автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Гидравлические основы расчета противоселевых сооружений для предгорной зоны Средней Азии

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ИСМАГИПОВ Хамидулла Абдурахманович

УДК 627.141.1

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРОТИВОСЕЛЕВЫХ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЫ СРЕДНЕЙ АЗИИ

05.23.16 - Гидравлика и инженерная гидрология

^5.23.07 - Гидротехническое и мелиоративное строительство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в научно-производственном объединении Сред-нзазиатокого Ордена рудового Красного Знамени научно-исследовательского института ирригации (НПО "САНИИРИ").

Официальные оппоненты: ЫАГ01.ЩД0ВА A.B. - доктор технических наук, профессор; ТЕВЗДЦЗЕ В.И. - доктор технических наук;

ИСМАПНЛОВ ГД. - доктор технических наук, профессор.

Ведущая организация - Производственное объединение "Казселе-вагщта".

Защита диссертации состоится "/7" 199? г.

час. на заседании Специализированного совета Д 120.16.01 по защита диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук Московского ордена Трудового Kpacijpro Знамени гидромелиоративного института по адресу: 127550, Москва 11—550, ул.Прянишникова, 19, ауд.201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " Я " тээЕг.

Учений секретарь Специализированного Совета, кандидат технических наук,

профессор Р.И.БЗТЕН

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Проблема охраны окружающей среды п рациональное использование земель становится одной из важных задач науки и техники не только в Советском Союзе, но и во всем мире.

В проблеме охраны окружающей среды и рационального использования земель особое место отводится исследованиям селевых потоков и разработке мер борьбы с шт. Защита территории и объектов промишлегагсго и сельскохоэяйствегагсго назначения, расположенных в горных и предгорных районах страны, где широкое распространение находят селевые явления, немыслимо без надлежащего противз-селевого строительства.

Отсутствие еоответствугяих строительных норм л правил по расчету селевых потоков, проектированию нротивоселевых сооруже- . ний и их эксплуатации в значительной степени осложняет осуществление эффективных способов противосслевсй залиты.

Опыт проектирования и эксплуатации нротивоселевых сооружений указывает на необходимость учета при расчете противоселевых сооружений особенностей проявления гидравлики селевых потеков и условий взаимодействия их с сооружениями. Поэтому создание гидравлических основ для разработки методов расчета и рекомендаций по эксплуатации противосолевых сооружений представляет одну из актуальных задач, имеющую ванное народнохозяйствешюе значение.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является создание гидравлических основ расчета и разработка рекомендаций по эксплуатации нротивоселевых сооружений для предгорной зоны Средней Азии.

Для достижения поставленных целей было необходимым решить следу гида задачи:

обобщить опыт работы противоселевых сооружений предгорий

Средней Аэыа и подучить дашше о работе плотин, водовыпускных сооружений, водоохьодяиих каналов и о динамика занесения-задле-шя регулирующих емкостей;

- проанализировать натурные и экспериментальные исследования длл получения дшшшс о динамике турбулентных селевых потоков;

- разработать русловые зависимости и зависимости для определения гидравлического сопротивления селеносных рек;

- исследовать перенос взвеси в турбулентном потоке и получить уравнение распределения мутности по глубине потока, а такие ыайта зависимость для транспортирующий способности селевого потока;

- исследовать процесс осаздашш накосов в зоне аккумуляции и подучить расчетные зависимости для изменения мутности Ко длине салехраншшщ;

- разработать рекомендации по расчету и эксплуатации проти-ьоселевых сооружений.

т о л и ка и с сл е д о в а!д ¡щ. Решение поставленных вопросов производились на основе специально выполненных натурных, лабораторных л теоретических исследований селевых потоков и противоселевых сооружений.

Натурные исследования селевых потоков и существующих противоселевых сооружений производились в Ферганской долине, Ташкентской и Ленинабадской областях. В результате натурных исследований установлены гидравлические параметры солевого потока и Елорфомэтрии русла, сделана оценка противоселевой эффективности и достаточности параметров сооружений, характеристики занесения-ваилешш селехраншшщ, повторяемости селевых потоков и др.

Лабораторные исследования проводились на открытой площадке отдела русел СШ1ИРИ - изучалось движение поток® и ого транс-портируачая способность,' распределение скорости, мутности и

крупности наносов по глубине. На специальной модели изучалось формирование нак^сных отлокений в селехранилшцах, распределение мутности и крупности наносов по длине селехранплищ.

Теоретическими исследованиями установлены расчетные зависимости для распределения мутности по глубине в селевом потоке и по длине селехранплищ. Для установления этих зависимостей использованы уравнения турбулентной диффузии, баланса наносов и неустановившегося движения.

Научная новизна работы. В качестве новых научных достижений можно назвать следующие результаты:

работа представляет собой научное обобщение результатов, впервые выполненных многолетних исследований, направленных на изучение селевых потоковой работы большого количества противосе-левых соорукений в предгорной зоне Средней Азии.

Подучены новые данные о гидравлических элементах, мутности, транспортирующей способности турбулентных селевых потоков, фракционном составе взвешенных и донник наносов и о работе противо-селевнх сооружений.

Получены новые зависимости для ширины и средней глубины со-ланосного русла, а также зависимости для гидравлических сопротивлений.

Впервые доказана возможность использования диффузионной теории турбулентности для оелевых потоков мутностью до 400 кг/м3. Получены новые раочетные зависимости для распределения мутности по глубине потока, расчета гидравлической крупности наносов и транспортирующей способности оелевсго потока.

Впорвые использовано уравнение баланса паносов для солеза-цорживаицих сооружений и получены новые расчетные зависимости ада распределения г.утности по длине, расчета селевых отложений с

учетом высокой мутности потока, морфометрии чаши и скорости подъема уровня води.

Решена задача неустановившегося движения селевого потока в русле водотока с учетом специфических свойств селевого потока.

Разработан новый метод расчета занесения-заиления селезадер-зшвающшг сооружений, позволяющий определять ежегодные объемы и располокышя наносных отложений, срок службы самих сооруаений.

Даны рекомендации но эксплуатации селехрашишщ, включая уход за плотиной, чашей селехраннлащ и водовыпуском, отводящего канала, а танке наблюдения я надзор за состоящим сооружений, мероприятий по сохранению регулирующей емкости селехранялищ.

Диссертационная работа выполнена по тематике охраны водных и земельных ресурсов Государственного комитета по науке и технике Совета Министров СССР (Проблема 0.51.080, работы а/2 н а/3 -1971-1975 гг., проблема 0.85.01, задание 08022И п 0803Ш - 1976 - 1980 гг., проблема 0.85.01, задшше 08.02.Д8 и проблема й 0.51.01, задание 05.13.Ш - I98I-I985 гг.).

Основные научные положения. выносимые на защиту. Предметом зачдаты являются разработка основ метода расчета гидравлики про-тивоселевых сооруяокий и рекомендаций по их эксплуатации.

lia защиту выносятся следующие научные положения:

- (закономерность изменения элементов селевого потока и получение зависимостей душ гидравлического расчета селерегулирующих сооружений;

- закономерность распределения мутности и крупности наносов по глубине и длине в солевом потоке в зоне транзита и осаждения наносов, зависимости для транспортирующей способности потока н расчет формирования селевых отлояений;

- методика расчета аанеоения-заилония селезадвржинающих со-

орукегай;

- результаты обобщения опыта работа противоселевых сосруже-ний предгорной зоны Средней Азии;

- рекомендации по эксплуатации селчхрашлищ.

Драктцчеысад цэнцость д реализация работы. По результатам

исследований автором составлены 4 нормативных документа:

- Рекомендации по ксглпоновке противоселевых сооружений и по проектированию селехрапилищ и нагорных каналов. Ташкент, САШ1РИ, 1979 (утвэргден техсовегом Минводхоза .УзССР, протокол № 5 от 13 марта 1979 года).

- Методические указания по расчету селеносшх русел рук и 1>ормировакио наносных отлоичний. Ташкент, СЛ1ШП1, 1902 (ут-вервден техсоветом Минводхоза УзССР, протокол № 242 от 17 мая 1982 года);

- "Руководство по оксплуатации солехранллшц". Ташкент, САШИРИ, 1904 г. Включено в Правила эксплуатации противоселевых сооружений. Основные положения". РД-33-3.2.05.88.

- Методика борьбы с солэвнми потоками. Ташкент, Госагропром УзССР, 1988 г.

