автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Оптимизация условий и режимов работы рыбопропускных сооружений с центральным размещением относительно водосброса и закрепленными рисбермами

ВАНЖА Владимир Владимирович

ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЫБОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ЦЕНТРАЛЬНЫМ РАЗМЕЩЕНИЕМ ОТНОСИТЕЛЬНО ВОДОСБРОСА И ЗАКРЕПЛЕННЫМИ РИСБЕРМАМИ

05.23.07 - Гидротехническое строительство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск 2005

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» (КубГАУ).

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Чистяков Александр Анатольевич

Официальные онпоненты: доктор технических наук, профессор

Иванов Павел Вадимович; кандидат технических наук, доцент Чеботарев Михаил Александрович

Ведущая организация - ОАО "Кубаньводпроект", г. Краснодар

Защита состоится « 7 » октября 2005 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.049.02 в ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» по адресу:

346428, г. Новочеркасск, Ростовская область,

ул. Пушкинская, 111, НГМА, ауд. 339. (код 86352 факс 4-51-64)

С диссертацией можно ознакомит!,ся в библиотеке ФГОУ ВПО НГМА.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «Z1^ 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

Лапшенкова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Интенсивное использование водных ресурсов реки Кубань для различных хозяйственных целей привело к кардинальному изменению условий естественного воспроизводства и в связи с этим к резкому сокращению промысловых запасов ценных проходных и полупроходных рыб. Одним из направлений снижения антропогенного влияния на состояние рыбных запасов является обеспечение пропуска мигрирующих рыб к местам их нереста, что может быть реализовано эффективной работой рыбопропускных сооружений. Между тем, в современных условиях наблюдается снижение эффективности пропуска рыб рыбопропускным сооружением Краснодарского гидроузла. Общая ситуация с пропуском рыб в верховья Кубани и се притоки в перспективе может усложниться с завершением строительства Тиховского гидроузла, расположенного в нижнем течении реки.

Сложившиеся обстоятельства актуализируют проблему обеспечения необходимых условий для повышения рыбопропускной способности существующих и создаваемых рыбопропускных сооружений. Для ее разрешения требуется поиск новых технических решений по совершенствованию их конструктивно-компоновочных решений и оптимизации технологических приемов, направленных на увеличение эффективности их работы.

Исследования по данной проблеме ведутся по двум основным направлениям. Во-первых, по пути оптимизации режимов эксплуатации действующих рыбопропускных сооружений повышающих эффективность их работы по пропуску рыб и, во-вторых, по обоснованию и разработке новых технических решений для последующей реконструкции собственно сооружений и влияющих на их работу элементов гидроузлов.

Особо проблематично решение данной задачи для рыбопропускных сооружений, имеющих симметричное (центральное) размещение относительно водосброса и закрепленную рисберму, функционирующих в условиях наблюдаемого или прох нозируемого понижения уровней в нижнем бьефе. Понижения отметок водной поверхности, вызываемые общими деформациями русла реки, приводят к росту средних скоростей течений в зоне поисков, что требует внесе-

ния соответствующих изменении в режимы

ные сооружения. Действующим сооружением с указанным конструктивно-компоновочным решением является Краснодарский рыбоподъемник, а строящимися - рыбопропускные шлюзы Тиховского гидроузла. В связи с этим Краснодарский гидроузел выбран в качестве объекта натурных исследований, а Ти-ховский гидроузел - в качестве объекта лабораторных исследований и прогнозирования.

Настоящая работа выполнена в соответствии с Республиканской (федеральной) целевой научно-технической программой (проблема 3.11/37.0 «Разработать новые высокоэффективные технологии и конструктивные решения по сохранению рыбных запасов в источниках орошения»), Федеральной программой развития рыбного хозяйства РФ "Рыба", отраслевыми планами НИР комитета по рыбоводству МСХ РФ, планами НИР ФГОУ ВПО КубГАУ.

Цель диссертации: оптимизация конструкций и режимов эксплуатации рыбопропускных сооружений с центральным их размещением относительно водосброса и закрепленными в пределах зоны поисков рисбермами.

