книги из ГПНТБ / Механизация и автоматизация оросительных систем и технология орошения сельскохозяйственных культур сборник научных статей гидромелиоративного факультета

—увеличивается срок службы и сохранность от разруше­ ния сооружений в период прохождения паводковых расходов по рекам и каналам; -

—в значительной степени сокращается физический труд эксплуатационного персонала.

Результаты произведенных обследований водозаборных узлов на реках и сооружений на каналах, оснащенных косо­ направленными циркуляционными порогами и вододействую­ щими затворами-автоматами, дали возможность установить следующее:

—циркуляционный порог является высоко надежным на­ носоотвлекающим устройством в составе сооружений;

—вододействующие затворы-автоматы гарантируют забор расчетных расходов в каналы в заданных пределах и обеспе­ чивают надежность и сохранность сооружений от разрушения

при внезапно проходимых паводках.

Из обследованных порядка шести десятков вододействую­ щих затворов-автоматов разных "модификаций, которые полу­ чили внедрение на водозаборных узлах, головных регулято­ рах, сбросных и перегораживающих сооружениях ороситель­ ных систем республики, самую высокую точность и надежность работы обеспечили затворы-автоматы непрямого действия конструкции Э. Э. Маковского.

Затворы-автоматы этой модификации внедрены на 21 соо­ ружении и практикой их эксплуатации в течение 1—6-летнего периода установлено, что точность поддержания горизонта как в верхнем, так и нижнем бьефах находится в пределах 1—2 см. Время перерегулировки затворов не превышает 10— 15 минут. Поэтому эти затворы-автоматы рекомендуются для широкого их применения на сооружениях внутрихозяйствен­ ных и межхозяйственных систем республики. Они могут при­ меняться в проектах каскадного регулирования оросительных систем с диспетчерским управлением с централизованного пункта или без такого управления самостоятельно на отдель­ ных сооружениях.

С положительной стороны зарекомендовали себя внедрен­ ные более чем на 3 десятках сооружений вододействующие затворы-автоматы прямого действия конструкции Я- В. Боч­ карева и А. И. Александрова, а также непрямого действия конструкции Я. В. Бочкарева и В. В. Шарова. Клапанный сегментный затвор-автомат прямого действия конструкции Я. В. Бочкарева прошел натурные испытания на более 20 соо­ ружениях (11 водозаборных узлах и 10 головных регуляторах,

20

сбросных и перегораживающих сооружениях) в течение 10-

летнего периода.

Плоский затвор-автомат прямого действия конструкции А. И. Александрова прошел натурные испытания на 5 соору­

иВ. В. Шарова прошли проверку на 9 сооружениях (2 голов­ ных регуляторах, 1 сбросе, 4 перегораживающих сооружениях

и2-х трубчатых водовыпусках) в течении 5-летнего периода. Проведенными обследованиями установлено, что все конст­ рукции вододействующих затворов-автоматов нуждаются в

специальном подъемном устройстве.

Принцип действия подъемного устройства может основы­ ваться на использовании гидравлической энергии потока) электрической или мускульной, когда устанавливается лебед­ ка с ручным приводом.

Принудительный подъем затворов-автоматов необходим по следующим причинам:

— промывка верхнего бьефа.

—устранение заклинивающих явлений, происходящих в результате попадания плавника и донных наносов под затвор;

—перерегулировка затвора на случай забора другого рас­ хода воды в канал;

—периодический осмотр состояния канала или ремонт

его;

—аварии на оросительной системе;

—консервация затвора на случай ремонта или на зимний период. •

Затворы-автоматы уровня верхнего бьефа прямого дейст­ вия конструкции Я- В. Бочкарева и А. И. Александрова реко­ мендуются для применения их на водозаборных узлах, водо­ очистных, сбросных и перегораживающих сооружениях. Сек­ торный затвор-автомат непрямого действия (третьем модификации) конструкции В. В. Шарова рекомендуется для применения его на перегораживающих сооружениях.

Сегментный затвор-автомат верхнего бьефа с противове­ сом опускного действия конструкции Я. В. Бочкарева реко­ мендуется для. применения на сбросных сооружениях.