Нормативные документы использованы:

- институтом "Таджикгипроводхоз", при проектировании следующих объектов - противоселевых мероприятий саев Караул-Тюбе и Файэиабад-Кала, селезащита жилой зоны п/я 3/1, селесброс в райо~ не подстанции Новая, ТЭО руслорегулировочпых мероприятий на р.Пяндж и др.;

- институтом "ФорганапшрсЕодхоз" при проектировании Кызыл-бельского еелехранилища и селезащиты левобережного Камшрра-ватокого канала;

- институтом "Сродазгипроводхлопок" при проектировании селехрапилищ в Дальвврзинской степи Ш-1У очередей освоения;

- институтом "Узгипроводхоз" при проектировании селедропуск-ных сооружений в Ташкентской области;

- институтом "Сибгипробум" при проектировании селезащитных мероприятий Ангренской картонной фабрики.

Нормативные документы также используются организациями Кир-гнзгипроводхоз", Казахское отделение Гидропроекта, Казоелезащи-та, CAO Гидрорыбпроект и др.

В течегле 1977-1990 годов даны и использованы рекомендация по улучшении эксплуатации Кенгкульского, Гирванского, Бештальс-кого, Кызсайского, Карамуртского и Киндиянского селехранилищ На-манганской области, противоселевой системы № I Андижанской области, состоящих из 42 селехранилищ, селезадатные мероприятия Дальверзинского массива Ленинабадской области, включаг;цих 72 се~ лехранилища и водоудерживакяих дамб, а также защитных дамб на р.Карадарье.

Степень обоснованности научтпс положений, выводов и рекомен-

0

дагмй. Научные положения, выводы и рекомендации базируются на результатах теоретических проработок, натурных исследованиях более чем 200 селехранилищ и селевых русел в предгорной зоне Сред- . ней Азии. Более 100 экспериментальных данных получено автором на русловой площадке отдела русел САНИИРИ. Достоверность результатов исследований и обоснованность научных положений, выводов и рекоменцацин. подтверждается сходимостью полученных решений с натурными и экспериментальными данными.

Публикации и апробации. Основные положения диссертации отраве ни в 32 отчетах и 40 печатных трудах, опубликованных в виде монографии, во Всесоюзных периодических журналах, материалах международных и всесоюзных совещаний в конференций, специализированных тематических сборниках, издаваемых различными организа-

циями. Основные теоретические, прикладные положения исследований доложены и обсуждены на научных, научно-технических конференциях, научных совещаглях и семинарах в гг.Ивано-Франковске (1972), Закаталы АзССР (1973), Тбилиси (1974, 1976), Москве (1976), Ташкенте (1978), Нальчике (1981), Ереване (1903), Алма-Ате (I98T, [985, 1986), на XX конгрессе МАГИ (Москва, 1983), на международных гидрологических курсах при МГУ (IS83) и др.

Результаты исследований автора докладывались на заседании Ученого Совета секции мелиорации и орошаемого земледелия л гидротехники САНИИРИ (1985, J986 гг.), на семинаре лаборатории налогов и отдела русловых процессов ГГИ (1986), на Ученом Совете ЗАНИИРИ (1986), на объединенном семинара кафедр гидравлического трофиля ГТФ ЛПИ (1989), на семинаре отдела русел НПО САНИИРИ 11990).

Структура и; объем диссертации. Диссертация состоит из введе-шя, 7 глав, заключения и приложения. Текстовая часть изложена и 283 страницах, содержит 43 таблицы, 55"рисунков. Список ис-юльзованкой литературы включает 19# наименований, в том числе ¡5" иностранных, приложений на 89 стр.

Диссертационная работа является результатом исследований за [ериод более чем 20 лет, проведенных автором в отделе русел НПО 1А1Е1ИРИ Минводхоза СССР. Приведенные в работе научные и практи-:еские рекомендации получены автором лично.

Лабораторные и полевые и . "едования осуществлены совместно с отрудниками отдела - с.н.с.Еураевым Т.Н., с.н.с.Тулягано-ым С.Х., м.н.с.Насрзддиновым Х.Х., Максудовым У.Р., аспирантом ен-Шэйх JI.M.

При разработке науч!шх и практических рекомендаций антор ледовлл советам заведующего отдела русел чл.-корр.ВАСХ1П1Л, .т.н., лроф.Мухамедова A.M.

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

Во введении кратко обоснована актуальность работы. Ставятся вопросы, решение которых позволяет повысить эффективность защитных мероприятий.

Изложены цель исследований и научная новизна работы, проведенной соискателем в области создания основ расчета и совершенствования эксплуатации противоселевых сооружений для предгорной зоны Средней Азии, основные положения, выносштив на задену, ц охарактеризована их практическая цешюсть.

В петшой главе "Селзвые потоки и противосолевые мероприятия в Средней Азии" показано, что Средняя Азия - один из наиболее селеносных районов Советского Союза. Солевые потоки здесь формируются в ложбинах, ущельях и саях, преимущественно ьо время интенсивных ливней, в результате взаимодействия воды и рыхлообло-мэчной породи. В настоящие время па территории Средней Азии^и юга Казахстана насчитывается около 25СО селеносных водотоков, ш которых меньше, чем за сто лет отмечено более 6000 случаев селе-нроявлеыий. Зафиксировано более 7300 селевых очагов с различным сочетанием условий накоплений селеобразующнх горных пород. Причем почти в половине отмеченных очагов преобладают лессовые грунты, которые но время ливней формируются в наносоводныо турбулентные селевые потоки.

Селевые потоки наносят огромный ущерб народному хозяйству, результат^ прохождения евловых потоков размываются и заносятся наносами хлопковые поля - приходится пересеивать хлопчатник, а иногда производить очистку полей от камней. Страдают от селевых потоков сады и виноградники.

Селавно потоки разрушают крригационнцо каналы, нелезные ц автомобильные дороги, промышленные проднриятия, населенные

пункты, затопляют города. Так, селевой поток в 1967 г. в Акди-

пакской области сш 34 тыс.га посевов. Пострадало много килья,

мостов, дорог, 49 предприятий длительное время не работали.

Упорб оценивался в 39 млн.руб.

Сзль, прошений в 1977 г. в Сорганской области, затопил 15

о

населенных пунктов, разрушил 632 тыс.м талой плсшздл, 1300 км оросительных и осусктелыздх каналов, большое количество ГИДрО-ТеХКИЧеСКНХ сооружений. Общий ущерб, причиненный Ферганской области, составил 85 млн.руб. Наблюдения последних лет показывают, что сэлевце явления имеют тенденции с каждым годом увеличиваться п, соответственно, увеличивается наносимый имц ущерб.

Меры по борьбе с солевыми потокам! были начаты в Туркестане еще в XIX столетии. Но в настоящее время, когда усилилось внимание к охране природы, эти работы получили болсо шфогсоо развитие. Противоселевыо мероприятия; подразделяются на три вида: организационно-хозяйственные; агролесомелиоративные; гидротохш!ческие,

Срганнзацлоннб-хозяйствегашэ мероприятия предполагает сохранение и развитие лесной, кустарниковой и травянистой растительности, регулирование выпаса скота, применение многолетиях культур, обработку склонов по горизонтали, активное воздействие па облака.

Правильное и своевременное проведение оргаплзационно-хо-эяйствешппс мероприятий могзт прокатить ллл ослабить селзопас-пость данного гор!;ого бассейна.

Предотвращение эрозионных процессов и формирования селеЕых потоков обеспечивается лесомелиоративными мероприятия?,'!!, к которым относится сплошное или частичное облесение горных склонов, а также искусственных террасо и прирусловых участков. К настоящему

времени лесокультурные н лесомелиоративные работы в горах Средней Азии проведены на 1 ,щади 193 тис.га. В целом лесистость горных и предгорных зон Средней Азии слабая: 2,5 %, что объясняется трудностями выраддевания лесных культур в засушливых районах и на склонах с бедными почвами.

Органчзационно-хозяйственные и агролесомелиоративные мероприятия по борьбе с селевыми потоками в основном направлены на предотвращение формирования селевых иотоков, на уменьшение селе-активности данного бассейна. Эти мероприятия являются активными. Но так как в горах Средней Азии значительные площади занимают выходы материнских пород и в большей части гор и предгорий количество осадков незначительное, то осуществление указанных мероприятий затруднено.

