автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Гидродинамическое обоснование конструкции водозаборног сооружения формирующеготипа для открытых водостоков Гвинеи

РГ6 . од

2 j AS23JÇTCTD7K) CEQCSDIÜ УШ^СТДА PCOCI^ÏOrJCiî ШЖЬСШ ШГСЖ'ХРАаиХ^ ЕСПИУТ

l'a правах р'-кппис:

TOJIbliC МРУ.

iWPMüimEj'XE QBComwm .чднлягкдаи boj о сцлъо г i joro оооршлг'л яжштя) гилл дгш otkfjjhx всдоюкоз rasaaa

Скьцг&'льлосгк: ùi5.23.IG - Хптрятсака и кппсг^оущап riyrpow-ra 05.23.07 -• Tnirpo-,огштсчосясе д .уигоо.сггтюз ■ сгро:1-гс'ЛГ:пто

/.ьторс^герз'г

Д1г0сс;г1'г>.л!г1; ¡к: учоксЛ

cíoncnu -íortmfíoc.v.-rr. .T¡y;<

Москва ïi)£3 í\

Работа выполнена в Ь'.осковскоц гидромелиоративном институте .

Еаучнис руководателя: член-корреспондент Российской академии

с/х наук, доктор технических нарт, . профессор В.С.Алгунин, - кандидат технических паук, доцант Э.С.реглярова,

С^иииалънне оппоненты: - чпен-корреспондент Российской ака-'

домия с/х наук, профессор П.И.Дружинин; - кандидат технических наук, доцент В.Л.Роговой,

«■ сгО

Зашита состоится в на засе-

дании специализированного совета К 120.16.01 .цо зашто диссертации на соискание ученой. степени кандидата технических наук в Московском гидромелиоративном институте по адресу: 12?55С, Москва, ул.Пряндацникова, д.19.

С диссертацией иомло ознакомиться в научной библиотеке Косксвского гидромелиоративного института.

Автореферат разослан " (Дюк^_Т993 г>

УчеанЗ секретарь глестализя-poвaiшoгo созота, кандидат

технических наук, доцент С.Е.КУЗЬМИН

/

- I -

.1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЗЫ

Актуальность работы..Учитывая особенности Гвинейской Республики, методы борьбы с засухами в традиционном исполнении, т.е. строительство водохранилищ сезонного регулирования стока, имеют следуйте недостатки: ввиду малой плотности населения и ограниченности численности поселений строительство крупных водохранилищ экономически кеоправдано; основная .масса населенных пунктов приурочена к малым водотокам; в условиях продолжительного стояния высоких среднесуточных температур (до + 32,3°) происходит прогревание малых водохранилищ по всей толще и появление в них в большем количество плавающих водорослей и водных органпамов; большая мутность потока в сезон дождей вызывает создание мертвого объема водохранилища, много превышающего полезные емкости.

В связи с этим для нужд водоснабжения приходится использовать воду, в значительной мере заиленную.

В настоящее время имеется достаточное количество способов улучшения качества воды водоисточников, но при этом требуется строительство сложных и дорогостоящих в эксплуатации комплексов водоснабжения, использование которых не под силу для сельских обшин Гвинеи.

В этих условиях станрвятся привлекательными чисто гидротехнические методы борьбы с биологическим и механическим загрязнением воды в малых водохранилищах путем создания в теле плотины (па отметках в пределах верхних слоев мертвого обкома) фильтрующей прослойки. Размеры сечения и скорость фильтраций назначаются такими, чтобы обеспечить суточные потребности в литьевом водоснабжении населения, очистку и естественную дезинфекцию воды при прохождении через фильтрующий материал.

Использование этого технического решения для совершенствования конструкции водозабора применительно к вышеизложенным условиям и исследование гидравлических явлений в фильтру- ' юших элементах сооружений является актуальной проблемен. ,

Поль работы. Разработать на основе экспериментальных ис- , следований на' крупномасштабной модели оптимальную конструкция | фильтрующей плотины для целей водоснабжения с учетом конкретных экологических и производственных аспектов ее предстояще:!

эксплуатации и особенностей водотоков Гвинеи.

Под оптимальной понимается конструкция, обеспечивающая постоянство расхода фильтрации во всем диапазоне колебания уровней верхнего бъефа и защиту от кольматации 'фильтрующего . слоя плотины.

; Для разработки такой конструкции необходимо выполнить гидравлические исследования, обосновывающие влияние гранулометрического состава грунта на его фильтрационную способность. .