Гидравлические авторегуляторы конструкции Я- В. Бочка­ рева рекомендуются для внедрения их на трубчатых водо­ выпусках. Гидравлические стабилизаторы (третья модифика­ ция) конструкции А. И. Авдеева могут найти широкое

21

5. Создать при институте «Оргводстрой» и институте ВНИИКАмелиорации секторы или отделы по изучению опыта эксплуатации автоматизированных оросительных систем.

G. ВНИИКАмелиорации разработать обоснованную мето­ дику технико-экономического обоснования автоматизаций сооружений и оросительных систем в целом.

7.Авторам предложенных затворов-автоматов разрабо­ тать инструкции по правильной эксплуатаций автоматизиро­ ванных сооружений и систем.

8.По линии главного управления эксплуатации ороси­

тельных систем ММиВХ Кирг. ССР и института «Киргизгипроводхоз» организовать на соответствующем уровне автор­ ский и технический контроль.

9. При гидромелиоративном факультете Кирг. СХИ орга­ низовать курсы по изучению методов и средств автоматики,

10.Для обеспечения надежной и устойчивой работы ав­ томатизированных сооружений необходимо при УОС иметь дополнительные высококвалифицированные штаты работни­ ков в количестве не менее одного специалиста на 10 затворовавтоматов, установленных на сооружениях, которые разме­ щаются в радиусе, не превышающем 15 км.

11.Главному управлению эксплуатации оросительных

систем ММиВХ Кирг. ССР необходимо потребовать от руко­ водителей УОС лучшей эксплуатации сооружений и систем.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ГОРНЫМ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ ВОДОЗАБОРАМ ИЗ МАЛЫХ СЕЛЕНОСНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Старший преподаватель А. С. ЛОПАТИН

Широкое хозяйственное освоение территории, бурное раз­ витие водного хозяйства настоятельно требуют более полного использования водных ресурсов. Этот вопрос особенно актуа­ лен для зоны коренного орошения (Средняя Азия, Южный Казахстан, районы Кавказа и пр.), где одним из приемлемых путей его решения является использование для нужд ороше­ ния малых источников селевого характера.

Подобные источники характерны для горных территорий страны, а, как известно, почти третью часть территории

23

J • J

Средней Азии составлйют горы, причем в Киргизии на долю гор приходится 95% площади республики.

Сильная расчлененность горных территорий, крутые и длинные склоны, так же как и ливневый характер выпадения осадков — все это обусловливает большую эрозию почв, при­ чем этот процесс усугубляется еще и малой залесенностью склонов. По данным Ф. А. Кочерги [4], средняя лесистость гор Средней Азии составляет—-2,47%, из них горы Кирги­ зии— 3,7%, Таджикской ССР— 1,77%, Узбекской ССР—• 1,58%, Туркменской ССР — 0,83%.

Распространенность селевых явлений в Средней Азии; в частности в Киргизии, подтверждается рядом исследователей. Флейшман С. М. [7], анализируя каталоги Главного Управ­ ления Гидрометслужбы отмечает, что общее число селеносных бассейнов СССР составляет 1634, из них только по Киргш зии — 491, причем он делает оговорку о том, что данные этй значительно занижены. В. Л. Шульц [8] считает, что селеноснон фактически является вся нижняя зона гор Средней Азии (до высот 2500—3000 м), отмечая, что в северных районах селеносная зона может, повидимому, проявляться на несколь­ ко больших высотах. А. Т. Ильясов [3] всю территорию Кир­ гизии относит к селеносным зонам разной повторяемости (рис. 1), отмечая, при этом, что «в настоящее время имеется достаточно обширный материал, свидетельствующий о широ­ кой распространенности селей на территории Киргизии».

Кроме того, большинство исследователей склонны к еди­ ному мнению о том, что наблюдается тенденция к активиза­ ции селевой деятельности, связанной опять-таки с широким хозяйственным освоением горных территорий.