В целях срочной защиты от селевых потоков особо ваншых народнохозяйственных объектов необходимы гидротехнические мероприятия, которые окажут немедленное воздействие на защищаете территории. Целесообразность строительства тех или иных типов гидротехнических сооружений определяется особенностью местности и типом водотока.

IIa постоянных водотоках в зона формирования или транзита речного стока целесообразное строить водохранилища ирригационного и противсселевого назначения. Таких водохранилищ в Средней Азии построено более 20.

В зоне временных водотоков надежнее строить селехранилища и нагорные каналы. В настоящее время действуют более 200 селехра-ншшц. емкостью от 10 тыс.м3 до нескольких миллионов кубометров.

Наряду с регулированием стока селевых потоков водо- и село-хранилищами проводится такке реконструкция селевых сбросных русл, общая протяжешюсть которых только в зона предгорий Ферганской долины составляет более 400 км. Односторогате или двух-

стороннее регулирование русла осуществляется преимущественно продольными дамбами с креплением напорных откосов.

Планомерные исследования селевых потоков в СССР ведутся с 1930 г. После образования в 1941 г. при Академии наук, селевой комиссия они приобрели значительный разшх. В результате появились первые расчетные формулы для определения динамических характеристик селевых потоков, их скоростей, расходов, транспортирующей способности, физико-механических свойств селей, а также был предложен ряд противоселевнх мероприятий (М.Ф.Срибный, Д.Л.Соколовский, А.Н.Воликанов, И.ИДерхеулидзе, И.В.Егиа-аров, М.А.Мссгков, И.И.Мэчитов, Е.К.Райкова, С.М.Флейгсман, М.С. Гаго-шидзе л др.).

0 важности проведения исследований селей, борьбе с ними и защите от них особо было подчеркнуто в Постановлении Совета Министров СССР (196?) "0 борьбе с водной и ветровой врозгшя".

Крупные псследовшпш проводятся в головной организации по изучению селевых явлений - Госкомгтаромета СССР. Инженорно-гео-логическяе проблемы, связанные с формированием селей, изучаются в ряде научно-исследовательских институтов Мингео СССР. Вопросы динамики солевых потоков, их воздействия на сооружения и сове^ шенсгвование противоселевых сооружений решаются в институтах Госконцерна "Водстрой".

Па основании проведенных лсследовший установлены характеристики селевых потоков, физико-механические свойства селеформи-рушмх пород, селевой массы и селевых отлоаоний, а также дан прогноз и оценка селевой опасности (Ю.Б.Виноградов, И.ИДерхеулидзе, А.И.Шеко, В.И.Тевзадэе, Г.М.Беручэлшилп, В.П.Мочалоэ, Б.С.Степанов, В.Н.Пулкпрешсо, ДД.Сятшхова и др.); изучена гидравлика селевых потоков и дан расчет различных видов протпвоор-

левых сооружений (М.С. Гагопшдзе, О.Т.Натишвили, Т.Г.Войнич-Ся-ноаенский, А.М.Мухамедов, Т.Х.Ахмедов, А.В.Магомедова, В.Г.Са-ноян, В.И.Тевзадэе, У.Р.Мирза-заде, Н.М.Мамедов, Г.И.Херхеулид-зе, А.Н.Крок.кин, Р.Г.Асатрян, С.Э.Займов, Х.А.Исмагилов, А.И.Квасов, П.О.Бадцкан и др.).

Данные исследования позволили составить первый в нашей стране межведом ;твеншй нормативный документ по селям "Инструкция по

г

расчету характеристик довдевых селей. ВСН 03-76 и первый общесоюзный нормативный документ "Инструкция по проектированию и строительству противоселевых защитных соорукешй. СН 518-79". В ГрузШИГиМе, АрыШИВЯиГе, Союзводавтоматике разработаны методические рекомендации по расчету противоселевых соорукешй, являющиеся дополнениями к СИ 518-79. Однако проектирование противоселевых сооружений в предгорной зоне Средней Азии по инструкции • СН 518-79 затруднено, так как в ней отсутствует способ расчета размера и формы русла, транспортирующей способности селевог^ потока, формирования селевых отложений в аккумулирующих емкостях, занесение-заиление, а также рекомендации по эксплуатации селэ-хранилищ.

Из зарубежных специалистов следует отметить Н.Штшш (Австрия), П.Демонце (Франция), С.Лутия (Швецария), Т.К.Пирсона (Новая Зеландия), Р.Р.Карри, Р.П.Шарпа, Л.Х.Ксблза (США), С.Газри-ловича (Югославия), К.Ашида, К.Яно, А.Даидо, Т.Такахоши, С,0ху-да, Х.Сува (Япония) и др., обогативших науку по изучению селевых потоков и создавших ряд оригинальных схем расчета их движения. В работах упомянутых авторов и особенно современных, приводится большое количество натурных данных и их анализ, отображающих характеристики движущихся селевых потоков, параметры их воздействия на различные виды противоселевых сооружений, применение современной аппаратуры.

Вй_ЙШ1йЙ_1Я§а.§ "Исследования опыта эксплуатации противосе-левых сооружений" дается оценка противоселевой эффективности и достаточности параметров сооружений, характеристики занесения-заиления и формируются направления дальнейших исследований. Исследования проводились начиная с 1972 г. на противоселевой сло-теме № I Андижанской области, включающей 42 сялехрагшлища и 17 км селесбросного тракта; система эксплуатируется с 1970 г., на двух селехранилищах Мархаматского района Андижанской области объемом 1750 и 80 тыс.м3, эксплуатируются с 1970 г.; на селехра-нилище "Бешталь" Наманганской области, объемом 450 тыс.м3, эксплуатируется с 1960 г.; на селезащитной системе Дапьверзипского массива Ленинабэдсксй области, состоящей из 72 сплезацитных дамб и селехранилищ, объемы наименьшей дамбы - 5 тыс.м3, наибольшей -5 млн.600 тнс.м3, эксплуатируется с 1964 г.; нп сэлехрашийща р.Тавашахсай Ташкентской области, объемом 15 тыс.м3, действует о 1979 г., а также на защитнорегулировочных сооружениях на реках Майлисай, Карацарья в Андижанской области, Шахимардансай, Марги-лвлсай - в Ферганской и Чартакской в Намакганской области.

Во время натурных исследований обследовано состояшш сс рутений, произведена съемка поперечных и продольных профилей сооружений, взяты пробы селевых отложений, проведены наблюдения эа заполнешг • " опорожнением чаши и др.

На основании результатов исследований сделаны следующие выводы:

протявоселевые сооружения играют положительную роль в задержании, пропуске и успешной защите народнохозяйственных объектов от вредного последствия селевых потоков.

Несовершенство расчетов размеров и форм русла селеносных ру-оел рек, формирования наносных отлокений в аккумулирующих емкостях, занесения-заиления, а также эксплуатации затрудняют проекта-

рование к работу противоселевых сооружений. В результате на некоторых селехранилищах наблвдались негативные явления, такие как перелив воды через щебень я опасность прорыва плотины, разрушение да.лб и откосов защитно-регулировочных сооружений и др.

Не подтвердилась необходимость крепления напорного откоса илотшш селехранилища, так как скорость потока в чаше селехрани-лища убывг.ет в сторону цлогины. В результате ударная сила селевого потока на напорные откосы плотины фактически гораздо меньше, чем это предполагалось при проектировании солехранияищ. Поэтому крепить напорный откос селехранилища камнем излишне.

Доказана неэффективность проектирования селехранилищ без во-довыпуска.

Поверхность селевых отложений в чаше формируется не горизонтальной, как записано в СН-518-7Э, а с уклоном. Средний уклон поверхности дна селехранилища в зависимости от срока его эксплуатации и числа случаев поступления селевых паводков состав^ет 0,3...О,6 от первоначального уклона селевого русла, в котором оно построено.

Интенсивность заиления селехранилшц составляет 3...5 % в год от проектного объема, однако в отдельные периоды она достигает 14...16 % в год. В настоящее время имеются селехранилища, которые эксплуатируется более 15-20 лет. Суммарный (за весь период) объем отлокений в них составляет 30...40 % от первоначального объема, что нэ позволяет им принять полный расчетный обьем селевого потока.

В третьей глаге "Исследование турбулентных селевых потоков" на основе натурных и лабораторных исследований получены данные о гидравлических элементах селевого потока, его мутности, гранулометрическом составе взвешенных наносов и донных отложений, об изменениях скорости, мутности и гранулометрического состава на-

носов по глубине потока и длине русла в зонах транзита и аккумуляции наносов.