Научная новизна. Основными элементами новизны проведенного исследования, выносимыми на публичную защиту, являются:

- компоновочное решение водозаборного сооружения фильтрующего типа для целей водоснабжения;

- результаты экспериментального изучения закономерностей .фильтрационных процессов в тело плотины-при величине сработки водохранилища до 15,..20 м;

- результаты качественной оценки влияния степени загрязнения потока на пропускную способность фильтрующего водо-

' забора;

- методика расчета основных параметров и размеров конструкции фильтрующего водозаборного сооружения.

ДРАТ1ТЖЗ.ценность заключается в том. что результаты экспериментальных испытании моделей, выполненные конструктивные разработки и расчеты позволяют обосновать возможность использования фильтрующей плотины для водоснабжения с учетом гидрологического режима рек в условиях Гвинейской Республики. Полученные материалы предполагается внедрить в практику проектирования комплексных гидроузлов страны.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на научно-технической конференции Московского гидромелиоративного института (ШЖ). в апреле 1992 г., на заседаниях кафедр Гидравлики и Комплексного использования водных ресурсов. По теме диссертации опубликована одна статья.

Обърм работц. Диссертационная работа состоит из введения. пяти глав, выводов, списка литературы, насчитывающего 136 наименований, из них 17 иностранных, и 2 приложений. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содер-еит42 рисунков, 10 фотографий и 23 таблицы.

СОДЕЕШШЗ РАБОТЫ

В первой главе выполнен кратки; обзор изученности вопросов климатологии Гвинеи. Отмечается, что в стране преобладает климат экваториальио-муссонного типа с четким выделением двух сезонов: дождливого и менее жаркого, продолкакше-гося на юге страны до 7 месяцев, а на севере - до 5 месяцев, и сухого - более жаркого. Бее осадки выпадают во время влая-ного сезона доздей.

Совокупность климатических особенностей способствовал^ формированию'в Гвинеи богатой гидрографической сети. Все роки питаются за счет дождевых осадков, форглируюшх достаточно большие объемы жидкого и твердого стока. Большая часть рек относится к горним и горно-предгернш.

В этой ко главе даотся критический анализ работ, посвященных разработке конкретных конструкций водозаборных гзщро-узлов па горних роках для'водоснабжения. Анализ состояния существующих водозаборных сооружении свидетельствует, что к основной проблеме относится борьба с nanocar.ni в водозаборе без учета сохранения ихтиофауны водоемов.

Использовапио дамб из фильтрующих материалов обеспечивает устранение недостатков, свойственных традиционным сооружениям, при этом не нарушается естественный ротам реки, осуществляются рыбозащитные Функции. практически не поступают наноси, реализуется и первичная очистка води, снижается стоимость^гидроузла, что ваяно для развивающееся страны, где потенциал экономики имеет относительно невысокий уровень.

Особое внимание уделено проблеме использования Фильтрующих насыпей в речных гидроузлах. Проведен анализ состояния и перспектив развития гидроузлов, в составе которых используется фильтрукудие насыпи, отличающиеся чрезвычайно болызш функциональным и конструктивны!,! многообразием.

Отмечается вклад таких ученых как X.Дарен. Дюпш, Ф.й'орхгеймера, Л.Козепл, Р.Коллинза, Г.И.БаропйяпГ;нта, С.В.Избаша,М.Ф. Скрибпого, Н.ГТ.Пузнревского, М.Л.Великанова, П.И.Гордионко, Д.М.ГЛинца и других в создании теоретических основ расчета подобных сооружений и их проектировании.

В заключительной части первой главы сформулированы основные направления исследований' к постановка задачи. Показа-

ны перспективы использования фкльтруших- насыпей при строительстве гидроузлов для водоснабжения сельских населенных пунктов.

Вторая содержит водохозяйственные расчеты для

определения расходов, которые приходятся на долю коммунального водоснабжения сельскохозяйственного производства, исходя из численности населения Гвинейских'сел в 2000 человек.

Особое внимание е этой главе уделялось возможным конструктивны:.! вариантам гидроузлов, и в частности, водозаборного сооружения которое показано на рис.- 1а.

Ниже приводится описание одного из разработанных с участием автора водозабора коммунального водоснабжения с фильтрующим элементом из мелкозернистого грунта, разметаемого на кой.ме па материковом грунте,

.Водозабор размешается под плотиной I, выполненной, например, из местных материалов с водонепроницаемым ядром (или экраном).

Водозабор состоит из водопроводам го тракта 3, в начале которого установлено головное сооружение 4, а в конце - водоприемная камера 5 чистой воды.

Водопроводяшгй тракт 3 заполнен мелкозернистым песком 6.