Задачи работы:

- оценка влияния гидравлических и топографических условий в зонах поисков на эффективность работы рыбопропускных сооружений;

- изучение топографических, гидрологических, гидравлических и инже-

<

нерно-биологических условий привлечения рыб в рыбоподъемник Краснодарского гидроузла;

- оптимизация режимов работы рыбоподъемника по повышению эффективности пропуска им рыб в реально сложившихся условиях эксплуатации;

- разработка методики расчета ноля скоростей в зоне поисков при неравномерном сбросе расходов в компоновочно-конструктивных решениях водосбросов с центральным расположением рыбопропускных сооружений;

- разработка рекомендаций по эксплуатации рыбопропускных сооружений и оптимизации конструктивных решений нижних бьефов гидроузлов в пределах зон поисков.

Методы исследований. В основу выполнения диссертационной работы положены экспериментальные методы, а также методы теории турбулентных струй и плановой гидравлики, магматическая теория планирования экспери-

мента. Натурные исследования выполнялись с использованием известных в гидрометрии методик. Лабораторные эксперименты выполнялись в гидравлическом лотке на универсальной модели гидроузла с использованием методики физического моделирования гидравлических явлений. Биологические исследования по оценке эффективности пропуска рыб выполнялись по методикам Главрыбвода с участием биологов Кубанрыбвода.

Достоверность научных результатов. Основные выводы и рекомендации обоснованы с позиций теорий вероятности и математической статистики. Опытные данные получены в результате использования общеизвестных методик лабораторных и натурных экспериментов, метрологически аттестованных приборов и стандартного оборудования промышленного изготовления. Достоверность научных выводов подтверждается их сопоставлением с извесшыми данными и апробацией в производственных условиях.

Научную новизну работы составляют:

- результаты натурных и лабораторных исследований гидравлических условий в зонах поисков к рыбопропускным сооружениям, расположенным в центральной части водосбросов гидроузлов с закрепленными в пределах зон поисков рисбермами;

- методика оптимизации и оптимизирование параметров режимов работы водосбросов и блоков питания рыбопропускных сооружений, обеспечивающих эффективную их работу;

— зависимости и методика расчета параметров привлекающего шлейфа скоростей при несимметричном сбросе расходов для исследованной компоновочно-конструктивной схемы;

— предложения по конструированию рисберм и использованию рыбона-правляющих устройств в рассматриваемом компоновочно-конструктивном решении зон поисков.

Практическая значимость работы заключается: в рекомендациях по эксплуатации рыбопропускных сооружений Краснодарского и Тиховского гидроузлов, обеспечивающих повышение эффективности пропуска ценных промысловых видов рыб к местам нереста и в предложениях по устройству на рисбермах этих гидроузлов рыбонаправляющих элементов.

Внедрение результатов по оптимизации работы сооружения осуществлено на рыбоподъемнике Краснодарского гидроузла в период 2001-2003 г.г., что позволило повысить эффективность пропуска рыб в среднем в 1,3-1,4 раза с ожидаемым экономическим эффектом около 1,9 млн. руб. в год. Методика расчета поля скоростей в зоне поисков и рекомендации по применению рыбо-направляющих устройств внедрены в практику проектирования акционерного проектно-изыскательского института «Кубаньводпроект» в проекте рыбопропускных шлюзов Тиховского гидроузла.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных конференциях сотрудников ФГОУ ВПО КубГАУ (Краснодар, 2000, 2001 и 2002 г.), ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (Новочеркасск 2003, 2004 г.), IV Региональной научно-практической конференции молодых ученых ФГОУ ВПО КубГАУ «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2002 г.), кафедре «Гидротехнические сооружения» ФГОУ ВПО НГМА (Новочеркасск, 2001-2005 гг.).

Личный вклад автора. Постановка проблемы, формулирование задач и поиск их решений экспериментальным путем, а также приведенные в работе научные и практические результаты, их анализ и окончательные выводы выполнены автором диссертации лично. Оценка эффективное!и режимов пропус-

/

ка рыб рыбоподъемником Краснодарского гидроузла выполнялась автором совместно с сотрудниками Кубанрыбвода.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Общий объем диссертации составляет 196 страниц машинописного текста, включая 90 рисунков, 27 таблиц, список использованных источников из 110 наименований и 11 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования, приведена научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы цель и задачи исследований, изложены положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ влияния конструктивных и I идравличе-

ских условий в зоне поисков на эффективность работы современных рыбопропускных сооружений. Отмечено, что наряду с особенностями конструкций зон поисков важнейшим требованием, обеспечивающим эффективную работу рыбопропускных сооружений, является создание оптимальных гидравлических условий для ориеитации рыб на подходных участках к ним.