Натуштд исследования селевых, потоков проводились в Ферганской долине с 1972 по 1986 го".. За это время зафиксированы 10 случаев селеироявлешш. В качестве примера приведем описание од- • ного паБодаса, прошедшего 29 мая 1977 г. на здыре Беш-Буз в Андижанской области в зоне дейотвия селехранилищ Л 1,2,3 и 4 проти-воселевой системы й I. Наблюдения за прохождением ливневого паводка в русле сая были организованы на 300 м выше чаши селехра-нилища № 4. Ливневый поток в чашу селехранилища поступал по руслу сая в течение 30 мин. Расход его увеличился до I м°/с, затем начался резкий подъем уровня воды. За 10 мин. расход достиг максимума - 30 м3/с. Начавшийся за ним спад уровней продолжался I ч. и закончился наишм прекращением стока воды.

Поверхностная скорость потока в русле сая на участке наблюдений изменялась от 2 до 5 м/с. В начале паводка при расходе I м/с скорость течения не превышала 2 м/с. С увеличением расхода и уровня воды в русле скорость возрастала. При расходе 15 ... 20 м3/о скорость течения составляла около 4 м/с, а при максимальном расходе достигала 5 м/о.

Во время прохождения паводка мутность потока изменялась от 200 до 355 кг/м3 90...95 %, взвешенные наносы состояли из фракций 0,1... 0,001 ш,

Результаты натурных исследований и анализ работ Е.К.Рабковой, Р.Г.ШФитга, С.Э.Эзимовз. и В.В.Коробова позволил?: предстоять гидрограф турбулентных селевых потоков, мутности потою, франпи-онного состава наносов, гидравлических алсмвнтов потока я русла. Вот эти данные: расход селевых потоков 30...500 м3/с, оторготь потока 1,9...6,3 ы/о, глубина потока 0,Я9...1,1 и, ягар-т рус.та 10...160 м, уклон русла 0,008...0,04, крупность ваятаппннх напо-

сов 0,25...0,001 мм, мутность потока 150...450 кг/м3; русловые отдокения - гравелистые грунты диаметром преимущественно 30... 60 ш.

Целью лабораторные исследований селевых потоков было изучение распределения скорости, мутности и крупности наносов по глубине селевого потока, влияние мутности на гидравлические параметры потока.

Эксперименты проводились на площадке отдела русел САНИИРИ. Модель представляет собой бетошшй лоток шириной 6 ы, русловая часть длиной 21 м заполнена песком со средним диаметром 1,8 ш. Вода в селевое русло подавалась из напорного бассейна через трапецеидальный водослив. Подаваемая вода во входном створе непрерывно насыщалась наносами с подачей из бункера, количество подаваемых наносов регулировалось протарированкой задвинской.

Селевое русло профилировалось трапецеидального сечения со следующими размерами: длина 21 м, ширина по дну 0,15 м, выоЗта бортов 0,1...О,15 м, заложение откосов 1,0. На дне русла сохранялся песок со средним диаметром 1,8 км. Борта закрепляли гравием, диаметры 10...30 мм. В качество наносов для создания мутности использовался лессовидный грунт.

Было проведено 19 опытов, из них в девяти опытах расход воды составлял 0,01 м3/с, в семи - 0,015 м3/с, в двух - 0,02 м3/о и в одном опыте - 0,03 м3/с. Параметры потока в опытах изменялись в следующих пределах: расход 0,02...О,03 м3/с, скорость потока 0,4,..2,0 м/о, мутность 30...450 кг/м3, глубина воды 0,03... 0,07 м, ширина русла 0,15...0,32 м, взвешенные наносы 0,16... 0,001 мм, уклон дна русла 0,03...0,035.

Проведено 7 опытов по определению вязкости смеси на вискозо-метро ВПЖ~4.

Результаты'опытов позволили выявить, что при движонии потока

в размываемом русле насыщение потока взвешенными наносами значительно влияет на движете и физико-механические свойства потока. С увеличением мутности потога изменяется средняя скорость потока, распределять скорости потока по глубине русла, вязкость и плотность потока.

Лабораторию исследования аккумулятивных процессов проведены на модели селехранллища, построенной на площадке отдела русел. Модель имитировала участок селевого русла и селехрашиище № 2 по защите Мархаматокого района Ацдияанской области. Модель состоит из подводящего русла, чаши и плотины селехранллища и водовыпуска. Подводящее русло выполнено из песта и имеет размеры: ширина 0,5, высота борта 0,05...0,1 м, длина 8 м, уклон русла 0,025. Длина чали селехрашлища 13 м, наибольшая ширина 6 м, наибольшая глубина 0,35 н, объем чаля 0 мэ. Водовыпуск - трубчатый, башенного типа.

Всего было проведено 7 опытов с пропуском постоянного расхода. При этом измерялись скорости потока в подводящем русле, велись наблюдения за наполненном чаши селехранллища и при выходе из водовыпуска, замерялась мутность в 4-х створах селехранллища и при выходе из водовыпуска. Продолжительность опыта определя лась временем полного наполнения селехранллища до допустимого . уровня. Во время опороапшгая селехранллища такяе были взяты пробы на осветление. После окончания каждого опыта производилась нивелировка поверхности наносных отложений в продольном и поперечном профилях.

Определено, что мутнооть потока по длине селехращштща в сторону плотины уменьшается и в соответствии с этим уменьшается фракции отложений. Сопоставлено профилей дна овлохранилияа натурных и лабораторти измерений покачало та охояеоть. В лабораторных условиях в отличие от натуральных наблюдалось быстром па-

несение чаши во входном створе, так как из-за небольшой глубины потока наноси интенсивно осаждались у входа в чашу селехранили-ща. Лабораторным путем были получены дополнительные дашшэ об изменении мутности по длине чаши селехраншшща.

Полученные результаты исследований селевых потоков и аккумулятивных процессов в селехраышшще послужили основой, для получения расчетных зависимостей.

В четвертой главе определены русловые зависимости и гидравлические сопротивления селеносных рек.

Все водотоки Сродней Азии разделяются на две категории: реки, имеющие постоянный сток воды в течение всего года; временные селоносше водотоки, действующие периодически, в основном, только в период ливневых осадков. Число таких водотоков достигает половины от общего количества рек Средней Азии.

Регулирование селевых потоков временных водотоков требует разработки расчетных зависимостей между размерами и формой русла и основными факторами, определяющими их формирование, для горных и предгорных участков рек Средней Азии, так называемых русловых зависимостей.

Отысканием русловых зависимостей для горных и предгорных рек Средней Азии занимались С.Т.Алтунин, И.А.Бузунов, К.Ф.Артамонов, А.М.Мухамедов, В.С.Лапшенков, А.А.Крошкин, Х.А.Исмагилов и др. Однадо авторы изучали реки, имеющие постоянный сток воды в течете года, и поэтому учитывали но все факторы, существенно влияющие на формирование русла селоносных рок.

Па основании натурных, данных Р.Г.Вафина, С.Э.Эзимова, В.В.Коробова и автора с использованием структурного вида зависимости

мой

М.А.Великаяова и дополнительным учетом объема мутности и крепости пород;', слагающих берега русел, получены следующие расчетные . зависимости Дта селенос1шх водотоков i : Средней Азии

- 21 -/я ¿>

У и? (т)

я-- го С2)

л. - _и£1аг сз)

где; 3 - ширина русла, м;

М - глубина потока, м;

4?, _ расчетный селевой расход, м3/с;

»$ - объемная мутность;

/¿р - коэффициент крепости грунта на деформацию; с - уклон русла; - средний диаметр донных отложений;

Дня разных видов грунтов (пород) коэффициент крепости определяется по формулам М.М.Протодиаконова: для сыпучих грунтов

- ¿о ¥> / . (4)

.для связных грунтов

- Но *С)/е ; (5)

для скальных пород

4, = 7? , (6)

где ; У- угол внутреннего трения грунтов; С- коэффициент сцепления;

СГ- напряжение, при котором определяется сопротивление породы деформации; продел прочности породы.

- -

Значение коэффициента крепости вычисленного для разных видов грунтов, встречающиеся в реках предгорной зоны Средней Азии, приведены в табл.