Головное сооружение 4 включает следуйте устройства и элементы: пахту 7, простираюглугася от основания водопроводя-иого тракта 3 до гребня плотины I, в шишей части передней стенки 8 которой выполнена лрорезь, соооная с поперечным сечением водопроводяшего тракта 3. Шахта 7 служит для заполнения водопроводкшего тракта 3 песком 6.

Боковые стенки шахты 4 продлены и выдвинуты в верхний бьеф, образуя камеру, аналогичную водоприемным каттерам водозаборных сооружений. В них выполнены несколько пазов. Первая пара пазов 10, непосредственно примыкающая к отверстию 9, служит'для установки кассеты II с крупным заполнителем, предотвращающим утечку в верхний бьеф мелкозернистого леска 6 из-водопроводяшего тракта 3.

Перед пазами 10 со стороны верхнего бьесЬа установлены пазы 12 рабочего затвора 13. служащего для регулирования рабочего расхода промывки водопроводяшего тракта 3 в. период смени мелкозернистого песка.

В начале шахты 7 установлены пазы 14, в которых попеременно могут устанавливаться кассеты 15 фильтров 16 из нетканых материалов или шандорные заграждения (нз показаны на чертеже).

Приемная камера 5 чистой воды снабкена следушхми устройствами: в створе сопряжения камеры 5 с выходным сечением водопроводящего тракта 3 размещены пазы I? для установки кассеты 18 -с крупным заполнителем, аналогичной кассете II. Ее назначение - предупредить винос фильтрационном потоком песка из водопроводящего тракта. Камера 5 снабжена двумя водоводами с соответоткумашп запорными устройствами: водоводом 19 коммунального водоснабжения и водоводом 20, выполненным в виде водосброса, обеспечивающего сброс в ш-гапй бьеф песка при его смене в водопроводящем тракто 3. Для удобства обслуживания приемная камора 5 модет быть слаблена крышкой шш слукобнач мостиком 21 и стационарным подъемным механизмом (не показаны па рисунке).

Шахта 7 соединена с гребнем плотины I служебным мостам 22. который обеспечивает доступ транспорта с пескам к шахте 7 при его замене в водопроводящем тракте"3. Шахта 7. монет быть снабжена стационарным подъемником 23 для установки и извлечения рабочего 13 и ремонтного затворов, а такяе кассет II и 15 с крупным заполнителем и фильтрами из нетканых материалов.

Описанная конструкция коммунального водозабора блмьтру-шего тша решает поставленные вопросы и технологически сравнительно простая, но основными недостатка.';!!? ее является следующие:

1. Резкое уменьшение расхода воды при снижении уровня верхнего бье^а, так как пьезометрически!! уклон фильтрационного потока при отом снижается до куля.

2. При заполнении песком водопроводящего тракта 3 по описанной схсмо возможно образование пазух в его концевой части, что ухудаает качество очистки воды.

На рис. 16 представлен вариант водозабора фильтрующего типа, лишошшй этих недостатков. Для этого водопроводлшиН тракт 3 выполняется с уклоном в сторону нижнего бьефа с величиной 0,05...0,1. В этом случае величина этого уклона-оп-.

ределяет минимальный пьезометрический уклон фильтрующего потока, который формирует расход воды при отметках в районе уровня мертвого объема водохранилища.

:> Одновременно с этим резко снинается разница между максимальным'и минимальным пьезометрическими уклонами фаяьтра-цконного потока коммунального расхода, повышая точность его регулирования. Кроме того, улучшается процесс заполнения песком водопроЕОдяиего тракта.

В зависимости от топографических и геологических условий строительства, гидроузла водозабор с наклонным водопрово-дя1'дИ?.1 трактом монет быть раа-лешен как па берегу, так и в те-ле'.плотины.

В качестве' объекта для лабораторных исследований был выбран второй вариант конструкции, в котором реализованы вышеперечисленные оптимальные решения.

3 третье" главе, рассматриваются вопросы, которые при существующей степени изученности двшения жидкости в пористой среде, является наиболее необходимыми как для непосредственного использования при проектировании, так и для дальнейшего более глубокого исследования процессов фильтрации.

К таким вопросам относятся: характер движения фильтрационного потока сквозь наброску и установление характера распределения давления внутри фильтрующей насыпи при использовании различных зернисшх материалов ;

- определение коэффициента фильтрации через песчано-гравилисткй массив;

- закономерности протекания фильтрационного потока для. . комбинированного варианта водозаборного сооружения: песчано-гравилисгая насыпь с заштно-фильтрушшм материалом;

- определение коэффициента фильтрации комбинированного варианта насипи для водозаборного устройства при использовании водонепроницаемых рулонных зажитно-фильтруюших материалов;

- изучение работы комбинированного водозаборного уст- • ройства по расходу, фильтрующему чороз песчано-граволистый массив из верхнего бьефа в шкший;

качественная оценка технологической очистки забирав- ■ мой воды с помощью фильтрующей плотины' для целей водоснаб- .

