Автореферат (1151668), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Результаты сравнения убедительно доказывают преимущество предложенного в работе метода расчета деформаций русла по сравнению с ранее разработанными методами.
Рис. 1. Экспериментальные (Δ, ο, ■, □) и расчетные (—) значения функции 
для створа № 4 участка Каракумского канала. Аппроксимирующая кривая (----) 
, построена по методу наименьших квадратов по экспериментальным точкам.
Выполненные теоретические исследования транспортирующей способности потока и русловых деформаций позволили расширить представления о механизме руслового процесса и сформулировать теоретическое положение о наличии пропорциональной зависимости между скоростью размыва дна и скоростью диффузии частиц грунта из придонного слоя. Установлена количественная связь между транспортирующей способностью потока и размывом дна. Теоретическое положение, выдвинутое в форме научной гипотезы, было подтверждено результатами собственных экспериментальных исследований, а также данными других авторов, опубликованными в научной литературе.
На основе результатов теоретических и натурных исследований разработана методика расчета русловых деформаций рек и каналов, основанная на теории насыщения потока наносами различных фракций и теоретическом положении о связи скорости размыва дна со скоростью диффузии взвешенных частиц из придонного слоя
Результаты выполненных расчетов убедительно доказывают, что полученные уравнения позволяют также прогнозировать русловые деформации в условиях перемещения донных наносов в виде гряд. Непременным условием размыва дна является выполнение неравенства 
, т.е. дно реки будет размываться в случае, если скорость перемещения гряд меньше скорости размыва.
Четвертая глава посвящена теоретическим вопросам и методам расчета рационального распределения твердого и жидкого стока в элементах оросительных систем.
Регулирование твердого стока в элементах оросительной сети является альтернативой методу очистки каналов. Разработанная нами технологическая схема распределения твердого стока по элементам оросительной сети приведена на рис.2.
| |
| Рис. 2. Схема распределения твердого стока по элементам оросительной сети: 1 – поверхностные слои потока; 2 – река-водоисточник; 3 – струенаправляющие сооружения; 4 – донные слои потока; 5 – шлюз-регулятор стока; 6 – магистральный канал; 7 – регуляторы стока; 8 – распределительный канал; Т1 – точка водоотбора из реки в магистральный канал; Т2 и Т3– точка водоотбора из магистрального канала в распределительную сеть. |
Перед водозабором (
) из реки (2) в магистральный канал поступает поток, расслоенный по глубине с помощью струенаправляющего сооружения (3). При этом донные слои (4) потока с крупными наносами отклоняются от водозабора, а поверхностные слои (1), транспортирующие мелкие наносы, направляют в водозабор. Регулирование концентрации и фракционного состава наносов, поступающих в водозабор, осуществляется путем изменения положение щитков струенаправляющего сооружения (3), исходя из необходимости обеспечения критической мутности потока на участке магистрального канала между точками и 
, .и 
.
В точках и осуществляют деление расходов воды и стока наносов. При этом в точке 
магистрального канала также регулируется распределение твердого стока при помощи струенаправляющего сооружения (3), установленного перед водозабором в распределительные каналы (8). Аналогично проводится деление твердого стока и по другим элементам оросительной сети. Такое регулирование концентрации и фракционного состава наносов позволяет учесть потребность почв орошаемых полей в обогащении мелкими фракциями наносов.
Предложена новая методика эффективного деления взвесенесущего потока по элементам оросительной сети, в основе которой заложена следующая зависимость:
, (22)
где 
и 
- расходы воды в канале до и после разделения потока; 
- расходы воды в отводе; 
и 
- критическая мутность потока в отношении отдельной фракции наносов до и после разделения взвесенесущего потока.
Критическая мутность 
в элементах сети находится из формул Х.Ш. Шапиро (1983). Фактором, ограничивающим величину , служит отмостка, сформированная из частиц, минимальная гидравлическая крупность 
которых вычисляется по формуле:
, (23)
где 
- максимальная гидравлическая крупность донных наносов, м/с.