Научные основы поведения рыб в потоке воды и закономерности ориентации в зоне поисков к рыбопропускным сооружениям представлены в работах отечественных и зарубежных ученых U.E. Аслановой, И. А. Баранниковой, М.И. Базарова, Л.К. Малинина, Б.П. Мантейфеля, Ю.С. Марта, Ю.В. Мартинсена, JIM. Нусенбаума, Д.С. Павлова, A.M. Пахорукова, А.Г. Поддубного, В.Р. Протасова, Д.В. Радакова, Ю.Н. Сбикина, А.Ш. Свирского, J. Blaxter, В. Parrish, А. Pattanaik, P. Meadows, I. Francis, S. Wearne и других.

Технические решения по устройству нижних бьефов, инженерное и гидравлическое обоснование параметров зон поисков к рыбопропускным сооружениям изложены в работах: А.Ш. Барекяна, O.A. Бирзнека, П.В. Иванова, И.А. Каменева, З.М. Киппера, А.И. Лупандина, Б.С. Малеванчика, П.А. Михеева, Г.Н. Ряховской, М.А. Скоробогатова, Г.М. Сукало, М.М. Тихого и П.В. Викторова, Г.К. Харчева, H.A. Шелестовой, В.Н. Шкура, М.А. Чеботарева, A.A. Чистякова, I. Denovan, I. Miur, Е. Ruuxs, P. Trefethen, G. lens, и других.

В главе рассмотрены конструктивные особенности и гидравлические условия зон поисков ряда действующих рыбопропускных сооружений на Коче-товском, Константиновском, Николаевском (р. Дон), Федоровском и Краснодарском гидроузлах на р. Кубань. Гидравлические, топографические и гидрологические условия в зонах поисков к рыбопропускным сооружениям данных гидроузлов отличаются значительными изменениями основных их параметров во времени и в пространстве. Характерным является падение уровней воды в нижних бьефах гидроузлов, как результат интенсивных русловых деформаций, что приводит к изменению гидравлической структуры потока, нарушению условий ориентации рыб на подходе к рыбопропускным сооружениям и значительному снижению эффективности их пропуска. Проведенный анализ показал, что наибольшие изменения условий ориентации рыб в процессе эксплуатации гидроузлов и изменений гидрологических режимов произошли в зоне поисков к

Краснодарскому рыбоподъемнику.

Для обоснования соответствующих технических и технологических ре-тений, позволяющих повысить эффективность пропуска рыб на нерест рыбопропускными сооружениями, необходимо проведение комплекса натурных и лабораторных исследований, что и было определено задачами работы.

Во второй главе представлены результаты натурных топографических, гидрологических и гидравлических исследований в зоне поисков к рыбоподъемнику Краснодарского гидроузла на р. Кубань. По компоновочно-конструктивному решению данный гидроузел имеет рыбоподъемник, размещенный в центральной части водосброса и закрепленную в пределах зоны поиска рисберму, что и определило его выбор в качестве базового натурного объ-

1 - водосбросные пролеты плотины; 2 - ихтиологическая площадка;

3 - рыбонакопитель; 4 - электрорыбозаградитель;

5 - рыбонаправлягощие прорези; 6 — рисберма Целью нагурных исследований являлась комплексная оценка гидравлических, топографических, гидрологических и инженерно-биологических условий в зоне поиска при различных режимах пропуска расходов через гидроузел и определение возможностей управления условиями нижнего бьефа для улучшения привлечения и пропуска производителей рыб рыбоподъемником.

Для достижения цели были решены следующие задачи: выбран и закреплен на местности участок исследования; получены топографические характеристики русла в пределах зоны поиска к рыбоподъемнику; изучено поле скоростей в зоне поиска для наиболее реальных эксплуатационных режимов работы водосбросного и рыбопропускного сооружений гидроузла; дана инженерно-биологическая оценка конструктивно-компоновочного решения зоны поисков.