нения;

- разработка методики расчета для рекомендуемых водозаборных сооружении.

В тсксто главы обосновывается н ставится задача организации оптимального эксперимента с 'привлечением методов математического планирования; приводится описание экспериментальной установки и моделей, средств измерений и техники эксперимента; излагается методика и условия проведения опытов, даны оценки точности проведенных измерений в соответствии с теорией ошибок.

Дяя проведения опытов была запроектирована моде;п>,фрагмент фильтрующего водозаборного сооружения в масштабе 1:1 по фильтруюшому заполнителю.

Гомогенизация смеси осуществлялась послойной отсыпкой смсси (5-6 фракций однородного состава) в плоскую смесительную емкость с последующим многократны*! перемешиванием. При отсыпке фильтрующего фрагмента на модели выполнялось послойное разравнивание объемов и легкое уплотнение для разрушения возможных сводов.

Дня исключения контурно!! фильтрации нижний ело:! укладывался на цементный раствор но дну лотка, фрагмент размещался между двумя вертикальными стопками и сверху такще покрывался цементным раствором, на который укладывалась пригрузка до -схватывания цемента.

Входные я выходные сечения фрагмента, примыкающие к подводящему и отводящему лоткам, были образованы вертикальными кассетами из двух металлических мелкоячеистых соток, мещду которыми насыпался однородный материал крупностью 3...5 лил общей толщиной 1,5 см.

Кассеты но' оказали влияния на пористость прилегающей к ним насыпи. Расстояние между кассетами определяло собою'длину фрагмента и, следовательно, длину пути фильтрации мороз наброску.

Пород входным откосом фрагмента пасши предусматривались пазы дяя установки фильтров из потканных материалов.

Внходноо сечение сЗыло поотошшо заподиеппгд путем устройства стенки на рмсс/с^ып: 15 е.: от каеелтк ■ • ■■■

•ч ■•Г-Г'Т - - «V - . Н ЛИ- • -

Отметка гребня треугольного водослиза располагалась на 1,5 ал вике келнгн ¿ильтрукпего фрагмента.

Условия проведения и доходные гидравлические параметры опытов обеспечивали диапазон чисел Рекнольдса 0.29...2,13, определенные по зависимости Е.Липдквиста, единственно определяющего критерия подобия движения жидкости в пористой среде. 1 j

В 'соответствии с задачами исследований, после стабилизации ренима, измерялись: расходы вода, просачивающиеся через насыпь, глубина воды перед насыпью и за ней, уровни воды внутри насыпи, температура и качество воды. Измерение этих параметров осуществлялось традиционными при гидравлических исследованиях приборами. Измерение отметок свободной поверх- ■ ности воды осуществлялось с помощью шпитценмасштабов. Характер - иаменения гидродинамического давления в'пределах пасши определялся по пьезометрам, выполненным в виде трубок ci=Qm, иг,1ек::их перфорацию па трех уровнях по высоте насыпи. Приемное отверстие пьезометра на боковой поверхности CL-- 0.5мм закрывалось мешковиной.

Основные параметры изменялись в следующих диапазонах: расхода от 47 до 174 л/с, глубины в верхнем бьефе от 36,5 до 56 см, перепады уровней ыекду верхним и шкашл бьефами от 2 до 22 см, гидравлические уклони от0,05'до 0,5.

.Температура определялась термометром с ценой делопия

од°с.

Оценка точности проводимых исследований показала, что предельные относительные ошибки составляли: при измерении расходов - 4,5$, при измерении глубины - 0,1%, при измерении давлений - 0,36$. * •

В процессе исследований было выполнено 190 опытов.

. В главе четвертой приведены результаты проведенных экспериментов и рассматриваются некоторые вопросы механизма ламинарного течения напорных фильтрующих потоков.

Нами рассматривалась работа йяльтрув.'цих насыпей, как водолроводяших сооружений, не из каменной наброски, а имеющих в своем составе мелкозернистый материал с зернами разной крупности. Коэффициенты неоднородности грунтов для моделей, определенные по кривым гранулометрического"состава были соот- -ветстзенно равны: для первой модели <^е0/Ьу0 = 13,3;

для второ- Ы60/с/ю = Ю,БЗ; для третьей - d60Jdyo= 12,0.

Было произведено две серии опытов: первая серия с чистой водой - с целью установления влияния на пропуск воды коэффициента пористости и зторая серия - с водой, содертакей механические взвешенные частицы и водную растительность - с целью выяснения засорясмости насши.

