5.4. Исследование движения волны попуска лесосплавной плотины

Цель работы. Изучить характерные особенности волны кратковременного попуска в нижнем бьефе лесосплавной плотины при суточном регулировании стока, определить скорости движения и высоту волны попуска в расчетных створах, сравнить экспериментальные данные с теоретическими и дать им оценку.

Общие сведения. При суточном и многосуточном регулировании стока сплавные глубины воды образуются не одновременно по всему участку реки, а только на его части, по мере продвижения волны попуска. Продолжительность стояния сплавных уровней воды в створах по длине участка в нижнем бьефе плотины неодинакова. Чем больше расстояние расчетного створа от плотины, тем меньше времени стоят сплавные уровни воды в нем при кратковременном попуске.

Чтобы правильно организовать и провести лесосплав при суточном и многосуточном регулировании стока, необходимо знать характерные особенности волны кратковременного попуска, скорость ее движения, время наступления сплавных уровней и их продолжительность в расчетных створах лесосплавной реки. Волна, образованная кратковременным попуском воды из водохранилища, имеет голову АВ, тело СВ, хвост СД, гребень В (рис. 5.12). Важным свойством волны попуска является ее распластывание по мере движения вниз по криволинейному руслу лесосплавной реки. Происходит уполаживание продольного профиля волны попуска и снижение ее высоты и скорости, под влиянием сил трения, возникающих внутри волны.

Рис. 5.12. Схема кратковременного попуска

Расчеты [14] показывают, что при продолжительности не менее 6…7 часов дальность действия кратковременного попуска ограничивается следующими пределами: 15…25 км, если средний уклон реки

132

0,0003…0,0005; 25…40 км при уклоне 0,0005…0,001; 40…50 км при уклоне более 0,001. Следовательно, дальность действия кратковременного попуска из водохранилища суточного регулирования стока зависит от уклона речного русла i, шероховатости его n и формы Ф

где υкон - средняя конечная скорость, установившаяся при попуске, м/с; h0 - начальная глубина воды в нижнем бьефе перед попуском, м/с; h1 - высота волны, м.

где μ - коэффициент расхода; ω - площадь отверстия плотины, м2;

Но - напор воды с учетом скорости подхода жидкости к отверстию.

Методика моделирования

Моделирование попуска воды из водохранилища суточного регулирования стока проводят по критерию Фруда (4.83), (4.84) с соблюдением закона гравитационного подобия.

Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рис. 5.13) состоит из стеклянного гидравлического лотка размерами 8х0,5х0,3 м с изменяющимся уклоном дна, модели лесосплавной плотины и сплавных бревен, измерительных приборов (трубки Пито, микровертушки, мерной иглы, поверхностных поплавков), сухих древесных опилок.

Из водосборного резервуара 18 воду подают центробежным насосом 1 по трубам, снабженным задвижкой 2, в напорный бак 5, оснащенный успокоительными устройствами 4. Успокоенную воду с малыми

133

скоростями подают задвижкой 6 на мерный треугольный водослив Томпсона 7.

За мерным водосливом установлена успокоительная система 8 головного устройства 9, которая обеспечивает плавный подход потока к модели лесосплавной плотины.

На плотине имеется затвор-щит, позволяющий накапливать воду в верхнем бьефе плотины и сбрасывать ее в нижний бьеф мгновенным открытием затвора.

Для удобства изучения режимов движения волны кратковременного попуска 11 в нижнем бьефе плотины лоток 12 выполнен из прозрачного органического стекла и размечен на четыре расчетных створа 14.

Фронт волны попуска фиксируется при помощи отсчетов на миллиметровых мерных линейках, расположенных в расчетных створах гидравлического лотка. Уклон стеклянного лотка к горизонту устанавливается механическим подъемником 15.

В конце лотка имеется затвор 16 для регулирования уровней воды в нижнем бьефе плотины. На специальных подставках находится микровертушка 13 для измерения скоростей движения волны попуска в расчетных створах.

После продвижения воды через стеклянный лоток она поступает в сбросной бассейн 17 и затем в водосбросной резервуар 18. Такую систему питания экспериментальной установки называют циркуляционной.

Рис. 5.13. Схема экспериментальной установки

134

135

Порядок выполнения работы

1.В стеклянном лотке установить модель лесосплавной плотины суточного регулирования стока в масштабе λ = 100.

2.Ознакомиться с гидравлической схемой экспериментальной установки (см. рис. 5.13).

3.Провести пробный проплав лесоматериалов на лимитирующих участках нижнего бьефа лесосплавной плотины.

4.Измерить основные параметры лесосплавной плотины, лимитирующих участков в нижнем бьефе плотины, сплавляемых лесоматериалов (табл. 5.11).

5.Измерить глубину потока и скорость движения потока воды по-

плавками в расчетных створах С0…С4 (рис. 5.12) нижнего бьефа плотины (табл. 5.12).

6.Определить по формулам (5.42), (5.44) основные параметры вол-

ны кратковременного попуска h1, υв, которые должны удовлетворять условиям лесосплава.

7.Произвести попуск воды из водохранилища заданных размеров и одновременно измерять уровни, скорости движения волны попуска в расчетных створах нижнего бьефа плотины (табл. 5.13).

8.Организовать первоначальный лесосплав в нижнем бьефе лесосплавной плотины на волне попуска. Сопоставить условия лесосплава до и после регулирования стока.

Обработка экспериментальных данных

1.Пересчет основных параметров: лесосплавной плотины, водного

потока в нижнем бьефе, сплавляемых лесоматериалов с модели на натуру (табл. 5.11, 5.12) – выполняется по формулам (4.10).

2. Уклон гидравлического лотка (рис. 5.12) определяется по формуле

3.Основные параметры волны кратковременного попуска h1, υв вычисляются по формулам (5.42), (5.44) и должны удовлетворять условиям лесосплава, определенным формулами (4.4) и (5.43).

4.Вычисляется скорость движения фронта волны попуска в расчетных створах по формуле (5.41) и сопоставляется с экспериментальной

(табл. 5.13).

5.По данным табл.5.13 строятся графики зависимости h1,υ=f(hк,Ф,i).

Сделать выводы по лабораторной работе.

136

Контрольные вопросы:

1.Каков режим потока при кратковременном попуске?

2.Какие факторы оказывают влияние на дальность действия кратковременного попуска?

3.Как определить скорость движения фронта волны попуска?

4.Как определить высоту волны попуска?

5.Каким лесосплавным условиям должны удовлетворять, основные параметры волны кратковременного попуска?

6.Как определить скорость движения вершины волны попуска?

7.По какому критерию моделируют попуск воды из водохранилища суточного регулирования стока?

8.Каково устройство экспериментальной установки?

9.Какова гидравлическая схема экспериментальной установки?

10.Как измерить основные параметры лесосплавной плотины, лимитирующих участков в нижнем бьефе плотины, сплавляемых лесоматериалов?

11.Как пересчитать основные параметры плотины, лимитирующих участков, лесоматериалов с модели на натуру?

12.Как произвести попуск воды заданных размеров из водохранилища суточного регулирования стока?

13.Как определить уклон гидравлического лотка?

14.Поясните функциональную зависимость h1,υ=f(hк,Ф,i).

15.Как организовать первоначальный лесосплав на волне кратковременного пуска?

16.Сравните условия лесосплава по реке до и после суточного регулирования стока.

17.Сопоставьте скорости движения фронта волны попуска, вычисленные аналитически и полученные экспериментально.

137