Участок нижнего бьефа, перед входом в рыбонакопитель был разбит гидрометрическими створами через каждые 25 м и по протяженности превышал длину привлекающего рыбу шлейфа скоростей, формируемого привлекающим потоком, исходящим из рыбопропускного сооружения. Измерения скоростей и определение траекторий течений выполнялись по общеизвестной в гидрометрии методике с помощью глубинных гидрометрических поплавков. В одном опыте запускалось 11-12 поплавков, что позволяло охватить измерениями всю область привлечения в нижнем бьефе. В двух контрольных створах (III-III и VTI-VII) измерения скоростей выполнялись гидрометрической вертушкой ГР-21М по трехточечной схеме. Опыты проводились при расходах гидроузла 200; 300 и 500 м3/с и скоростях потока в рыбонакопителе равных 0,6; 1,2 и 1,8 м/с для каждого опытного значения расхода. По результатам измерений и обработки данных опытов строились плановые эпюры скоростей, являющиеся основой для анализа. В главе приводятся сведения о результатах определения относительных ошибок проводимых измерений расстояний, горизонтальных направлений, глубин и скоростей различными приборами и инструментами.

По результатам исследований топографии подводящего канала от створа входа в рыбонакопитель до сопряжения с руслом р. Кубань, исходя из требований ориентации рыб, сделан вывод, что за годы эксплуатации гидроузла происходит постоянное изменение топографии русла. О динамике русловых процессов в пределах непосредственно подходного участка к рыбоподъемнику нижнего бьефа после устройства каменной отсыпки (1987г.) можно судить по данным рис. 2, на котором приведены положения отметок дна на оси отводящего канала по данным съемок 1987 и 2001 гг., отнесенные к отметке концевого створа участка бетонного крепления рисбермы (х/й0=19,0).

• 1987 О 2001 x/h°

Рис. 2. Изменение относительных отметок дна по оси отводящего канала Краснодарского гидроузла

Из приведенных данных можно сделать нижеследующие выводы. Во-первых. за прошедшие годы, в пределах непосредственно подходного участка к рыбоподъемнику, происходит Дрейф каменной наброски вниз по течению. Во-вторых, за бетонным креплением формируется область пониженных отметок дна (яма размыва). В-третьих, в пределах зоны активного поиска рыбами входа в рыбонакопитель отметки дна достигают величин имевших место до отсыпки камня. И самое главное, что меры, предпринимаемые до сих пор для затопления гидравлического прыжка, малоэффективны, но отрицательно сказываются на условиях ориентации и захода рыб в рыбоподъемник.

Происходящие в отводящем канале и в нижнем течении реки эрозионные процессы сказались на гидравлической структуре потока в зоне поисков, в частности, на геометрических и кинематических характеристиках привлекающего потока. Ширина привлекающего потока, по существу не претерпела особых изменений (R2 = 0,986-0,947), однако, судя по плановым эпюрам, происходит быстрое «рассеивание» скоростей и сокращение эффективных размеров шлейфа, т.е. его длины Lэф и площади соф что затрудняет накопление рыб в шлейфе и ухудшает условия ориентированного их перемещения к входу в рыбопропускное сооружение. В частности, при расходе водосброса 500 м3/с и привлекающей скорости в рыбоподъемнике равной 1,8 м/с эффективная длина шлейфа находится в пределах 70,0 м, для сравнения по данным 1978 г. в iex же условиях эффективная длина шлейфа составляла: по критерию В.Н. Шкура - 143 м; по

критерию Б.С. Малеванчика - более 220 м. Таким образом, эффективная протяженность шлейфа за истекший период уменьшилась в 2-3 раза. Для сложившихся условий получены зависимости для определения эффективных параметров шлейфа, имеющие вид:

^ = 0,238т4с - 0,8796т3с + 11,39т2с - 54,207тс + 87,289, Я2=0,9526; (1) ьо

тоф=-46,487т3с + 1036т2 -6236,1тг+11296, Я2=0,9506, (2)

где Ь0 - полуширина рыбонакопителя; тс = — параметр спутности.

Vо

В качестве основных показателей, характеризующих гидравлические условия зоны поисков, в работе рассмотрены зависимости изменения относительных скоростей потока вдоль по течению: средней по створам - 111,п/и¡и по оси привлекающего потока - иот/ио. Здесь V¡т - средняя скорость в промерном створе, а III - средняя скорость в створе входа в рыбонакопитель, Г/„ и £/„„ -скорость на оси привлекающего потока, соответственно, в рыбонакопителе и рассматриваемом створе.