Исследования первой сорил били .разбиты на два этапа. На первом этапе изучались фильтрационные процессы для трех моделей бкз использования водопроницаемых рулонных зашдтно-фильтруюишх материалов.

Для оценки эффективности работы насыпи и анализа полученных результатов были построены сошепенныо графики.

На рис. 2,3,4 приведены распределения пьезометрического давления h по длине .потока £ в зависимости от глубины в верхнем бьефе Hg , диаметр в мм частиц и расхода Фильтрации Qcp : f¿ JHg -¿(ас/в), здесь ■х: горизонтальное расстояние рассматриваемого сечения от начала координат. Как видно из рисунка, точки хорошо ложатся на прямые, которые имеют одинаковую ориентацию в поле графика.

Можно заметить, что пьезометрический уклон уменьшается с увеличением пористости к расхода фильтрации Qcp . Как показали исследования, гидростатические напорн в основном не зависят от изменения длины насыпи. Результаты статистической обработки опытных дапннх с помощью ЭШ EB.M-FC методом наименьших квадратов позволили получить эмпирическую зависимость для расчета величины пьезометрического напора вдоль насини. Обобщенная формула для определения имеет слодушае вы-

ражение :

hjríg - у ■ dso + s?s.Q<p)¿c/е , (i)

где Ло =0.0029222879; j-f,= 0.17829290;

Лs = -0.00G624I79.

Для сравнительной оценки эффективности работы различных насыпей из мслкопористих материалов как водопроводяшх сооружений под влиянием дейстпугощого напора были лострооны графики1 зависимости перепада .мстщу уровнями верхнего л шгалого бьефов SÜ от величины фильтрационного расхода Qq=> сквозь тело насыпи (рис.5) для частиц различной крупности: Сопостаз-

ленив графиков SC "¡¿(G^) показывает, что .величина фильтрационного раскола Qcp увеличивается с увеличением перепадав Такил образом графики лают возмо?лость провести предварительную оценку гидравлического эффекта сооружения.

На рис. 6а,6 представлены графики характеризующие связь i.îOïyîy, пьезометрическим уклоном и скоростью фильтрации в мелкопористих .материалах. Скорости фильтрации && определялись отношением Qqo/iJ , где А) - площадь поперечного се-• чекия грунтового потока с включением к площади, занятой зернами грунта.

По графикам, с достаточной степенью точности, мокло установить. что зависимость мозду скоростью фильтрации и пье-зометр;гческкл уклоне« тсот кехнпейлш: характер. Рекомендованная Кребером формула для скорости фильтрации в крупнозернистых грунтах, более точно отвечает опнтнш данным, т.е.

расхождение составляет 2.0...2,0%.

& (2)

где m - : У ~ гидравлический уклон. - средний

диаметр зерен.

Результате опытов указывают на то, что при разных фиксированных значениях Qcp- 47... 174 см3/с в тела насипи существует ламинарный ренш течения фильтрации, так как значение • критических величин чисол Рсйнольдса иопьие 4,0.

Па основе зиспераменталышх исследований нами были од- • редолеиы значения коэффициентов фильтрации, которш составляли: для далби с с1э - 0,за,и - к<р~ 0,34 .ш/с, для дамби с с1э - 1,44 ет - кф= 0,84 см/с к для дамбы с G?? 2,0 ш = 1.64 см/с.

Для расчетов коэффициента фильтрации для дамб из рассматриваемых фл-игьтрзтоиш: грунтов можно воспользоваться формулой Хазела:

kep = Л-с (ау + et? ; (3)

lia рис. 7 представлен график зависимости коэффициента фильтрации от чисел Рсйнольдса à<p =■ ¡1 (£е).

lia втором этапе опнти проводились для оценки эффективности работы ряда еолокнистых фильтрую'лих материалов на контакте с тремя типами грунтов.

Нспытывалпсь ряд петкашшх волокнистых материалов изготовленных по иглопробивной технологии скрепления такие как: "Свтекс-2", "Нитрон Сизп". "Фислон", "фильтр ЕШШГл.'". Изучению подлетали: фильтрационные свойства волокнистых материалов при совместно:! работе с фильтрушэй насыпью при фронтальном патскапия воды на плоскость ткани; и определение скорости

Фильтрации в системе "фильтр-грунт" ,(рис.Об). * í i

Результаты проведенных испытаний позволили установить,

что:

- всо виды исследованных синтетических волокнистых материалов можно считать пригодными для фильтров предварительной механической очистки, так как обладают большой пористостью:

