполнителя, за ложений откосов и характеристик водного потока и т.п.;

определение допускаемой скорости скатывающегося по тока воды, при которой не происходит разрушения целост ности заполнения противоэрозионного средства.

Библиографический cписок 1. Коренева В.В., Козырь И.Е., Штеренлихт Д.В. Гидрав лическое и конструктивное обоснование берегозащит ных и берегоукрепительных мероприятий на водных объектах: Учеб. пособие. – М..: МГУП, 2002. – 116 с.

2. Алперин И.Е., Быков Л.С., Гуревич В.Б. Укрепление бе регов судоходных каналов, рек и водохранилищ. – М.:

Транспорт, 1973. – 216 с.

3. Шабанов А.Д. Крепление напорных земляных откосов /Под общ. ред. Н.А. Хаустова. – М..: Стройиздат, 1971.

– 184 с. – Изд.2-е, перераб. и доп.

4. Шанкин П.А. Воздействие волн на гидротехнические сооружения. – М.: Речной транспорт, 1955. – 240 с.

УДК551.345: 532.5. ВЛИЯНИЕ ЛЕДОВОГО ПОКРОВА НА ПРОПУСКНУЮ СПОСОБНОСТЬ РУСЛА Ю.В. Брянская – канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», г. Москва, Россия Сопоставлена пропускная способность русла со свобод ной поверхностью и при ледоставе. Показано, что в широ ком русле глубина при ледоставе слабо изменяется по срав нению с глубиной открытого потока. Предложена методика определения «нулевой» плоскости отсчета при определении глубины в руслах с большой шероховатостью дна.

Compared discharge capacity of open flow and by freezing.

It is shown that the depth in a wide channel by freezing weakly changes in comparison with the depth of the open flow. The method of reference plane definition for determining the water depth in the flow with great roughness of the bottom is pro posed.

При решении задач по определению пропускной спо собности русл с ледовым покровом, диффузии и дисперсии примесей, расчете русловых деформаций в зимний период, силового воздействия водного потока на ледовый покров, необходим учет изменения гидравлических характеристик речных потоков.

При ледоставе в широких речных потоках реализуется течение между двумя поверхностями трения, одной из ко торой является речное дно и другой – нижняя поверхность ледяного покрова. Шероховатости этих поверхностей зна чительно различаются, что является причиной различий в гидравлических характеристиках подледных и открытых потоков. Взаимодействие каждой из поверхностей трения с речным потоком приводит к генерации турбулентности, ко торая распространяется по всей толще потока, влияя на процессы переноса импульса и массы. Тем не менее, в таких потоках формируется динамическая ось с максимальной скоростью течения. На динамической оси поперечный гра диент скорости и касательное напряжение равны нулю. Это позволяет условно разделить поток между двумя поверхно стями трения на два динамически независимых слоя [1]. В верхнем слое, контактирующем с ледовым покровом, харак теристики течения определяются, в основном, взаимодейст вием этой части потока с ледовым покровом.

Обычно принято считать, что при установлении ледово го покрова гидравлическое сопротивление русла возрастает в связи с появлением дополнительной поверхности трения по ледовому покрову, нижняя поверхность которого имеет значительные неровности. Отмечая этот, на первый взгляд очевидный факт, исследователи не рассматривают вопрос о том, что при сохранении практически неизменного грунто вого питания реки в период ледостава значительное нарас тание гидравлического сопротивления должно сопровож даться увеличением глубины потока, по сравнению с его глубиной непосредственно перед ледоставом. Однако тако го явления гидрологи не отмечают. Образующиеся при брежные кромки льда (забереги) [2], с которых обычно на чинается ледостав, формируются на бытовом уровне воды и при развитии ледового покрова на всю ширину русла не разрушаются, то есть заметного изменения глубины при формировании ледового покрова не происходит. Этот факт пока не находит своего объяснения, хотя на вышележащих участках русла, где ледостав еще не наступил, отмечается повышение уровня воды, которое объясняется возрастанием гидравлического сопротивления нижележащего участка по крытого льдом.

Проанализируем возможность изменения глубины реч ного потока непосредственно в период ледостава при пере ходе от открытого потока с одной поверхностью трения к течению между двумя поверхностями трения, считая, что грунтовая приточность, определяющая расход воды в реке в этот кратковременный период сохраняется постоянной.

Используя формулу Шези, запишем выражение для удельного расхода воды q, приходящегося на единицу ши рины русла 8 g 1,5 0, q CH Hi Hi, (1) 8g – коэффициент Шези;

– коэффициент гид где C равлического сопротивления;

Н – глубина потока;

i – гид равлический уклон, равный уклону водной поверхности при равномерном движении.