Так при тс> 1 в целом по всей области нижнего бьефа наблюдается существенное отличие в сторону увеличения скоростных характеристик потока, что значительно усложняет возможность ориентации рыб и нахождения ими входа в рыбонакопитель (рис. 3). Общий характер изменения пространственной структуры потока, как видно, остался прежним, однако количественные значения скоростей отчетливо показывают на их возрастание за последние годы. Дня сравнения на графике ¿//„/¿У; приведены данные В.Н. Шкура и П.А. Михеева, полученные но результатам исследований в 1978 году (см. рис. 3,а).

Изменилась и интенсивность роста осевой скорости, причем, как показал ! анализ, чем меньше расход, тем больше отличие.

О 7,4 12,4 17,4 22,4 27,4 32,4 37,4 42,4 -о-2002 а -•- 1978 3 х/Ь 0

0 7,4 12,4 17,4 22,4 27,4 32,4 37,4 42,4

х/Ьо

О т=], 17 □ т=1,47 Д т=1,97

Рис. 3. Изменение относительных скоростей потока в зоне поисков: а - средней по створу С/;и/ £// в сравнении с данными 1978 г.; б - по оси привлекающего потока иоп/ии

Тем самым, на наш взгляд, сказываются результаты изменения топографии в нижнем бьефе гидроузла, связанные с естественными деформациями и восстановительными работами на рисберме при продолжающемся процессе понижения уровней воды.

В главе дана оценка современных гидрологических, топографических, гидравлических и инженерно-биологических условий работы Краснодарскою рыбоподъемника. Установлены нижеприведенные недостатки конструктивно-компоновочного решения нижнего бьефа гидроузла в пределах зоны поисков и отводящего канала до створа сопряжения его с рекой.

Конструктивно с позиций обеспечения захода рыб в канал устройство затопленной дамбы (контрбьефа).

1. В данном консгруктивно-комноновочном решении не обеспечивается

четкое фиксирование верхней границы зоны поисков ни конструктивными элементами, ни скоростными характеристиками потока, что позволяет рыбам проходить в зону водобоя, минуя вход в рыбонакоггатель.

2. Наличие расширяющегося участка нижнего бьефа в пределах водобоя и части рисбермы формирует неравномерное распределение скоростей течений по ширине спутного потока, что способствует проходу рыб в верх по каналу, минуя вход в рыбоподъемник.

3. Заиленные донные прорези не выполняют своих рыбонаправляющих функций.

Установленные недостатки явились основой для последующей разработки предложений по оптимизации конструктивно-компоновочных решений зон поисков для рассматриваемой схемы размещения рыбопропускных сооружений в составе речных гидроузлов.

Выполненный анализ позволил определить основные направления поиска новых альтернативных решений по улучшению условий для работы рыбоподъемника. В частности, опытным путем установлена возможность привлечения рыб в рыбоподъемник при несимметричном сбросе расходов.

В целях установления оптимальных условий и режимов эксплуатации сооружения в третьей главе проведен анализ многолетних данных пропуска производителей рыб рыбоподъемником Краснодарского гидроузла и материалов инженерно-биологических исследований, выполненных в 2001-2003 годах.

В работе показано, что ежегодное количество пропущенного судака снизилось в 2,0-2,5 раза в 2001-2003 гг. по сравнению с результатами работы рыбоподъемника в период с 1975-1983гт., ежегодный пропуск производителей леща, за этот же период снизился в 4,0-9,0 раз.

При проведении экспериментов по оптимизации технологических операций работы рыбоподъемника применялись меюды теории планирования эксперимента. Основными факторами, входящими в полученные математические модели, являлись: скорость привлечения Упр и время проведения цикла привлечения 1сут. Это отличает подход автора от существующих методик, I до за один из факторов оптимизации принималась продолжительность операции привлечения и накопления рыб Такой подход исключает необходимость использова-

ния в расчетах весьма неустойчивого показателя, характеризующего суточную ритмику активности рыб, что в свою очередь повышает надежность оптимизационной модели.