- подбор волокнистого Зй! должен выполняться применительно к материалам фильтрующей насыпи, таким образом, чтобы коэффициент фильтрации был больше. чем у фильтру шоИ насыпи, если не осуществлять регулирование расхода:

- при принятой расчотиой схемо, как показывают-опыты для зернистых несвязных пористых срод, установка исследуемых фильтров из 3'1'М перед насыпью не сказалось сколько-нибудь значительно на величинах гидродинамических характеристик фильтрационного потока рис.5. =/(&<?>) поэтому для сшгхс-лия напора следует применять мснео пронпцаошо фильтры:

- пропускная способность системы снимется в 1,2 раза при установке двухслойного фильтра из "Нитрона" к "Свтокс-2" на контакте с насыпью при c/¿~o= ^,5 мм и c/so= 2,5 мм.

В соответствии с задачами исследований для достижения практически достаточной близости натурного потока к модельному несколько серий качественных экспериментов было проводе- ■ но при пропуске через сооружение водной растительности и взвешенных наносов.

Из большого разнообразия водных растопил п дайной работе использовалось лишь то. которое является постоянным и массовым представителем флоры пресных водоемов - злодея канадская, род многолетних трав семейства водокрасовых. Опиты проводились для водозаборного сооружения, в котором очистной элемент шлолнон в видо дамбы из фильтрующего материала с с*^ = 1,5 мм.

В диссертации приводоны результаты по отбору проб в верхнем и ншшем бьефах для определения концентрации водной

растительности и по определению сухой биомассы злодеи по известной методике. Проведенные нами эксперименты показали,что разработанная конструкция реализует первичную очистку воды в соотношении 3:1. При этом переносимая потоком элодея не засорила фильтрующую часть дамбы.

Одной из серьезных проблем при эксплуатации водозаборов в виде фильтрующих дамб является возможная их кольматацкя наносами.

Крупность наносов не моделировалась и использовался лю- . бероцкий песок о1 = 0.125 мм.

'Оценка эффективности работы водозаборного узла осуществлялась до мутности потока с использованием фотоколоримотра КЖ-2, пр01салибровадного по набору стандартных суспензии из каолшш. В диссертации результаты опытов приведены в табличной Форме.

Проведенное рассмотрение позволило установить-, что:

- в тех случаях, когда со стороны верхнего бьофа но ус-танааъчвались фильтры из нетканных материалов, часть песчаных поносов отлагалась внутри насыпи, л часть проносилась фильтрационным потоком и отлагалась за дамбой;

■ - процесс очистки Фильтрационного потока, содержащей взвешенные вещества при установки ЗйЗ состоял из двух стаций: частичной кольматации фильтра и образования па нем осадка;

- степень кольматации испытанных нетканных фильтров составляла 5... 105?;

- из- всех испытанных образцов ЗФМ при совместной работе системы "фильтр-грунт" наиболее эффективны: двухслойный

и «

.фильтр ВШЫГиМ и полотно иглопробивное зашитно-изолируюдое- • ■ "Фкслон".

Проведенные опыты показали, что данное конструктивное ■ решение обеспечивает во-первых, грубую тохничоскую очистку забираемой вода на фильтрующих экранах, и во-вторых, тонкую механическую очистку забираемо!: воды зернистым материалом, кассет.

Базируясь на коротком ряде наблюдей, можно заключить, что степень очистки составляет практически порядка 65/2.

При - 0.65 по данным экспериментов, можно предложить следующую зависимость изменения степени очистки по длине- фильтрующего песчаного слоя ъ следующей форме:

к =/Го . (4)

Иа рис. 8 приведен график А*/А о доя оценки длины

участка фильтрующего слоя и при A"/^ = 1,0 обеспечивается требуемое качество прошедшей через фильтр воды.

Окончательную оценку эффективности работы различных типов 3'iv.l на коптакто с йчшьтрушимп дамбами модно осуществить после внедрения подобных сооружений, используя такой критерий, как значение мутности питьевой вода 1,5 мг/л.

Естественно, что со временем очищающая способность фильтра снижается и участок эффективной работы перемещается но длине фильтра. Таким образом, срок слукбн ("ильтра определяется временем его забивки. Конкретно это время определяется начальной засоренностью потока, объемом фильтрующего материала и его составом. Поэтому коэффициенты в формуле (4) окончательно определятся после практической эксплуатации в натурных условиях.

Пятая тлапа посвящена методике расчета фильтрующих насыпей, работающих как водозаборное сооружение.