Ущерб, наносимый селевой деятельностью, очень велик. Судя по данным, приведенным Г. В. Соболиным, материаль­ ный ущерб, причиненный селевыми паводками народному хозяйству Киргизии за период с 1962 по 1967 гг. выражается

25

Только по Министерству мелиорации и водного хозяйства Киргизской ССР ущерб за эти же годы составил: (табл. № 2).

работать в подобных условиях. И, в первую очередь, это ка­ сается горных водозаборных сооружений на малых селевых источниках (в Киргизии источников со среднемноголетшшп расходами до 2 м-3/сек. — порядка 90%).

Как видно из изложенного, при разработке компоновок водозаборных сооружений на селеносных источниках прежде всего необходимо иметь ясное представление о селевом потоке (его основных характеристиках и особенностях), зная которые можно сформулировать технологические принципы и требова­ ния к компоновкам горных водозаборов, могущих безаварий­ но работать в подобных условиях, что и является предметом настоящей статьи. (Работа проводилась под руководством д.'т. н., профессора, заслуженного изобретателя Кирг. ССР Бочкарева Я. В.).

Обобщая многочисленные исследования селевых явлений, проведенные различными авторами, в частности М. С. Гагошидзе [1], С. М. Флейшманом [7], В. Л. Шульцем [8|. А. Н. Крошкиным [6], Ф. А. Кочергой [4], А. Т. Ильясовым [3J. и др., можно сформулировать следующие основные характер­ ные признаки, определяющие селевом поток:

1. Большая насыщенность твердым материалом. Насыщенность селевых потоков твердым материалом

доходит до 65—70% по объему и 30—50% по весу. 2. Инерционная прямолинейность движения селя.

Благодаря инерционности твердых масс составляющих его, селевой поток, в отличие от водного, не вписывается в русло, а стремится управлять им, поэтому наименьшейде­ формации подвергаются прямолинейные участки и наиболь­

26

шей — криволинейные. Установлено, что лишь направленные под углом менее 15—20° к оси потока препятствия могут отклонить селевой поток.

3. Ударное воздействие селевых потоков.

Движение селевого потока сосредоточенным фронтом, большой объемный вес, инерционность движения — все это увеличивает ударное воздействие его в 9—12 раз по сравне­ нию с ударным, воздействием водного потока при тех же скоростях.

Кстати, здесь же следует отметить, что селевой ноток чрезмерно сужать нельзя. Допускается сужение, селевого по­ тока по высоте и ширине не более чем на 15—30% от естест­ венного.

4. Внезапность возникновения и кратковременность дей­ ствия.

Под внезапностью возникновения обычно понимает невоз­ можность в настоящее время предопределить заранее дату, время и расходы прохождения селя.

Кратковременность действия подтверждается тем, что по­ давляющее большинство зарегистрированных селей имело продолжительность не более 3 часов.

5. Большой объемный вес и вязкость потока.

Отмечено, что объемный вес селевого потока находится в пределах от 1,2—2,3 т/м3, вязкость составляет порядка 2,5— 4 пуаз (для сравнения — вязкость чистой воды около 0,01 пуаз). Кстати, в связи с большой вязкостью и насыщен­ ностью селевого потока его транспортирующей средой не всегда является вода, чаще всего это грязевая составляющая.

6. Большие скорости и расходы.

Скорости селевых потоков, как правило, колеблются в пределах 2—3 и до 7—8 м/сек, иногда и более. Расходы селе­ вых потоков в 10—20 раз превышают максимальные расходы водных паводков и, несмотря на кратковременность их про­ хождения, они-то для большинства инженерных, гидротех­ нических задач и являются определяющими. Исходя из изло­ женного, можно сформулировать следующие основные прин­ ципы, компоновки водозабора на селеопасных водотоках:

а) Проводящий пролет в пределах сооружения не должен иметь резких изгибов, переломов уклона и т. д., т. е. быть, по возможности, прямолинейным (если и допускаются повороты стенок, то на угол не более 20° к оси потока).

.6) В пределах сооружения не должно быть постоянных жестких перегораживающих элементов и в то же время, не­

27

смотря на рёзкие колебания расходов, нельзя допускать блуждания потока в плане и особенно его сбойности.

