Автореферат (1151668), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Структура и объем работы. Объем диссертации составляет 254 стр., включая введение, 6 глав, выводы, список литературы и приложения. Диссертация содержит 187 стр. основного текста, 27 таблиц, 29 рисунков. Библиография включает 290 наименований, в том числе, 40 иностранных источников.

Содержание работы

Во введение обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, приведена общая характеристика результатов исследований.

В первой главе диссертации приводится анализ существующих методов борьбы с заилением оросительных систем. Современная концепция борьбы с заилением каналов оросительных систем взвешенными наносами предусматривает конструирование каналов с параметрами, обеспечивающими потоку необходимую транспортирующую способность, и создание специальных отстойников, в которых задерживается избыточное количество наносов. Показано, что реализация этой концепции возможна лишь при наличии достоверных и точных методов расчета транспортирующей способности водного потока.

Анализ результатов исследований, проведенных автором на Амударьинской оросительной системе, а также обобщение данных исследований А.Н.Гостунского (1964), М.В.Потапова и Б.А.Пышкина (1947), Х.Ш.Шапиро (1950, 1958, 1973, 1979, 1983) позволил сделать следующие выводы:

1. Существующие отстойники не обеспечивают необходимых условий для осаждения мелкозернистных фракций и поэтому они практически в полном объеме поступают в каналы и частично осаждаются в них ниже забора воды в результате снижения транспортирующей способности потока.

2. Современные конструкции плотинных водозаборных сооружений (водозаборные сооружения с наносоперехватывающими галереями, струенаправляющими системами и др.) принципиально не решают проблему осветления взвесенесущих потоков, поскольку мелкие фракции наносов остаются в потоке во взвешенном состоянии, а сброс крупных фракций из отстойников с гидравлической промывкой обратно в реку приводит к значительным деформациям речного русла ниже водозабора.

3. Создание искусственных экранов не является эффективным методом решения проблемы защиты от фильтрации и размыва русел каналов, так как ежегодная очистка каналов от наносов приводит к разрушению этих экранов.

4. На современном этапе изучения процессов заиления и размыва русел необходимо совершенствование теории русловых процессов и создание на ее основе новых, более точных методов расчета транспортирующей способности водного потока в руслах рек и каналов. Успешное решение этой задачи позволит повысить достоверность расчета отстойников, обеспечит научно обоснованный выбор проектных параметров каналов, а также технологии и техники их очистки.

5. Проектные параметры каналов с течением времени изменяются вследствие переформирования русел под воздействием взвесенесущего потока, стремящегося выработать русло, соответствующее минимуму диссипации энергии среднего движения. Изменение параметров каналов влечет за собой изменение транспортирующей способности потоков, учет которого невозможен на стадии проектирования ирригационных систем.

Сделанные выводы свидетельствуют о необходимости совершенствования современной концепции борьбы с заилением, поскольку на практике решен только один вопрос, связанный с обеспечением защиты ирригационных систем от заиления донными наносами.

В данной работе показано, что развитие концепции борьбы с заилением должно быть направлено на регулирование транспортирующей способности водных потоков в элементах оросительной системы и для своей реализации требует создания новых методов расчета транспортирующей способности потока. Это позволит отказаться от применения технических средств для предотвращения попадания мелкозернистных фракций в оросительную сеть.

Расчеты показывают, что для осветления потока воды до требуемой кондиции с помощью традиционных способов необходимо строительство резервуаров, размеры которых соизмеримы с размерами водохранилищ. Иррациональность такого подхода очевидна и выход из создавшегося положения видится в том, чтобы не осаждать мелкозернистые фракции, а наоборот, беспрепятственно пускать их по каналам до орошаемых полей, обеспечивая не только устойчивую работу оросительной сети, но и повышение плодородия почв за счет осаждения илов. Показано, что для решения этой проблемы необходимы новые, более эффективные и адекватные методы расчета транспортирующей способности потока, разработка которых выполнена в рамках проведенных исследований.

Вторая глава посвящена анализу существующих методов расчета деформаций русел рек и каналов. Исследованиям русловых процессов и методов защиты русел рек и каналов от размыва и заиления посвящены работы В.Н. Гончарова, Н.В. Гришанина, И.И. Леви, В.С. Кнороза, А.В. Караушева, Н.С. Знаменской, А.Г. Хачатряна, Х.Ш. Шапиро, Д.В.Штеренлихта, Б.Ф. Снищенко, В.М. Лятхера, А.Н. Милитеева, А.В. Магомедовой, С.Т. Алтунина, О.Ф. Васильева, М.А. Великанова, В.С. Вербицкого, И.В. Егиазарова, Ю.А. Ибад-Заде, Н.Е. Кондратьева, Б.М. Кукушкина, Н.Ф. Нефедовой, И.В. Попова, О.М. Иванцова, M. Abbott, J. Bogardi, J. Chen, J. Cunge, E. Holly и других авторов.