Таблица

Грунты, слагающие берега русла

1. Песчаные, супеси 0,5 - 0,6

2. Суглинок, супеси с включением крупного

песка и гравия 0,7 - 0,8

3. Суглинок, супеси и глины с включением

гравия и галечника 0,9 - 1,4

4. Грубообломочные 1,5 - 2,0

5. Паяускалыше 2-4

6. Скальные 5-20

«3

Сопоставление расчетных значений ширины и средней глубины русла, вычисленных по формулам (I) - (2), с натурными дали удовлетворительные результаты. Отклонения не превышают 15-20 %, что допустимо. Зависимости (I) и (2) рекомендуется использовать для гидравлического расчета селеносных русл рек при проектировании прстивоселевых сооружений.

Гидравлические сопротивления в соленооном русло изучены еще слабо. Наиболее полные данные по исследованию гидравлических сопротивлений при напорном гидротранспорте представлены в работах А.П.Лфша и В.С.Кнороза, в лотках с малым насыщенное - работах В.А.Ванони и Х.М.Иомаили. Опыты Е.К.Рабковой посвящоны.изучению влияния мутности потока на разшвасмно ложа.

Анализ работ указанных авторов и материалов лабораторных исследований показывает, что гидравлические сопротивле'ния при дни-

женин селевых потоков изменяются под влиянием следующих факторов:

изменений шероховатости стенок, связанных со сглакиванием выступов шероховатости ложа

торможения потока взвесью, связанного с увеличением условной вязкости потока ~Лг

Исходя из этого, коэффициент гидравлического сопротивления селевого потока можно определять как сумму Л, л Лг

Л -Л,*Лг (7)

Коэффициент гидравлического сопротивления Для открытых потоков с учетом уменьшения выступов шероховатости можно определять по формуле Пикурадзе-Зегжды

где : /? - гидравлический радиус;

^Б - коэффициенты, определяемые опытным путем;

Л = 2, £ = 2,1 - для открытых потоков по Л.П.Зегтое; Л = 1,75, б' = 1,0 - для горных и предгорных рек по

А.Ю.Умарову; ^ = 1,5, ^ = 1,0 - для селеносных водотоков; А ' - условная высота выступов шероховатости.

Условную высоту выступов шероховатости для селеносных водотоков с учетом мутности можно вычислять по фор.'дуле

где: Л - условная высота выступов шероховатости при движении

чистого потока; г '

- коэффициент, учитшакявй изменение ламинарного подслоя на высоту выступов шероховатости;

Г. -/¿V

О - толщина ламинарного подслоя при движении водного потока;

Я-

о - толщина ламинарного подслоя при движении селевого

потока;

V, - кинематические коэффициенты вязкости, соответст-• венно воды и селя; - динамическая скорость.

На основании проведенных наш опытов получена формула для определения зависимости гидравлического сопротивления от торможения потока взвесью

здесь £ ~ объемная мутность.

В практике расчетов открытых русел селеносных рек вместо коэффициента гидравлического сопротивления С ) исполъзуетс^ коэффициент (С), входящий в формулу Шези, который связан с коэффициентом (-Л ) формулой

Ш)

Достоверность расчетной зависимости (7) проверялась сопоставлением значений гидравлических сопротивлений, полученных по этой формуле, с вычисленными по данным опита (всего 19 данных). Отклонение составляет 5...10 %.

Пятая глава "Распределение мутности по глубине и транспортирующая способность селевого потока". Дня решения распределения взвеси в турбулентном селевом потоке по глубине была принята диффузионная теория турбулентности перемещения наносов. Диффузионная теория предложена Д.М.Тейлором и В.Шмидтом в 1925 г. Их идеи были использованы В.М.Маккавеевым (1930 г.) для разработки

общей теории турбулентности руслового потока. В последующие годы теория развивалась М.А.Великановшл, И.И.Леви, Л.В.Караушевым, К.И.Россинским и др. Из зарубежных работ известны исследования М.а.Браина, В.Ванони и др.

Уравнение диффузии В.М.Маккавеева, выракающее турбулентный перенос наносов через единицу горизонтальной площадки в единицу времени, для водной поверхности имеет вид

(12)

где; Лу- коэффициент турбулентного обмена; ¿¿ст- гидравлическая крупность наносов; р - плотность воды.

Решение уравнения (12) для селевых потоков усложняется необходимостью разработки методов учета влияния большого количества взвешенных наносов на коэффициенты турбулентного обмена и гидравлическую 1фупность наносов, а такие их изменение по глубине потока.

При селевом потоке гидравлическая крупность наносов определяется по формуле

где; и{- скорость падения частиц при малом содержании их в объеме жидкости; ■

- коэффициент, учитывающий уменьшение гидравлической крупности при большом количестве содержания частиц в объеме жидкости за счет увеличения вязкости и плотности смеси.

Для установления уь имеются формулы М.А.Великанова, В.И.Гончарова, Д.И.Минца, О.Г.Патшивили, А.В.Караушева, У,Р.Мир-

за-Заде и др. Однако эти формулы применимы к зернистым грунтам, в них учитывается влияние на величину гидравлической крупности наносов только плотности смеси. Между тем, в насыщенных мелкими наносами водных массах на гидравлическую крупность частиц наносов, "кроме плотности, влияет также и вязкость среды.

На основе формул В.Н.Гончарова и А.В.Караушева наш получены формулы, в которых учитывается и плотность, и вязкость смеси: для области ламинарного режима осаждения ( 0,15 мм)

«..4.. -pf-pr -я) (14)

для области переходного режима (0,15 1,5 т)

ß^-i-m^j'"

' для области турбулентного режима осаждения ( 1,5 мм)

/ S>(J>T -Л) (ТС)

ß Улй^рг > (16)

где : _Р;Рт,ре~ соответствешю плотность воды, твердых частиц и смеси.

На основании результатов проведенного опыта по определению вязкости смеси, а также данных Ц.Е.Мирцчулавы, Н.П.Кулеша, И.А.Мосткова, Е.К.Рабковой, А.Эйнштейна и А.Даидо получена зависимость для определения соотношений коэффициентов кинематической вязкости воды и смеси

где; dt - диаметр взвешешшх наносов, ш.

При разном фракционном составе взвешенных наносов гидравлическая крупность наносов иГ и коэффициент Jb по глубине из-

меняются. Наименьшие значения гидравлической крупности отягчаются у поверхности потока, которые ко дну постепенно увеличиваются. Значения коэффициента изменяются в обратном порядке:

ы, **,//-№*] (18)

& -. ^ [МЩ/«)*] (19)

Коэффициент турбулентного обмена определяется по известной формуле

о»»

где: ^/¿^ - градиент скорости по вертикали (градиент вертикальной составляющей скорости).

При определении градиента скорости по вертикали использованы формулу логарифмического профиля скорости ¿/¿Г ¿Г,

¿у ~ эе у ' (21)

где: ¿у - скорость на расстоянии £ от дна потока; Ж - параметр логарифмического профиля скорости.

Параметр % в селевом потоке в значительной степени зависит от насыщенности потока твердыми частицами. В наших опытах параметр изменялся от 0,3 до 0,75.

На основашш опытных данных (всего 19) для определейия параметра ЗС получена зависимое.'.ь

X - ¿>.3* Л

Подставляя значение ¿/¿Г/г/у в (20), получим

А - (22)

^ Я

Уравнение 02) с учетом (15), (20) и (22) можно записать В

виде

, ьЬ Л #.[/- (%) 1/ . Ж

или

Поме интегрирования и преобразований уравнение (23) примет

вид

где

9 М< (24)

а, + (25,

п [ ¿У_- _// М-А/У {осл

4- & ^ , (27)

П с_я? ¿У , ,

^ ' (28)

а

н

Чя^Щг (29>

Л

Для установления воспользуемся уравнениями (28) и

(29) при значениях показателя степени ¿/ ^ у // " при у '

при 4>

при

Л, (32)

Используя формулы (26), (27), (30), (31) и (32), строим график изменения ¿V по вертикали для различных показателей степе-ии д . По графику находим значения и ¿V при у </ у

Достоверность зависимости (24) оценивалась сопоставлением измеренных и расчетных значений мутности по глубине потока. Отклонение составляет 3...12 %. Эпюры мутностей, построенных по данным расчета и измерений, хорошо согласуются между собой, что подтверждает достоверность зависимости (24).

