Гідравлічний розрахунок рибозахисної споруди типу "плавучий заплавень" для крупних водозаборів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК РИБОЗАХИСНОЇ СПОРУДИ ТИПУ “ПЛАВУЧИЙ ЗАПЛАВЕНЬ” ДЛЯ КРУПНИХ ВОДОЗАБОРІВ

Рогалевич Ю.П., к.т.н., професор, Мельничук І.М., аспірант

(Національний університет водного

господарства та природокористування, м.Рівне)

Дана стаття присвячена обґрунтуванню використання рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень” для крупних водозаборів та його методу розрахунку з використанням залежності, що базується на основі рівняння руху рідини зі змінною витратою та рівняння витрати при витіканні з-під щита.

водозабір пристрій плавучий

The article is devoted to substantiation of use of fish protection device of “floating flood-plain” type for great watercourses and its method of calculation with use of relationship based upon the equation of move liquid with variable expenses and the equation of expenses at flowing from the screen.

Комплексне використання водних ресурсів можливе лише при умові врахування інтересів всіх водоспоживачів: іригації, водного транспорту, гідроенергетики, промисловості, комунального і рибного господарства. В зв'язку з великою кількістю гідротехнічних споруд та проведенням зрошення в нашій країні велику увагу повинно бути приділено збереженню рибних запасів водоймищ. Майже всі крупні водозабори гідротехнічних споруд не забезпечують захисту риби від попадання у водозабір, особливо на ранніх стадіях онтогенезу.

Такі автори, як Коротковських А.І., Яковлєв А.Є., Кравчук Р.М. [1, 2] в своїх працях пропонували вирішувати проблему рибозахисту на бокових водозаборах з великими витратами води, за допомогою рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень”.

Автор Кравчук Р.М. розробив методи розрахунку даного пристрою, які базувалися на основі наближених теоретичних та повністю емпіричних даних [3, 4]. Теоретичний метод розрахунку, оснований на використанні лише рівняння руху рідини зі змінною витратою, не повністю відображає фізичну картину явища (через наявність придонного вирізу подібного щитовому отвору).

Тому, завданням є обґрунтування використання рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень” для крупних водозаборів та отримання науково обґрунтованого методу розрахунку з використанням теоретичної залежності, отриманої на основі диференціального рівняння руху рідини зі змінною витратою і рівняння витрати при витіканні з-під щита.

Згідно з відомчими нормативними документами України 33-2.3-04-01 [5], рибозахисні споруди (РЗС) необхідно передбачати для запобігання травмуванню і загибелі молоді та дорослих особин риби при потраплянні до водозабірних споруд, а також для їх відведення у водогосподарську водойму.

Вибір типу, компонування та конструкції рибозахисних споруд у складі водозаборів слід виконувати виходячи з умови забезпечення:

подачі споживачу розрахункової витрати води;

нормативної ефективності рибозахисту, яка повинна забезпечувати не менше 70% збереження риби промислових видів розміром 12 мм і більше.

Залежно від розрахункової витрати водозабору, відповідно до [5], слід застосовувати типи рибозахисних споруд, наведені в таблиці.

Таблиця

Рибозахисні споруди та пристрої

З цієї таблиці видно, що для водозаборів з розрахунковою витратою 10 м3/с і більше, рекомендується застосовувати жалюзійні екрани з потокоутворювачами та акустичні рибозахисні пристрої ("Маяк", "Цикада"). На водозабірних спорудах, що здійснюють забір води з водосховищ, ці пристрої є найефективнішими та економічно виправданими. Проте загальновідомо, що ці пристрої мають і ряд недоліків [1]. Акустичні безекранні рибозахисні пристрої самі по собі недостатньо ефективні тому, що природні комплекси різноманітні і змінні в часі і підлягають різним впливам антропогенних та інших факторів. Неможливо однозначно вирішити задачу захисту використанням одного впливу на різні живі організми риби на різних стадіях їх розвитку [6]. Більшість типів жалюзійних екранів мають складну конструкцію, можуть створювати перепади напорів води через плаваюче сміття та водорості, що забивають отвори в жалюзійному екрані, та, відповідно, дані пристрої складні в експлуатації.

Для крупних водозаборів рибозахисні споруди повинні бути технічно прості у виготовлені та експлуатації, не створювати підпорів води, бути індустріальними та економічними в будівництві. Такі споруди повинні бути комплексними і діяти на різні органи відчуття риби, тобто враховувати в собі елементи поведінкового, екологічного і фізичного принципів захисту риби.