Обычно при расчете такого водозабора заданными считаются: сочения фильтрующего сооружения, кинематические характеристики потока, фильтрационный расход (т.о. количество воды,которое необходимо получить из водозабора), параметры-фильтрационного потока и вид движения, глубина воды в водотоке и а пкднем бьефе, поперечное сечение фильтрующего слоя, характеристики фильтрующих материалов тола плотины. В этом случае возникает задача определения эквивалентности диаметра частиц, слагающих фильтрующую часть плотины к подборе ширины плотины, соответствующей заданному лромояутку высачиваппя. Расс-мотрен метод расчета такой задачи. Определяются: диаметр «2V фракций весом «S'y , относительное весовое содержание /V различных фракций с днамтором ¿/< , эквивалентный средний- диамотр , коэффициент пористости в зависимости от ¿/j. , подбирается ЗФМ в зависимости от г>?ср и устанавливается коэффициент ! пористости материка фильтрующей ткани щ урн, вычисляется гидравлический уклон У , определяется скорость фильтрации^ дот комбинированного водозабора и коэффициент фильтрации ' ;, kçp =£((%f>tCïva!3y .вычисляется ширина фильтрующей части дам- 1 бы В по зависимости:

5 = ¿^Zjo fmz^r ;. (5)

где С - длина фмль грушей части плотины; толщина слоя

наброски; Qcp- фильтрационный расход.

В последнем параграфе данной главы рассматривается уравнение баланса энергии фильтрующего потока для определения скорости фильтрации. ..

ría пути входного сечения водозабора до выходного сечения существует некоторая потеря напора, выраженная разностью удельной энергии. Горизонтальная плоскость сравнения назначена по отметке уровня воды в никнем-Оьефе.

В этом случае для оценки потерь напора Н могло воспользоваться зависимостью:

Н -2W i- * + 2б»* (5)

Где S¿rrlK- потери напора в кассете 3<Ш;

с£В* -'потери напора во входной кассете, заполненной галечником;

■ Símp - потери напора на трение по длине фильтрующей насыли;

потеРк напора в выходной кассете, заполненной галечником.

Потери напора в -г'-ом местном сопротивлении мотаю рас-читать по формуле Вейсбаха, а потери на трение по длине по формуле Дарси.

Подставляя эти формулы в исходное уравнение и осуществляя соответствующие преобразования, для рассматриваемой схемы, -окончательно получим зависимость для определения осред-ненной скорости Фильтрации по живому сечению:

выводу

Основные выводы, полученные на основе проведенных экспериментальных исследований, могут быть сформулированы следуй; ним образш:

I. Анализ научно-тохничоских обоснований и проектных решений по■использованию материала тела плотины как естественного фильтра показал целесообразность применения таких сооружений для водоснабжения малонаселенных сельских райо-

нов Хвштэи'.

2. Усовершенствована компоновка л предложена конструкция водозаборного устройства е применением гравийяо-лесчаной смеси в тело плотины для пропуска расчетных расходов вода з целях водоснабжения с учетом гндролоптчесхого регаиа рок Гвинеи.

Составлены рекомендации по комплексу мероприятий для защиты входных частей®отих сооружений от попадания в них водной растительности, фитопланктона п взвешешшх наносов, вклп-чагагаих: использование кассет как зашитно-^мьтруетих г.атс риалов, так и из зернистых материалов; создание водоприемных: окон па отмотке минимального уровня. Предлагаемая конструкция технически легко осуществима, проста при строительство и явлкот-ся экологически чистой, так как одновременно решает функции замитн водопроводных систем от попадания в них рыбы (особенно мальков).

3. Гидравлические исследования Фрашепта сооружения позволили осуществить качественное и коллчостпенпоо изучение особенностей картина фильтрации сквозь напорную лаешь. В нолях подтверждения достоверности получаемых научных результатов была осуществлена оценка точности проводимых нзаорешй и разработана методика проведеиш экспериментов. отвечающая существующим требованиям экспериментальной гидравлики.

4. Опыты с достаточной степенью точности покапывают,что зависимость между скоростью фильтрации к пьозшетричоскш уклоном имеет 'полинешшй характер в диапазоне чисел Рейнольд-са 0,29...2,13 п для функции ■ грунта & 51,5. ..3,5 мм.

При опроделении скорости фильтрации наиболее близкое совпало- • ние с результатами опытов дает формула Кребера. Для расчетов коэффициента фильтрации можно воспользоваться формула"; Хазена.

5. Для нахождения значений потерь напора в пределах пасши с неоднородной крупностью материала грунта получена зависимость (I), позволяющая осуществить расчетное обоснование конструкции.