'Транспортирующая способность селевого потока определена на основании полученных нами данных натурных и лабораторных исследований, а также натурных данных Р.Г.Вафина, Е.К.Рабковой, В.Э.Эзимова и В.Г.Коробова и лабораторных данных, В.С.Кнороза:

где: - транспортирующая способность потока;

^ коэффициент, учитывавший увеличение условной вяз-

кости селевого потока по сравнению с водным потоком. »

Сопоставление расчетных и измеренных значений транспортгру»-щей способности селевого потока показало достоверность полученной расчетной зависимости ( = 0,80). Зависимости для определения транспортирующей способности турбулентных селевых потоков приведены в работах М.А.Великанова, И.В.Егиазарова, А.Н.Крошюша,

Л.Ь.Уварова, П.О.Балдкана и др. В зависимости (33) в отличие от других учитывается уменьшение гидрэ.влической крупности наносов и увеличение вязкости с ростом мутности потока. Кроме того по зависимости (33) моашо установить среднюю мутность селевого потока. Ц?и пользовании формулой (24) необходимо знать до1шую мутность. Переход от средней мутности к донной осуществляется по формуле, полученной на основании обработки 19 опытных профилей мутности:

о ■

' <1г/«г/<" (34)

'-lS.iaa_ES.afia "Исследование изменения мутности потока по длине селехранидида и расчет соловых отложений". Изменения мутности потока по длине селехранилища, кшс показали натурные и лабораторные исследования, во многом сходны с изменением ее в обычных водохранилищах, в верхних бьефах гидроузлов. Различия отмечаются только в результате разных режимов работ селохршшлища и водохранилища, а именно: кратковремешюсть наполнения и опорожнения селехранилища, незначительность его объема и длины, поступление потоков с очень высокой насыщенностью наносами, полное задерганно всех фракций, способных осаждаться в текучей воде.

В закономерностях изменения мутности по длине оелехронилид!а можно выделить два этапа. Первый этап соответствует периоду наполнения, кох'да в селехранилище действуют явно выраиегаше продольные течения, вызываемые поступлением в него соловых раоходоп. При втором этапе таких течений нет.

Изменение мутности по душно селохращушща в период наполнения (первый этап) можно установить по уравнению баланса нанооов.

Уравнение баланса наносов для участка селехранилища длиной , ограниченной двумя створами, в дифференциальной форме

имеет вид

- -3 -¿Х--0 , (35)

где: ^ - секунд!шй расход осаждения.

Секундный расход осавдешш наносов приближенно может бить принят равным

гдо: ¿-Ц» ~ скорость подъема уровня воды, наибольшее значение которой у поверхности потока, ко дну она убывает и ума у дна равна нулю. Исходи из этого, принимаем /Г . . Ж , ■

¿>»<=2 - г л ' (3?)

где: 57 - площадь зеркала воды.

Гидравлическая крупность наносов определяется по формуло (13) о учетом формул (14) и (16). Коэффициент стеснения ^ в чаше селехранилшца в сторону плотины увеличивается. Это увеличение для селехранилшца длиной 400...600 ы, по дашпм нат'тлшх исследований составляет (1,1... 1,3) _/)0, где - коэффициент стеснения при входе в чашу селехранилища. Поэтому при расчете принимаем

Я* г*'яг ^ (38)

Подставляя (36), (37) и (30) в (35), получаем

й-г/3* 'М - ■ Ж]-(39)

Интегрирование уравнения (39) имеет некоторые особенности, зависящие от продольного и поперечного профилей чаши селехранилшца и фракционного состава наносов. Пиае рассматриваются конк~

ратные примеры различных профилей чаши, а такие случаи однородных1 и разнородных по составу наносов селевого потока, входящего в селехранилища.

1-й случай. Чаша селехранилища постоянной ширины с прямоугольным поперечным сечением и с горизонтальным дном. Поступающие в селехранилище наносы имеют однородный состав. Уравнение (39) принимает вид

А = Л е*р{/-# V (40)

2-й случай. Чаша селехршгалища постоянной ииршш с прямо-уголышм сечением и прямым уклоном дна; поступающие в селехранилище наносы имеют разнофракционный состав. Уравнение (39) изменяется следующим образом:

эдесь

& //„'¿Г

3-й случай. Селехранилище с расширявшейся в плане чатей прямоугольного сечения при прямом уклоне дна и неоднородном (разно-бракцконисм) со лаве поступающих селевых наносов. Реаая уравнение (39) в этом случае получим

4 £ ( /У- м (42)

' <Уе> 1 г А'е

¿¿¿/X / Т ,а . А'Г,? .

где а£ - и/0 & ■ -- А'„ * ¿х; Л -- А *А>Л;

За. Лаг '

.^■-¿¿^и. - коэффициент расширения потока в плане; и ■ /0° - угол расширения потока в плане.

При втором этапе мутность воды в селехрашллще постепенно уменьшается во времени за счет осаждения в почти неподвинной воде.

Изменение мутности во времена во втором зтале моино установить по формуле

4- (43)

где: t - врем, с.

По разности в начала и конце участка определяют средний интенсивность отлокенш:

а среднюю величину отлохений во время оелевого паводка за время г? устанавливает1 по формуле

г т х- / - у !*г\

,£ г2 * * ■1 - 2 (45)

общий слой отложений за время солового паводка подсчитываете~ по выракению

/'-Л -¿Г*

(4ь)

где "X ~ слой отложений после прекращения поступления селевого потока.

Расчет слоя отложений можно выполнять по длине в целом или для отдельных его участков.

расчет .расхода наносов по длицо стела.

Выше было рассмотрено изменение мутности потока по длине св-лехранилища и расчет расхода наносов, где движение оелевого по-

тока происходит в подпорном режиме, характеризуемом увеличением глубин и уменьшением скорости в направлении вниз по течению, что вызывает постоянное осавдение наносов, т.е. заиление.

В русле водотока движение потока свободное и если поток насыщаемся наносами ниже своей транспортирующей способности, то он размывает свое русло, а если больше, то избыток наносов осаждается, заиляя шш занося русла.

В русле водотока движение селевого потока может быть описано уравнением (неразрывности) неустановившегося движения в виде

JM + ВШ _ , fcr ,r j ■ (47)

где: - мутность взмыва;

- скорость взмыва вовлекаемого грунта с русла

ir, -• 1^7";

()\с - sftoL - ¿Л - гидравлическая крупность наносов. Из (47) следует

(48)

Можно применять гипотезу

//J , ¿Jtf.-J,.) f (49)

л

т.е. вовлечение при ^г >0 и отложение при

тогда JfUL + r-ML.-* (50)

Скорость потока можно приближенно црннять

СЛГ

ir--cJm- У' Wv^ ,

(51)

т.е. лаграетевой скорости волны на первоначальном равномерном

течении.

Подставляя (51) в (50) получим

где: ¡-г

а--

Мутность определяется по формуле (33). Решая уравнение (52) о применением преобразования Лапласа, получшл

(53)

_,__

Я

глубина при первоначальном расходе потока (до селя).

Уравнение (53) дает как функций» / и , т.е. высоту волны селя. После установления значения <44-, «. по формуле (51") определяется скорость селя и расход (удельный) у- ^ ь ; умножая на >5 , находится весовой расход,/^¡вносимого селевым потоком руслового материала.

Расчет расхода наносов по полученным зависимостям, был произведен для зарегулированного участка русла реки Майлисай в Акюг-гааской области. При расчете использованы данные паводка 16 мая 1988 года. Расход наносов по расчету в начальном участка в два ■ раза превышает конечный.

Анализ результата съемки профиля русла показал, что з начздз участка происходил размыв русла, а в конце отложение наносов и подъем дна. Это подзывает, что параметры павсдка в начале участка были больье допустимых для этих условий р.Майлисай, что ПодтЕерздается расчетами.

Э седьмой главе приведет рекомендации по гидравлическому расчету и эксплуатации противосолевых сооружений.

типовании противоселевых сооружений.

При составлении проектов противоселевых мероприятий по регулированию селевых водотоков на участках русел рок малого и большого протяжения берегозалвдттши сооружениями производится гидравлический расчет русел рш-..

Гидравлическим расчетом необходимо установить ширину русла, среднюю и максимальную глубину, среднюю и максимальную скорости и транспортирующую способность потока.

Гасчет производится в два этапа.

1-й этап - сбор и первичная обработка исходных данных, определение селевого объема и максимального селевого расхода расчетной обеспеченности, установление гранулометрических составов наносов, установление среднего продольного уклона русла и характеристики грунта и т.п..