В диссертации приведено оригинальное физическое описание процесса формирования отмостки. В результате поступления в поток продуктов размыва берегов фракции 
в потоке на размываемом участке русла образуется избыток наносов этой фракции, которые начинают оседать на дно. В результате на дне образуется подвижный защитный слой, предотвращающий дальнейшее углубление канала (что могло бы наблюдаться при вымыве отдельных фракций грунта, в отношении которых имеется дефицит мутности потока на рассматриваемом участке русла). В то же время, в результате поступления в поток продуктов размыва берегов, он оказывается перенасыщенным фракциями, не участвующими в размыве дна и, следовательно, они будут оседать на дно.
В процессе размыва ложа русла происходит выполаживание уклонов дна, водной поверхности и уменьшение скоростей потока, вследствие чего происходит дальнейшее переформирование состава перемещаемых наносов и состава донных отложений.
С изменением фракционного состава размываемого грунта уменьшается удельное содержание фракций, насыщение потока которыми ещё не достигло 
. В связи с этим при расчете длины пути насыщения потока фракциями, не достигшими полного насыщения в потоке, необходимо учитывать изменение фракционного состава размываемого грунта.
В предлагаемой методике уклон дна динамически устойчивого русла рекомендуется вычислять по формуле:
, (24)
где 
-определяется из формулы (13), а выбор грунта для защитного слоя русла (отмостки) с заданными I и H из формулы: 
.
Теоретические и натурные исследования позволили выявить основные причины размыва и заиления русел каналов оросительной сети, приводящие к изменению режима ее функционирования и снижению эффективности работы всей оросительной системы, а также сформулировать принципы рационального распределения твердого стока по элементам оросительной сети.
Методика расчета рационального деления твердого стока в оросительной сети основана на принципах обеспечения устойчивого транспорта наносов по водопроводящим элементам при различных гидравлических режимах потока. Методика включает оригинальный алгоритм расчета размыва и заиления каналов оросительной сети, обеспечивает возможность оптимизации параметров ирригационной системы в зависимости от эксплуатационного режима, рельефа местности и свойств грунтов, слагающих русло, и позволяет проектировать оросительную сеть, адаптированную к природным условиям орошаемой территории.
Пятая глава посвящена разработке методов защиты русел рек от размыва на участках подводных переходов трубопроводов и практической реализации разработанных технологий формирования динамически устойчивых русел.
В настоящее время из-за негативного воздействия русловых процессов около 20% подводных переходов трубопроводов требуют неотложного ремонта (данные ОАО «Газпром»). Известно, что от надежной и безопасной работы газопроводов зависит бесперебойность снабжения потребителей энергоносителями и экологическое благополучие водных объектов. За десять лет эксплуатации магистральных газопроводов (1980-1990 гг.) было зафиксировано 690 отказов по различным причинам: наружная коррозия труб, механические повреждения, дефекты изоляции и др.
Первопричиной отказов послужили оголение и провисание трубопроводов, вызванные русловыми деформациями, интенсивность которых на участках переходов значительно выше, чем на участках рек, не затронутых строительством подводных переходов. На основе анализа данных по эксплуатации подводных переходов и документальных материалов по мониторингу их состояния выполнена классификация основных причин негативного развития русловых процессов (табл.1).
При строительстве подводных переходов и прокладке траншеи происходит нарушение структуры и потеря связности донных грунтов из-за вымывания пылеватых, глинистых и органических частиц. В существующих нормативных документах подводные трубопроводы относят к пассивным речным сооружениям, воздействие которых на русловой процесс приводит лишь к локальному изменению некоторых характеристик и не затрагивает коренной перестройки тела русла. Это положение в корне не верно, поскольку русловые процессы на участках строительства изменяют свою направленность и интенсивность, что способствует развитию общих деформаций русла. Нормативные методы расчета не позволяют достоверно прогнозировать динамику переформирования русла, что приводит к необходимости возведения дополнительных гидротехнических сооружений по защите подводных переходов в период их эксплуатации.
Практикуемые в настоящее время методы защиты подводных переходов магистральных трубопроводов можно объединить в три основные группы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
