Расчет режима промывки каналов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Читинский государственный университет

УДК 627.157:532.5

Расчет режима промывки каналов

Т.А. Манилюк

При работе горно-производственных и других предприятий приходится временно отводить водоток от места строительства. Отведение водотока осуществляют по каналу. При проектировании канала необходимо обращать внимание на период ввода канала в эксплуатацию. Если по каналу сразу пропустить весь расчетный расход воды, то самые мелкие фракции перейдут во взвешенное состояние. Вследствие этого содержание взвешенных частиц в воде после прохождения потока через канал значительно увеличивается. Согласно нормативным документам, ПДК содержания взвешенных веществ в воде водоема после использования не должно увеличиваться более чем на 0,25 мг/л - для водоемов, используемых в качестве источника для хозяйственно-питьевого водоснабжения и рыбохозяйственных целей.

Исходя из этого, можно прийти к выводу, что для соблюдения нормативов качества воды необходимо постепенное введение канала в эксплуатацию, а именно - поэтапная промывка.

Поэтапная промывка представляет собой такое постепенное увеличение расхода воды во времени, при котором расчетная мутность воды не будет превышать необходимые нормы ПДК с пропуском на последнем этапе расчетного расхода воды.

Расчет промывки на каждом этапе условно можно разделить на две части.

Расчет гидравлических элементов потока, параметров земляного канала и допустимой к сбросу концентрации взвешенных веществ m (кг/м³) в воде канала.

Расчет времени промывки земляного канала.

В первой части расчет сводится к задаче, где известны расход воды в канале (м³/с) Q, уклон канала i, коэффициент заложения откосов m, коэффициент шероховатости n. Необходимо найти размеры элементов живого сечения и среднюю скорость V.

Гидравлические элементы и параметры руслоотводного канала рассчитываются по известным формулам гидравлики [1] для гидравлически наивыгоднейшего поперечного сечения трапецеидального канала и уклоне, равном уклону местности. При этом должно выполняться условие

Если условие (1) не выполняется, то необходимо уменьшать уклон до значения, при котором фактическая скорость будет равна неразмывающей. Так как фактический уклон при этом получается меньше уклона местности, то сопряжение отдельных участков канала между собой или с руслом реки должно выполняться при помощи крепленных сопряженных сооружений.

Несмотря на то что канал запроектирован на неразмывающую скорость подсчитанную по среднему диаметру, самые мелкие фракции способны перейти во взвешенное состояние.

На каждом этапе промывки от общего расхода воды в реке Q_общ. часть воды отводится в руслоотводной канал , а часть остается в реке .

Для каждого этапа заново рассчитываются гидравлические элементы потока и допустимая к сбросу концентрация взвешенных веществ. Параметры канала при этом остаются неизменными.

Для расчета транспортирующей способности потока в канале применяется ряд расчетных формул и методов. Теоретический метод, разработанный А.В. Караушевым, дал для речных потоков наилучшие результаты. Этот метод имеет преимущество перед другими, что позволяет через мутность взмыва учитывать взаимообмен между взвешенными наносами и донными отложениями.

Расчет мутности (транспортирующей способности) потока S_тр (кг/м³) определяется по формуле

где - корректирующий множитель, =1; Г - гидромеханический параметр наносов, определяется по таблицам [2], является функцией коэффициента Шези С и безразмерной величины G₁

где U - гидравлическая крупность наносов, м/с; V - средняя скорость потока, м/с.

Общая мутность взмыва (кг /м) вычисляется по формуле

S = b,

где b₁ - коэффициент, принимающий следующие значения: С - для равнинных рек, коэффициенты Шези которых заключены в пределах 20…80, b₁ = 0,650, для рек преимущественно горных, где 10<20, b₁=0,450; N - безразмерное характеристическое число:

Fr - число Фруда

Определяем допустимую к сбросу концентрацию взвешенных веществ m в воде канала по формуле

где р - допустимое по нормативным требованиям увеличение содержания взвешенных веществ в водном объекте, г/м³; b - фоновое содержание взвешенных веществ в воде, г/м³.

На первом этапе промывки концентрация взвешенных веществ m должна соответствовать транспортирующей способности потока S_тр, определенной по формуле А.В. Караушева (2) .

На последующих этапах промывки допустимая к сбросу концентрация веществ m должна соответствовать мутности потока в створе слияния канала и русла реки, которая определяется по формуле Караушева А.В. [3], учитывающей постепенность насыщения потока по длине

где S_i - мутность потока в определенном сечении (месте) кг/м³; S_начi - начальная мутность потока, кг/м³; S_трi - мутность (транспортирующая способность), кг/м³; В - ширина канала по дну, м ; х - длина канала, м; Q - расход воды в канале, м³/с; U - гидравлическая крупность взвешенных наносов, м/с, которая определяется по формул

где V- динамическая скорость потока, определяемая по формуле

- коэффициент пропорциональности,

Настоящая формула (9) достаточно проста и удобна при проведении расчетов, в особенности в тех случаях, когда объем данных натурных наблюдений за твердым стоком исследуемой реки (канала) оказывается недостаточным, а движение наносов происходит преимущественно во взвешенном состоянии [4].

Поскольку в формуле (9) предполагается, что насыщение потока по длине происходит по всему смоченному периметру канала, а при поэтапной промывке - в основном только с части смоченного периметра (со стенок канала, по мере увеличения расхода воды в канале), нами предлагается в формулу (9) ввести поправочный коэффициент К, равный

где - соответственно смоченный периметр для расходов .

С учетом введенного коэффициента формула (9) примет вид

Время промывки на каждом этапе t, с определяется по формуле

где - плотность грунта (наносов) в отложениях, кг/м; W - объем взвешенных частиц, м³, вынесенных из канала, определяем по методике [5].

В качестве примера выполнен расчет канала при следующих параметрах: расчетный расход Q_p = 100 м³/с; средний диаметр фракции канала d_cp= 0,016 м; коэффициент заложения откосов m = 2,5; коэффициент шероховатости n = 0,025; диаметр взвешенных частиц d_взв = 0,00045 м; длина руслоотводного канала Х = 100 м; процентное содержание частиц диаметром меньше диаметра взвешенных частиц Р = 30%; Плотность грунта наносов _нан = 1750 кг/м³; уклон дна канала i = 0,00065. По результатам расчета можно сделать вывод о том, что канал промоется за время t = 51 суткам.

водоотведение промывка гидравлический

Библиографический список

1. Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.: Энергия, 1971. 552 с.

2. Караушев А.В. Теория и методы расчета речных наносов. М.: Гидрометеоиздат, 1977.

3. Караушев А.В. Проблемы динамики естественных водных потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. 392 с.

4. Векслер А.Б., Доненберг В.М. Переформирование русла в нижних бьефах крупных ГЭС. М.: Энергоатомиздат, 1983.

5. Косарев С.Г., Звягинцев В.В., Пономарев С.В. Прогнозирование загрязнения рек взвешенными веществами при выборке песчано-гравийной смеси из русел //Проблемы прогнозирования в современном мире. Чита: ЧитГТУ, 1999. С. 35-37.

Размещено на Allbest.ru