Поскольку формирование сплошного ледяного покрова происходит на бытовом уровне воды в реке, продольный уклон ледовой поверхности будет совпадать с уклоном вод ной поверхности до ледостава.

В связи со значительными неровностями, как правило, имеющимися на дне и на нижней поверхности ледового по крова, режим гидравлического сопротивления обеих по верхностей является квадратичным [3]. При этом коэффи циент гидравлического сопротивления можно рассчитать по формуле 0, k i 0,11 эi. (2) 4R i С использованием этой зависимости, учитывая постоян ство удельного расхода и неизменность гидравлического уклона до и после ледостава, запишем 8g 8g H1R10,5 H 2 R2,5, (3) 1 где Н1, Н2 – глубина потока, соответственно, до и после ле достава;

R1 = H1, R2 = H2/2 – гидравлические радиусы.

Учитывая приведенные соотношения, после несложных преобразований, получаем 0, k H 1,05 э 2. (4) k э H Выражение (4) показывает, что возникновение дополни тельной поверхности трения с шероховатостью равной ше роховатости дна, требует для пропуска такого же расхода глубины на 5% большей по сравнению с открытым пото ком. В связи с малой величиной показателя степени в выра жении (4) даже значительное увеличение эквивалентной шероховатости ледового покрова по сравнению с шерохова тостью дна не приводит к заметному увеличению глубины потока при ледоставе. Шероховатость ледовой поверхности, граничащей с водным потоком, исследована недостаточно.

Имеются данные лабораторных исследований, которые по казывают, что гидравлическое сопротивление трубопрово дов при обмерзании внутренней поверхности снижается [4].

Эти обстоятельства объясняют отсутствие сведений об уве личении глубины потока в период ледостава.

При анализе распределения скоростей в открытом реч ном потоке и при наличии второй поверхности трения важ ную роль играет выбор плоскости отсчета вертикальной ко ординаты от поверхностей трения. В ряде работ отмечается, что выбор плоскости особенно важен отсчета при большой шероховатости поверхностей трения. От выбора плоскости отсчета существенно зависит величина динамической ско рости и эквивалентной шероховатости.

Если представить известную гипотезу Прандтля в виде k du y0 u*, (5) y dy k где 0 – функция, учитывающая влияние выбора плос y кости отсчета.

du u* k.

Тогда (6) dy y y Если разложить функцию в ряд Тейлора и ограничить ся двумя первыми слагаемыми ряда, учитывая, что ' 0 1, можно записать k y k. (7) y 1 ' 0 k y Подставляя (7) в (6), получим du u* u*, (8) k y t dy y 1 ' y где t – некоторая линейная величина.

После интегрирования, получаем u* y t u ln, (9) k Величина k0 имеет смысл эквивалентной шероховато сти и находится из условия u = 0 y - t0 = k0. Надо отметить, что при этом эквивалентная шероховатость k0 отличается от эквивалентной песочной шероховатости kэ.

Выполненный анализ опытов И. Никурадзе [5] показал, что при течении в трубах величина t0 зависит от поперечно го размера потока и определяется соотношением t 0,01. (10) r Выполненный анализ показывает, что предложенный способ определения плоскости отсчета глубины потока для рек и каналов может составить основу единого общеприня того подхода к выбору «нулевой» координаты, что особен но важно в случае большой по величине шероховатости русла и ледового покрова.

Библиографический список 1. Гришанин К.В., Спецов Ф.А. Распределение скоростей и коэффициент трения в потоках под ледяным покровом // Тр. ЛИИВТ. – Л.: ЛИВТ, 1968. Вып. 110. – С. 53-69.

2. Shen H.T. Research on river ice processes: progress and missing links // J. Cold Regions Eng. 2003. Vol. 17(4).

– P. 135-142.

3. Писарев Д.В. Распределение скоростей и турбулент ность в речных потоках: Автореф. дис…. канд. техн. на ук. – М., 2012. – 20 с.

4. Гинзбург А.В. Повышение эффективности работы сис тем водоснабжения и водоотведения в сложных при родных условиях: Автореф. дис….канд. техн. наук.

– М., 2005. – 265 с.

5. Nikuradse I. Stroemungsgesetze in rauhen Rohren // Forschungs-Heft (Forschungs auf dem Gebiete des Ingenieur-Wesens). N 361, 1933. – P. 1-22.

УДК 627.83 : 626. О ВЛИЯНИИ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОДОБОЙНОГО КОЛОДЦА НА УСЛОВИЯ СОПРЯЖЕНИЯ ПОТОКОВ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ Н.А. Волгин – аспирант;

А.П. Гурьев – канд. техн. наук, профессор;

Н.В. Ханов – д-р техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия В данной статье рассмотрено влияния конструктивных параметров водобойного колодца на условия сопряжения потоков в нижнем бьефе и обозначены основные направле ния диссертационной работы по этому вопросу.