2-й этап - непосредственные гидравлические расчеты ширинн русла, средней и максимальной глубины потока, сродной и максимальной скорости течения, транспортирующей способности потока, максимальных глубин общего и местного размывов, а также другие показатели.

В ходе выполнения 1-го этапа расход селя и сток расчетной обеспеченности устанавливаются по ВОН 03-76: продольный уклон русла и гранулометрический состав наносов - натурными измерениями, коэффициента крепости грунта на деформацию по формулам (4)

При выполнении 2-го этапа ширина русла и средняя глубина потока устанавливается по формулам (I) и (2), средняя скорость потока по формуле Иези. Коэффициент Шези вычисляется по формуле (11). Максимальная скорость потока принимается (1.2-1.3) ¿^ Максимальная глубина селевого потока на прямолинейном участке

русла принимается в пределах = (1.2... 1.4)//^

Транспортирующая способность селевого потока для различных участков русел рек определяется но формуле (33), поверхностная мутность - по формуле (2$); переход от средней мутности к донной осуществляется по формуле (34).

Далее рекомендации по гидравлическому расчету поясняются примерами установления параметров регулируемого русла селаносно-го водотока на предгорном участке.

Рекомендации по расчету занесения-заиления селехрашшпц. Расчетом занесения-заиления селехракилищ определяются объем и располокение наносных отложений в селехраншшще.

Предлагаемые наш рекомендации по расчету занесения-заиления селехранплищ разработаны на основании результатов более чем пятнадцатилетних натурных исследований существующих селехранплищ, а также лабораторных и теоретических исследований. Рекомендации предусматривают выполнение следующих этапов:

сбор и первичную обработку исходных данных (гидрографа жидкого л твердого стоков селевого паводка, фракционные составы селевых наносов и отложений, топографические данные и характеристики чаши селехранилища, включая кривую объемов и т.п.);

выбор расчетных интервалов времени и расчет изменения уровней воды в селехранилище в процессе наполнения и опорожнения о учетом гидрографа селевого паводка и потока воды через водовы-пуск;

определение зоны свободного и подпорного течения воды в село-хранилище ;

расчет изменения цутности потока по длина селехранилища для свободного и подпорного участка течений воды;

получение на осново баланса наносов значений запесения-зал-Л61ШЯ для расчетных интервалов вромени по участкам селехрашишща

и общего занесения и заиления для одного селевого паводка е целом: установление среднегодового объема отложэкий наносов. Расчет ведется в следующей последовательности: на основании гидрографа паводка определяется изменение элементов пото1са в селевом русле, в створе входа в оелехрашшпцэ, а также для участков свободного и подпорного движения потока в нем.

Элементы потока в селевом русло - ширина по урезу, средняя глубина, скорость течения и мутность потока определяются с учетом осредненного поперечного профиля русла по методике гядравлг-ческого расчета селерегулирующего сооружения.

Границу между зонами свободного и подпорного течения устанавливают, определяя длину зоны подпорного течения по формуле: / Ж

<* "" ~Т~ (54)

Тогда длина зоны свободного течения

• 'г, (55)

Ы, - глубина воды в селехранилищэ перед плотиной;

л -/к;

г - средний уклон дна чплш.

В зоне свободного течения определяют изменения ширины, глубины и мутности потока по длине; ширину потока по выражению

г А /еЛ ^ (56)

где: Д. - ширина русла во входном створе селехранилища; < = 8...10° - угол расширения потока в плане; /л - расстояшм от входного створа до рассматриваемого.

Глубину воды вычисляют по формуле (53), а мутность потока -

по формуле (33).

В подпорной зоне изменения мутности по длине Ь учетом морфо-метрии чалы, скорости подъема уровня воды и фракционного состава наносов), определяют по формулам (40)...(42).

Степень осветления воды в чаше селехрашлища после наполнения определяется по формуле (43). Далее по формулам (44), (45) и (46) устанавливаются средняя интенсивность отлоаений, средняя величина отлокешй за время селевого паводка и общий слой отло-кеклй за один сель.

■ Уклон дна солехранилкща после прохождения соля опрздзляются по формуле

¿Л- -- А

в

(57)

где: ■■ уклон дна селехрашшгща до прохождения сам. Объем отлогений за период одного селя по формуле

здесь 51 ~ площадь чаши селехрашлища.

Среднегодовой объем отложений в селехраиилищэ устанавливается по данным натурных исследований. В Средней Азии среднегодовой объем отлояений в эксплуатируемых селехракглищах равняется 3... 5 % от максимального объема селя.

Ногодика поясняется примзрамг расчета занвеения-заклвная сз-лехранилшц предгорной зоны п даыгся рекомендации по сохранению со регулирующей емкости.

Рекомендации по пнбооу типа водовыпускных соооутатай из со-

Водовыпускные сооружения предназначены для полного автоматического опсро"нис:я содосрагшлигд в зздашшй '^-ж и подраздаля-

ются на открытые (щелевые) и закрытые (трубчатые). Трубчатые устраивают с башенным входным оголовком или без него.

Исследования показали, что открытый водовыпуск более экономичен и прост в строительстве и эффективно работает при напоре до 4...6 м. При таких же напорах хорошо зарекомендовали себя и трубчатые водовнпуски без башен. Для селехранилшц с напором выше П -« наиболее эффективны башенные трубчатые водовнпуски. При напоре до 8 м рекомендуется устраивать трубчатые водовнпуски с но-затошшемой башней, а если папор более 8 м, то с затопляемой. Вода в шахту поступает из отверстий, устроенных на разных уровнях стенки башни,

В данной главе дается также Руководство до эксплуатации се-де;;т>алилкщ для предгорной зоны.

Руководство содернсит общие положения: основные задачи эксплуатации селехранилшц; основные виды селезадерживающих сооружений; правила эксплуатации плотин, чаши селехрапилища, водовыпус-ка и отводящего канала; рекомендации по наблюдению и надзору за состояшмм сооружений; определены организации и штат службы эксплуатации, права и обязанности эксплуатационного штата, техника безопасности и противопожарные правила, наличио служебного оборудования и эксплуатационных журналов.

В приложениях диссертации приведет документы об экономической эффективности и о внедренных научно-исследовательских работ автора.

В и В О Д Ы

В ходе проведенных натурных, лабораторных и теоретических исследований в области совершенствования расчета и эксплуатации противоселевых сооружений получены следующие результаты:

1. Обобщен опыт эксплуатации противоселевых сооружений, который позволил оценить противоселевую эффективность и достаточность параметров существующих сооружений, составить руководство по эксплуатации селехранилищ и выявить основные характеристики селевых потоков предгорий Средней Азии.

2. Созданы основы гидравлического расчета селеносиых рек, т.е. получены расчетные зависимости для ширины русла, средней глубины потока, гидравлического сопротивления русла, транспортирующей способности потока, распределения мутности по глубине и длине потока. Эти зависимости разработаны с учетом мутности до 450 кг/м3 потока. Кроме того, при определении ширины и средней глубины учитывается и крепость грунта (породы) на деформацию русла. При сопоставлении расчетных значений этих величин с натурными и лабораторными данными получены удовлетворительные результаты. Отклонение составило 15...20 %.

3. Разработанные рекомендации по гидравлическому расчету противоселевых сооружений позволяют при проектировании их определять ширину между продольными дамбами, высоту дамбы, прочность укрепляемого откоса, глубину заложения креплений, степени сужения русла.

4. Елагодаря разработанному методу расчета занесения-заиления селехранилищ, стало возможным при проектировании селехранилищ расчитать формирование селевых отложений в регулирующей емкости, среднегодовой объем отложений, срок службы сооружений, отметку порога водовыпуска и определить мероприятия по сохранению и регулирующей емкости селехранилищ.

5. Составлены следующие нормативные документы: "Рекомендации по ксмпоновко противоселевых сооружений и проектированию селехранилищ", л которых предлагается выбор типа противоселевых сооружений; приведены схемы регулирования саленосных водотоков,

гидравлические расчеты сооружения; даются рекомендации по проектированию насыпных земляных плотин и водовыпусков селехранилищ. Рекомендации рассмотрены Техгтческим советом Минводхоза УзССР и рекомендованы для использования (протокол 15 от 13.03.1979).