Выделены три доминирующие группы методов расчета, использующие различные гидравлические уравнения, составляющие основу этих методов: а) уравнения баланса наносов; б) уравнения движении жидкости, транспорта наносов и деформаций русла; в) уравнения транспортирующей способности потока. В работе приводится краткая характеристика каждой группы методов, отмечены их особенности, достоинства и недостатки.

В общем случае система уравнений, описывающих движение руслового потока в рамках одномерной модели, имеет вид:

(1)

где - средняя отметка дна в поперечном сечении, м: ; и - соответственно отметка водной поверхности и средняя глубина на участке, м; - длина участка, м; - средняя скорость в пределах участка, м/с; - коэффициент Шези, м^1/2/с; - ускорение силы тяжести, м/с²; - средняя ширина русла реки, м; - элементарный расход русловых наносов на погонный метр, м²/с; - динамический коэффициент сплошности.

Система уравнений (1) является незамкнутой: в трех её уравнениях содержится 5 неизвестных функций - , , , и . Для её замыкания используется формула коэффициента Шези и формула расхода наносов.

Недостатки подхода, основанного на задании коэффициента Шези в виде функции глубин и коэффициента шероховатости , детально освещены в трудах А.В. Караушева (1955), И.И. Леви (1957) В.М. Лятхера (1981) и многих других исследователей.

Формула расхода наносов имеет вид (К.И. Россинский, И.А. Кузьмин):

, (2)

где – расход наносов через створ, кг./с; – средняя скорость течения, м/с; - эмпирический коэффициент.

Выражение (2) неоднократно подвергалось критике за излишнюю упрощенность и отсутствие теоретического обоснования (К.В.Гришанин, 1968, 1974).

Система уравнений (1) имеет ряд модификаций, предложенных в различное время И.И. Леви (1957), М.А. Великановым (1952), В.Н. Гончаровым (1960) с целью исключения проблемы, связанной с коэффициентом Шези и формулой расхода наносов (2). Однако предложенные этими исследователями системы уравнений получены для частных случаев деформаций русла, имеющих место при размыве береговой кромки, при равномерно протекающем по ширине водотока размыве дна и других ограничениях. Все это приводит к значительному расхождению расчетных и измеренных характеристик руслового потока.

Более упрощенный подход к решению проблемы расчета русловых деформаций предложен К.И. Россинским, И.А. Кузьминым (1964) и Л.И. Викуловой (1959). Метод основан на совместном решении уравнений движения жидкости и баланса наносов. Уравнение баланса наносов в конечных приращениях для условий плоской задачи имеет следующий вид:

(3)

где и – весовой расход наносов, поступающих на расчетный участок и выходящих за его пределы, кг/с; – объемный вес наносов в отложениях, кг/м³; – интервал времени, с; – ширина русла на участке, м; – длина расчетного участка, м; – средняя величина деформаций дна на участке, м.

Высокая степень схематизации русла и различные допущения, введенные различными авторами, привели к тому, что предложенные формулы для определения деформаций русла не учитывают в полной мере динамику размыва и насыщения потока продуктами размыва грунта. Кроме того, этот метод расчета русловых деформаций не учитывает процесс боковой эрозии и составы размываемых грунтов и наносов, поступающих на расчетный участок, что существенно снижает точность расчетов.

Совершенно иной подход к решению проблемы русловых деформаций был предложен в работах А.Г. Хачатряна, Х.Ш. Шапиро, П.В. Михеева, Д.П. Юневича и Г.А. Тер-Абрамянца, основанный на использовании уравнений динамики насыщения потока взвесями и транспорта наносов по водотоку. Этот подход отличается от рассмотренных выше тем, что вместо весового расхода наносов предлагается использовать транспортирующую способность потока.

Для вычисления транспортирующей способности потока А.Г. Хачатрян (1957) и Х.Ш. Шапиро (1983) ввели новую характеристику – длину насыщения потока продуктами размыва. А.Г.Хачатрян предложил определять эту характеристику по формуле:

(4)

Характеристики

Список файлов диссертации