По результатам опытов, проведенным в соответствии с матрицей планирования, были рассчитаны численное значение коэффициентов регрессии квадратичного уравнения, описывающего поведение функции оптимизации N/^14,,

где № - количественный заход рыбы в г-ом цикле; М'- суточный заход рыбы. Обработка результатов моделирования, оценка адекватности и анализ математических моделей осуществлялись по общепринятой методике. Значения изучаемых факторов Х/= Упр (м/с) и Х2= 1сут(час), в зависимости от функции оптимизации, определялись в области максимума диссоциативно-шаговым методом.

Графическая интерпретация полученных регрессионных уравнений заключалась в построении двумерных сечений поверхности отклика, а также были использованы их выборочные сечения, для уточнения и сравнения поведения функции оптимизации. Дисперсия эксперимента 51/ была определена в центре факторного пространства при и Х^О, посредством постановки дополнительных экспериментов в этой области факторного пространства.

В результате обработки экспериментальных данных были получены адекватные регрессионные модели для соответствующих режимов сброса расходов

гидроузла по трем видам рыб: судаку, лещу и чехони. При расходах гидроузла 300 м3/с в виде:

для судака Г=0,2494+0,0686Х1Х2+0,0515Х2-0,1114Х2\ (3)

для леща У=0,1678-0,0369Х2+0,0504Х,Х2+0,1571Х22; (4)

для чехони УЧ),3894+0,127Х,ХГ0,0322Х,2-0,1518Х22. (5)

При расходах гидроузла 500 м3/с в виде: для судака У=0,2663+0,0255ХГ0,0333Х2-0,0374Х,2-0,0954Х22; (6)

для леща У=0,2285-0,0302ХГ0,0306Х,Х2-0,0467Х2-0,0635Х22; (7)

для чехони Y=0,2378-0,0222X,-0,019XrO,0489XiXrO,0896X2-0,048X22. (8) На рис. 4 приведено двумерное сечение поверхности отклика, отражающее динамику изменения захода судака по уравнению (6) при расходе гидроузла 550 м3/с, показаны проектные и рекомендуемые режимы привлечения рыб из

которого следует, что в период времени с 12:30 до 15:00 при следующей скорости привлечения равной 1,4 м/с, количественный заход рыб близок к максимуму.

Анализ показателей захода рыб при различных значениях расходов с учётом суточной неравномерности нерестового хода (в пределах светлого времени суток) позволил получить следующие оптимизированные режимы привлечения:

- для судака с 11:00 до 15:00 при скорости привлечения 1,4 м/с, для расходов от 200 до 700 м3/с;

- для леща при расходах менее 300 м3/с в 11:00 при скорости привлечения 0,6 м/с, в 19:00 при скорости 1,8 м/с; при расходах более 500 м3/с в период с 11:00 до 15:00 при скорости привлечения 1,4 м/с;

- для чехони при расходах менее 300 м3/с с 11:00 до 15:00 при скорости 0,6-0,8 м/с и в 19:00 при скорости 1,8 м/с: при расходах более 500 м3/с в период

0,6 0,84 1,08 1,32 1.56 Ум/с - проектный диапазон привлекающей скорости: | | - рекомендуемые диапазоны привлекающей скорости.

Рис. 4. Двумерное сечение поверхности отклика динамики изменения захода судака при ()=-550 м3 /с

В главе проведен сравнительный анализ пропуска производителей рыб при различных условиях сброса расходов, который показал, что с изменением условий сброса оптимальные параметры привлечения изменяются.

В четвертой главе изложены результаты лабораторных исследований условий протекания привлекающего потока в зоне поисков к рыбопропускному сооружению, при неравномерном сбросе расходов по водосливному фронту, как одному из вариантов улучшения условий для управления перемещением рыб.

Целью экспериментальных исследований являлось установление общих закономерностей движения привлекающего потока в пределах зоны поисков характеризуемой симметричным нспризматическим руслом при неравномерном сбросе расходов, при центрально расположенном, относительно водосброса, рыбопропускном сооружении.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: установлена функциональная зависимость между факторами, влияющими на характер движения потока; запроектирована и построена экспериментальная установка, разработана методика и проведены экспериментальные исследования; обработаны результаты экспериментов и установлены основные закономерности движения привлекающего потока в пределах зоны поисков для принятых

е

условий; разработана методика построения поля скоростей для рассматриваемого компоновочно-конструктивного решения зоны поисков.