При боковому водозаборі з великими розрахунковими витратами, на нашу думку, найкраще застосовувати рибозахисний пристрій типу “плавучий заплавень”, який позбавлений сітчастих та інших елементів, що швидко кальматуються та має просту конструкцію. Такий пристрій споруджений на Головному Каховському магістральному каналі та водозабором в Сірогозький канал (рис.1, в верхньому правому кутку показаний службовий місток на РЗП). Заплав| може бути успішно використаний лише в комплексі з|із| іншими пристроями|устроями|, наприклад, з|із| повітряно-бульбашковою завісою (ПБЗ|). В цьому випадку відкривається|відчиняється| можливість|спроможність| поетапного захисту риби: спочатку за допомогою ПБЗ|, а потім - заплаву|. При цьому повітряна завіса виконує одночасно і роль перешкоди на шляху|колії,дорозі| міграції риби і роль ерліфта, що переводить|перекладає,переказує| рибу з|із| нижніх горизонтів потоку у верхні, де відбувається|походить| розтікання вертикального повітряного факела з|із| виведенням молоді за межі|жвавого| перерізу водозабору. Сама відповідальна деталь пристрою - це непроникний екран, який виконує роль механічної перешкоди на шляху риби. Він повинен мати виріз біля дна, який би забезпечував пропуск відбираємої витрати з головного каналу у відвід. Тому однією з основних задач розрахунку РЗП є визначення геометричних параметрів екрану.

Так, як виріз в непроникному екрані подібний щитовому отвору, то для розробки теоретичних положень необхідно використовувати рівняння витрати при витіканні з-під щита, яке згідно з [7] має вигляд

, (1)

де - коефіцієнт витрати =, - коефіцієнт швидкості , який згідно [8, 9] приймемо рівним 0,99; - коефіцієнт вертикального стиснення, який за даними досліджень [8, 9] для умов просторової задачі при витіканні із-під щита визначається за формулами:

а - висота щілини отвору, а=hвир; b - ширина ділянки витікання; , де Н - напір перед екраном; - середня швидкість перед екраном; або ; hz - глибина в стисненому перерізі при затопленому витіканні з-під щита

,

де hб - глибина потоку за щитом, яка в нашому випадку, фактично рівна глибині води перед екраном;

,

де hс - глибина в стисненому перерізі, hс=а.

Отже, на ділянці витікання l, витрата буде рівною

. (2)

З іншого боку диференціальне рівняння зі змінною витратою згідно [10] має вигляд

, (3)

де dh - різниця глибин на ділянці dl; Q - витрата основного потоку; - площа живого перерізу потоку; і - похил дна русла; іf - похил гідравлічного тертя ; ш - відношення проекції швидкості маси, що відбирається на напрямок руху до швидкості основного потоку V; B - ширина каналу по верху.

Приймемо (U=V), як це робить більшість авторів [10], а коефіцієнт кінетичної енергії б=б0, тоді (3) набуде вигляду

. (4)

Якщо в (4) підставимо (2), то отримаємо кінцеву залежність для визначення робочої довжини вирізу в екрані

, (5)

тут Q - середня витрата головного каналу на ділянці ?l; Дh - різниця глибин між точками. Ця величина в даному рівнянні є невідомою, але її можна визначити з рівняння (3) шляхом чисельної підстановки величин ділянки витікання, які були знайдені експериментальним шляхом на фізичній моделі пристрою (рис. 2).

Отже, для крупних бокових водозаборів найвигіднішим є застосування рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень” і завдяки наведеному методу розрахунку можна визначити параметри найвідповідальнішої деталі цього пристрою - непроникного екрану, який не допустить попадання риби та її молоді у водозабір та забезпечить пропуск необхідної витрати води для забору.

Література

1. Коротковских А.И., Яковлев А.Е. Совершенствование средств рыбозащиты // Гидротехническое строительство. - 1990. - №11. - С.39-41. 2. Кравчук Р.М., Рогалевич Ю.П., Романько Н.І. Рибозахисна споруда для великих водозаборів з водотоків // Водне господарство України. - 1998. - №3. - С.24-25. 3. Кравчук Р.Н., Рогалевич Ю.П., Романько Н.И. и др. Экспериментальные (лабораторные) исследования комплексного рыбозаградителя типа «Плавучая запань» // Гидромелиорация и гидротехническое строительство. -1990. - Вып.18. - С.64-68. 4. Кравчук Р.Н., Рогалевич Ю.П., Романько Н.И. Гидравлические исследования рыбозащитного устройства водозабора Серогозского канала (Тезисы конференции) Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве. - Новочеркасск. - 1983. - С.163-165. 5. Відомчі нормативні документи України. Рибозахисні ти рибопропускні споруди. - Київ. - Державний комітет України по водному господарству. - 2001. - 45 с. 6. Синявская В.М. Комплексная задача защиты рыб на водозаборах // Гидротехническое строительство. - 1984. - №10. - С.33-39. 7. Рогалевич Ю.П. Гідравліка. - Київ: Вища школа, 1993. - 255 с. 8. Науменко І.І., Єрошкін Ю.М. Дослідження коефіцієнтів вертикального стиснення потоку за вертикальним щитом // Вісник НУВГП. - 2004. - Вип.3(27). - С.139-146. 9. Науменко І.І., Єрошкін Ю.М. Пропускна здатність безнапірних шлюзів-регуляторів із вертикальними плоскими затворами // Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво. - 2005. - Вип.29. - С.57-66. 10. Науменко І.І. Гідравліка. - Рівне: Видавництво Рівненського державного технічного університету. - 2001. - 361 с.

Размещено на Allbest.ru