в) Конструкция сооружения не должна создавать условий для изменения параметров и структуры проходящего селевого потока (в крайнем случае сужение проходящего селевого потока в плановом и высотном отношении можно допустить, но на величину не более 30% от устойчивого).

Наряду с перечисленным, сооружение должно одновремен­ но удовлетворять и условию безнаносного водозабора. Рас­ сматривая вопрос с этой стороны, следует отметить, что в настоящее время борьба с наносами на сооружениях ведется следующим образом:

1. Путем введения в компоновочную схему криволинейно­ го подводящего русла (искусственного или естественного)- или различного рода постоянных жестких элементов (с'тенок, ви­ ражных порогов и т. д.), создающих поперечную циркуляцию

впотоке для отвлечения наносов от водоприемного окна.

2.Путем введения в компоновочную схему опять-таки постоянных жестких элементов (дамб, стенок, порогов и т. п.), сосредотачивающих поток по вертикали для осуществления безнаносного водозабора из верхних осветленных горизонтов (как разновидность — решетчатый водозабор, осуществляю­

щий сосредоточение расходов над решеткой и отбор воды снизу).

3. Путем создания компоновочных схем, объединяющих

всебе оба принципа: послойное деление потока по вертикали

ипоперечную циркуляцию.

Учитывая особенности селевых потоков, следует признать, что ни одна из существующих в настоящее время компоно­ вочных схем не может полностью удовлетворить требованиям, предъявляемым селевым потоком к сооружению.

Вчастности, все схемы, основанные на использовании поперечной циркуляции безусловно не приемлемы на малых водотоках селевого характера: криволинейное русло, сбойность потока — все это ведет к возникновению наибольших деформаций в период прохождения селевых потоков именно

впределах сооружения.

Внесколько лучшем положении находятся сооружения, использующие принцип сосредоточения потока по вертикали,

но из-за большого диапазона колебаний расходов на горных водотоках в подобные схемы заложены постоянные жесткие элементы, сужающие поток на величину большую чем 30% от ширины устойчивого русла, что создает предпосылки для

28

вывода подобного сооружения селевыми расходами из строя (завала или разрушения жестких сужающих элементов).

Изложенное дает возможность сформулировать следую­ щие принципы, обеспечивающие безнаносный режим в усло­ виях водотоков селевого характера:

а) сохранения прямолинейности подхода (ось сооружения должна совпадать с направлением потока);

б) сосредоточение расходов по ширине с отбором воды из верхних осветленных горизонтов;

в) беспрепятственный пропуск (сброс) селевых потоков. В заключении отметим, что скомпонованные на указанных выше принципах автоматизированные водозаборные узлы из малых горных селеопасных водотоков, с учетом их особенно­

стей должны отвечать следующим требованиям:

а) управление сбросом должно быть автоматическое, обеспечивающее практически мгновенное отключение водо­ забора, особенно в период прохождения селевых потоков (ручное или механическое управление не приемлемо из-за внезапности прохождения селей), причем, на наш взгляд, самым надежным видом энергии для сработки автомата сбро­ са является использование ударной силы селевого потока или же разности объемных весов воды осветленной и насыщенной наносами;

б) автоматическое управление должно осуществляться в данном случае в основном, автоматами прямого действия;

в) работа автомата водозабора и особенно автомата сброса не должна нарушаться наносами (особенно селевым потоком);

г) сооружение, по возможности, должно иметь как можно меньше движущихся частей шарнирных соединений, тру­ щихся деталей;

д) сооружение должно быть простым по конструкции, надежным в эксплуатации, экономически эффективным;

е) сооружение должно допускать типизацию, промыш­ ленное и местное изготовление.

Таким образом, компоновочная схема автоматизированно­ го водозаборного сооружения из малых горных водотоков селевого характера должна одновременно использовать прин­ ципы безаварийной работы и безнаносного режима и кроме того удовлетворять перечисленным выше требованиям, только при соблюдении всех этих условий можно гарантировать устойчивую работу сооружения. В настоящее время в лаборатории гидротехнических сооружений Кирг. СХИ

29