This article describes the basic situation of the influence of stilling pool design parameters on transmission conditions flows in the downstream direction and the basic dissertation work on the subject.

Задача о гашении энергии в нижних бьефах гидроузлов представляет собой одну из главных гидравлических про блем, возникающих при проектировании гидротехнических сооружений.

Многообразие топографических, геологических и гид рологических условий возведения гидротехнических со оружений, существенное различие в их высоте, величине избыточной энергии перепада и роли их в составе гидроузла требуют различных типов гашения энергии, и в частности различных параметров водобойных колодцев и отводящих русл за ними.

Изучением проблем работы водобойного колодца зани мались Б.А. Бахметьев, Н.Н. Павловский, М.Д. Четроусов, А.Н. Рахманов, О.М.Айвазян, В.Т. Чоу и другие.

При возведении гидротехнических сооружений нередко приходиться корректировать проектные решения из-за раз личных условий строительства, не учтённых при проекти ровании сооружения, что неизбежно приводит к изменению конструкции и параметров запроектированных сооружений, в частности и гасителей энергии. Кроме того, по ходу строительства иногда приходится менять принятые ранее технические решения, связанные с уточнением гидрологи ческих и геологических условий строительства или с изме нением нормативной базы проектирования, как это случи лось, например, со строительством Богучанской ГЭС.

За время консервации строительства изменились требо вания, предъявляемые к режиму пропуска строительных расходов, в связи с чем, было принято решение о строитель стве дополнительного водосброса практического профиля вместо трёх агрегатных секций здания ГЭС. Поскольку котлован под агрегатные секции ГЭС был уже устроен, встал вопрос о способе гашения энергии потока, пропус каемого водосбросом №2. В качестве основных было рас смотрено два варианта гашения энергии потока:

отбросом струи в нижний бьеф;

с помощью устройства водобойного колодца, соору жаемого в котловане агрегатных секций.

Проектные проработки варианта гашения энергии пото ка отбросом струи показали, что для заполнения котлована необходимо уложить большое количество бетона, что силь но удорожает стоимость водосброса, хотя этот способ га шения энергии оказался достаточно эффективным во всём диапазоне возможных расходов [1].

Способ гашения энергии потока в водобойном колодце наиболее универсален из всех способов гашения энергии, поскольку применим на всех грунтах. В связи с этим в бу дущей диссертационной работе мы намерены рассмотреть влияние параметров водобойного колодца на условия со пряжения потоков в нижнем бьефе. Схема водобойного ко лодца представлена на рисунке.

Схема водобойного колодца В свете предстоящей диссертационной работы особое внимание следует уделить исследованию А.Н. Рахманова о режимах гидравлического прыжка в водобойном колодце.

Тщательно изучен прыжок в критическом, почти критиче ском или самозатопленном состоянии при изменении пара метров кинетичности, длины и глубины колодца и формы его выходной части. В дальнейшем для большего диапазона изменения параметра кинетичности, а также высоты и дли ны водобойного колодца при двух очертаниях его выходно го порога предлагаются и анализируются зависимости для определения горизонтальных и вертикальных размеров всех основных элементов гидравлического прыжка в водобой ном колодце [2].

В результате исследований была установлена связь ме жду параметрами потока в начале гидравлического прыжка и основными его параметрами, второй сопряжённой глуби ной и длиной прыжка. В настоящее время для русл с прямо угольным поперечным сечением вторую сопряжённую глу бину определяют по уравнению где h1 – первая сопряжённая глубина, м;

hкр – критическая глубина:

где q – удельный расход на водобойном колодце, м3/с на 1 п.м.

Определение первой сопряжённой глубины сводится к решению кубического уравнения где – высота плотины, м;

H0 – напор на водосливе, м;

– коэффициент скорости.

Уравнение решается методом подбора, способом после довательных приближений или построением графоанали тической кривой Для определения длины гидравлического прыжка реко мендуется применять одну из формул:

длина прыжка по опытным данным формула Б.А. Бахметьева формула Н.Н. Павловского формула М.Д. Чертоусова формула О.М. Айвазяна где hw – величина потерянного напора в прыжке, м;

k – коэффициент зависящий от числа Фруда Подпёртый гидравлический прыжок, как это наблюда ется в водобойном колодце, может иметь меньшую длину.

Длина подпёртого гидравлического прыжка для небольших сооружений может быть принята 0,7…0,8 длины гидравли ческого прыжка, но для ответственных сооружений реко мендуется принимать lкол = lпр.

При пропуске поверочного расхода через водосброс № Богучанской ГЭС будет проходить расход Q = 3450 м3/с.

Для этого расхода необходимо предусмотреть водобойный колодец с параметрами: hкол = 11 м, lкол 100 м.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.