0. Изучение закономерностей фильтрования в условиях мут-'ного потока через посчачо-гравллистую смесь при установке со стороны верхнего бьефа шклътроз из З'ЭГЛ и без них показало, что эти процессы протекают многоэтапно с преобладанием разлкч-

- IS -

них явлений кольматацпи. Для прогноза степень очистки по длине фильтрушсго песчано-гравелистого слоя, предложена зависимость (4). Получены таблицы и графики (рис.2.6), позволяющие оценить пропускную способность водозаборного сооружения фильтрующего тша. Кроме того, выявлено, что путем установки нескольких, экранов, с последовательным их снятием по мере сработ-ки водохранилища, возможно регулирование®расхода в диапазоне -10.. .15/0.

7. В итоге'проведения комплекса экспериментальных исследований предложена методика расчетов, фяльтрухших водозаборных сооружений на стадии их проектирования. Получены расчетные зависимости (5,7) и графики, позволякшие определить характерные параметры фильтрукглего потока в широком диапазоне гидрав- ' лотеских уклонов ^ = ОД.. .0,5.

Автор считает, что полученные результаты исследований могут лечь в основу при дальнейшем изучении процессов в фильтрующее водозаборах. Дальнейшее исследование в этой области •долкно быть направлено на изучение работы данной конструкции в натурных условиях.

Оснозные положения диссертации опубликованы в следующей работе:

I. Алтунин B.C., Ееглярова Э.С., Гурьев А.П., Только Фара. Усовершенствование конструкции водозаборного сооружения фильтрующего типа на открытых водотоках. -М.: Труды "Гидропроекта" Был. I59.IS93 г. (в печати)."

Рис. I. Варианты водозабора поименной компонован

а) с размещением горизонтального водопроводящего тоахта на берегу;

б) с размещением наклонного водопроводящего тракта на берегу.

установки со стороны верхнего бьефа фильтра кз неткаиного материала.

н н

Qi = 47 см3/с С?». =114 Оъ = 174

ОЛ

0,2

£ I.

Рис.3.

0,3 0,4 0.5 0,6 0,7

о - для паси пи с = 1,5 мы Д - для насыпи с сЬо = 2,5 мм • а - для насыпи с с) 50 = 3,5 мм

Динамика изменения показания пьезометров здоль насыпи

при установке со стороны верхнего бьефа фильтра из

нетканного материала "НИТРОН". ■

Рис.4. Динамика изменения'показания пьезометров ¡вдоль насыпи при установке со стороны верхнего бьефа фильтра из неткашого материала "СВТЕКС-2"

г

ем

24.0 .

насыпь с с! 50 = 1,5 ш

насыпь с ьо = 2,5 01

-___насыпь с с) ьо = з,5 гль

о - ^ез^Остановки фильтра пз

& - с установкой Фильтров из два слоя' "НИТРОНА"

п - с установкой ¿Ез'льтга из

то

{2.0

* - с установкой Фильтров пз S3.it "НИТРОН'" ----------

м

о

т аФ.см^с

Рис. 5.

Графики зависимости перепада кезду уровнями верхнего и нижнего бьефов от величины фильтущего расхода.

V<P -и.

о,

I > с >

/ / , Г < 1 \ о

Ja / « 1 ' О °-опытные значения для насыпи cdso=I,5 tfrt-Д -опытные значения для насыпи cdso =2,5 мм-D -опытные значения для насыпи cd&o=3,5 мм.

У

Уф см/с

Щ5

0.10

0,05

0.10

0.20

0.30 0Л0 0.50 U.ou J

1,2,3 - теоретические графики скоростей по

• ч формула Кребера

а)без установки фильтра из ЗЗМ

----- 3N 7 У / Ls

/ л

7/ I ° -опытные значения 1 для наскпл с 4sa=I,5 мм. л -опытные значения для насыпи с сЫ=2,5 ми. о -опытные значения для насыпи cd50=3,5

O.iO 0,20 0,30 0Л0 0.50 0.60 j б) с установкой фильтра из ЗИЛ: два слоя "

„ НИТРОНА

Рис. 6. Графики взаимосвязи скорости фильтрации и пьезометрического уклона .

Кф,

см/с

ib

а

0,6

ы

□ -G_ П

-в—

А о ---- опытные и теоретические зависимости для насыпс с dso =1,5 Д —.— опытные л теоретические зависимости для насыпи caso =2,5 О опытные и теоретические зависимости дая юсыпи coso =3,5

-ti— ¿X ¿

—G--НЭ-- 0--©—

05

Рис. 7.

1.0

1.5

го

2.5

3.0

Re

Графики зависимости значения коэффициента фильтрации от числа . Рейнольдса t<cp=S(Re). ___

го го

Рио. 42,График зависимости изменения степени очистки по длине фильтрущего песчаного- слоя.