"Методические указания по расчету селеносных русел рек и формированию наносных отложений в селехраншшщах". В них предлагается расчет параметров селепропускного сооружения - ширины,, сродней и максимальной глубины, средней и максимальной скорости и транспортирующей способности потока, а также расчет формирования наносных отложений в селехранилищах в предгорных зонах Средней Азии. "Ук;>~ангя" рассмотрены и одобрены тох.советом Управления экспертизы Минводхоза УзССР (протокол № 242 от 17 мая 1982 г.);

"Руководство по эксплуатации селехранилищ (для предгорной зоны)", которое содержат общие указания и основные положения по эксплуатации селехранилищ и предназначено в качестве руководства для организаций, осуществляющих проектировать и эксплуатацию селехранилищ. Руководство включено в проект нормативного документа "Правила эксплуатации противоселевых сооружений. Основные положения". РД-33-3.2.05.88.

6. Разработанные рекомендации использованы при проектирование и эксплуатации противоселевых сооружений следующими институтами: "Тздкикгшгроводхоз", "Фергаиагипроводхоз", "Гипротрубопро-вод", "Средэзгшгроводхлоиок", "Киргизгипроводхоз", "Узгипровод-хоэ", "Казглавселезащита". Шманганское ОПУВХ и др,

7. Внедрение разработанных рекомендаций позволило существенно улучшить эксплуатацию противоселевых сооружений, решать вопроси по проектированию сооружений на качественно новом научном уровне и получить суммарный экономический эффект около одного миллиона рублей, в том числе:

от повышения надежности и услсеий эксплуатации 7 селехрани-лищ в Наманганской области - 240 тис.руб., противоселевой сиь-теш j6 i в Андижанской области - 70 тыс .руб.;

от упрощения технологии и удешевления строительства солзхра-нилищ в Дальверзинской степи Лешшабадской области -153 тыс.руб.;

от использования рекомендаций проектными институтами "Тад-гщкгшгроводхоз", "Ферганагипроводхоз", "Узгипроводхоз", Пптро-груболровод", CAO Гидрорыбпроект и Казселезащита - более 500 тно.руб.

8. Проведенные работы показызают необходимость дальнейшего расширения и углубления исследований, направленных на прогнозирование и моделирование селевых потоков, разработке новых конструкции противоселеЕых сооружений для достижения максимального техш'ко-экономаческого эффекта противоселевых мероприятий.

Список работ автора, опубликовашшх по те»лэ диссертации

1. Мероприятия по защите г.Андижана от паводковых вод // Эрозионные я селевые процессы и борьба с ниш. - M., 1974 - Вып.З.

- С.108-115. (Соавт.: А.М.Мухачедов, В.П.Сеславина, СЛ.Туляга-ноз).

2. Исследование селевых потоков и противоселевых сооружений в Ферганской долине // Водохозяйственные исследования САШМРИ по Ферганской долине. - Ташкент, 1974 - С.21-27. (Соазт.: А.М.Муха-медов, С.Х.Туляганов).

3. Противоселевые мероприятия в Ферганской долине // Тезисы 11У селевой конференции. - Тбилиси, 1974 г. - С.110. (Соавт.: А.М.Мухамедов).

4. Заиление селехранилищ предгорной части Ферганской долины // Сб.научн.трудов / СредазНИИ ирригации. - 1976 - Вып.151. -С.12-16. (Соавт.: С.Х.Тулягалов).

5. Регулирование селевых водотоков в Ферганской долине // Гидротехника и мелиорация. - 1977. - № 14. С.40-44. (Соавт.: А.М.Мухамодов).

6. Рекомендации по проектированию противоселевых сооружений. - Ташкент: САНИИРИ, 1977. 60 с.

7. Некоторые гидроморфологические зависимости рек Средней Азии // Доклады ВАСХ1Ш. - 1978 Л 3. - С.39-41 (Соавт.: А.М.Мухамедов).

8. Характеристика отложений наносов в руслах селеносных водотоков // Сб.научн.трудов / СредазНИИ ирригации. - 1978. Вып. 157. - С.35-40. (Соавт.: Т.Жураев).

9. Гидроморфометрические зависимости селеносных (временных) водотоков Узбекистана // Тезисы докладов ХУ Всесоюзной научно-технической конференции по противоселеЕым мероприятиям. ~ М., 1978. - Вып.2. - С.74-78. (Соавт.: А.М.Мухамедов).

10. Регулирование селей и конструкции противоселевых сооружений в Узбекистане // Тезисы ХУ селевой конференции. - М.: 1978. - Вып.З - С.17-25. (Соавт.: А.М.Мухамедов, С.А.Джелилов).

11. Опыт работы оелехранилищ в Ферганской долине // Тезисы ХУ селевой конференции. - М., 1978. - Вып.З - С.Ш-ИЗ. (Соавт.: А.М.Мухамодов).

12. Гидроморфометрические зависимости временных водотоков Узбекистана // Эрозионные и селевые процессы и борьба с ними. -М., 1973 - Вып.6. - С.95-100. (Соавт. А.М.Мухамедов).

13. Рекомендации по проектированию селехранилищ и нагорных каналов. - Ташкент: САНИИРИ, 1979. 45 с.

14. ] •л'удирегание селей и конструкций противосолевнх сооруке-

¡шй в Узбекистане // Проблемы ггротивоеелевых мероприятий. - Алма-Ата, "Казахстан", Т979 - Bini.I. C.II9-I27. (Соавт.: А.М.Му-хакедов).

15. Исследование водсвыпусков из селехранилкщ // Там та. -Алма-Ата, Вып.2 - 1961 - 0.80-85.

16. Мутность потока временных водотоков // Доклады ВЛСХКШ.

- 1981, Ü I. - С.36-38. (Соавт.: А.М.Цухамедов).

17. Транспортирующая способность селевых потоков // Тезисы ХУ1 селевой конференции. - Пальчик, 1981 - С.203-20-1,

18. Закономерности изменения твердого стока по едино соло-хранилища // Тезисы ХУТ селевой конференщш. Нальчик, Т98Т -С.205-206. (Соавт.: С.Х.Туляганов).

19. Исследование влияния концентрации потока на гидравлическую крупность наносов // Тезисы республиканской конференции "Внедрение НИР в водпое хозяйство". Ташкент —1981. - C.I69. -170. (соавт.: У.Максудов, Л.М.Беншейх).

20. 0 распределении скоростей селевого потока по вер'.лкддя // Там нее. - 1981. - C.I6I-I63, (Соавт.: У.Максудов, Л.М.Бен-шейх) .

21. Распределение скорости селевого потока по вер гик.иш // Сб.науч.тр. / ТИИИМСХ. - 1981. Вып.123. - С.42-47. (Соавт.: У.Максудов, Л.М.Бечшейх).

22. Методические указания по расчету селеносных русл рек и формирование наносных отлояений оелехрашшпа. - Ташка н>: САНПИРИ, 1982. 30 с.

23. Гидравлические сопротивления при движении селевых потоков -// Сб.науч.тр. / СредазНИИ ирригации. - 1983. - Внп.ТбЙ. -с.88-92. (Соавт.: У.Максудов).

24. Tra/ispjrting yuaftL/ fiLtdffon'1 / Труды XX Конгресса МАГИ.

- 1983. - Т.УП. С.322-325. 4-9 сентября 1983.

25. Распределение мутности в селевом потоке по вертикали // Проблемы противоселевых мероприятий. - Алма-Ата, 1984 - Внп.З. СЛ 52-157.

26. Формирование наносных отложений в селехранилищах // Там ке. ? Алма-Ата, 1984. - Вып.З. С.56-59. (Соавт.: С.Х.Тулягавое, Л.М.Беншейх).

37. Расчет формирования селевых отложений в селехранилищах // Развитие исследований в области русловой гидротехники в Средней Азии. - Ташкент, 1984 - С.39-45.

28. Распределение мутности в селевом потоке по длине селе-хранилшна // СредазШИ ирригации. - 1985. - Вып.174. - С.93-98.

29. Методика борьбы с селевыми потоками. Ташкент, Госагоо-пром УзССР, 1988 - с.22.

30. Методические указания по защите земель от эрозии. Ташкент, Гоеагропрем УзССР, 1988 - с.58.

31. Правила эксплуатации противоселевых сооружений. Основные положегогя" РД 33.3.2.0,5-88 (в соавторстве).

32. Запита сельскохозяйственных угодий от селевых потоков. Ташкент, "Мохнат", 1988, с.64.