Экспериментальные исследования выполнялись на установке, представляющей собой горизонтальный лоток прямоугольного поперечного сечения. Стенки лотка и дно рабочей части были тщательно оштукатурены и окрашены, на дне лотка разбита створная сетка. Распределение расхода по ширине лотка осуществлялось пятипролетным регулятором, расположенным в голове лотка, центральное отверстие регулятора с выдвинутыми в нижний бьеф оградительными стенками выполняло функции рыбопропускного сооружения. Непризматический участок русла в плане выполнялся устройством в отводящем канале боковых стенок из листового металла от бычков крайних пролетов регулятора к стенкам лотка, а модель рыбопропускного сооружения из листового текстолита. Вход в рыбопропускное сооружение был вынесен вниз на расстояние 1,0 м от

линии раздельных стенок регулятора. Скорости в лотке измерялись микровертушкой Х-6 в комплекте с аналоговым и цифровым частотомерами. Рабочая часть лотка от (с i вора-регулятора до сбросных щитов) имела длину 1,0 м, уровень воды в нижнем бьефе регулировался жалюзийным затвором и измерялся шпиценмасштабом.

В главе приведена методика гидравлических исследований, сведения о результатах определения относительных ошибок проводимых измерений расходов, глубин и скоростей метрологически аттестованными приборами инструментами и оборудованием промышленного изготовления.

В качестве основной была принята схемам движение привлекающего потока в условиях несимметричного сброса при двух вариантах соотношения скоростей: ипр>и0>ияев и Unp>UKe;Unfl<U0, где Unp,Uwe,U0 - скорости потока соответственно в правом, левом пролетах водосливной плотины и рыбона-копителе. Условия проведения эксперимента характеризовались следующими показателями: угол расширения русла ah = 3-12°; число Фруда Fr = 0,05-0,62; число Рейнольдса Re = 8100-63500; параметр спутности щ. =L\/Ц} = 0-2,5; разность параметров спутности ЛМ = тс2 - тс1= 0,2-2,0; степень расширения русла Рт =Вт / Ь() =7,5-15,0; отношение тлубины в рыбоходе к его ширине h) /¿>0=0,8-2,4. В результате экспериментальных исследований разработана методика определения эффективных параметров привлекающего потока при несимметричном сбросе расходов, которая заключается в следующем: - определяются параметры: mc¡; тС2; ЛМ; /?,„; С„;

2

ь, г л

— определяются границы привлекающего шлейфа: -L = 1 + Сн

Ь,

и...

— определяются скорости спутных потоков

К

о V о /

Um = ÁÍL

— определяется скорость на оси шлейфа: ^ от _ х

U„

х а 0„

- по номограмме определяется эффективная длина шлейфа и I ,фА;

- по номограмме определяется эффективная площадь шлейфа и со,ф

В пятой главе приведены рекомендации по повышению эффективности пропуска рыб рыбопропускными сооружениями с центральным размещением относительно водосброса и закрепленными, в пределах зоны поисков, рисбермами, которые включают рекомендации по повышению эффективности пропуска рыб рыбоподъемником Краснодарского гидроузла в современных условиях его эксплуатации, и корректировку конструкции зоны поисков Тиховского гидроузла на р. Кубань.

Для Краснодарского гидроузла разработаны рекомендации, позволяющие в сложившихся крайне неблагоприятных условиях работы рыбоподъемника повысить эффективность пропуска им рыб за счет: изменения проектных режимов пропуска расходов водопропускными пролетами путем несимметричного их сброса; оптимизации скоростных и суточных режимов привлечения производителей рыб в рыбопропускное сооружение. Предложено три варианта размещения рыбонаправляющих порогов в сочетании с восстановлением работоспособности рыбонаправляющих прорезей и устройством рыбоподводящих каналов.

Обоснована необходимость частичн01 о изменения конструкции нижнего бьефа Тиховского гидроузла (рис. 5), в двух вариантах исполнения.

Рис. 5. Компоновка основных сооружений Тиховского гидроузла: 1 - пролеты водосливной плотины; 2 - рыбопропускные шлюзы; 3 - рыбонаправляющие устройства; 4 - судоходные шлюзы; 5 - отводящий канал водозабора ПАОС

Вариант призматического русла с удлинением берегового устоя со стороны судоходных шлюзов на расстояние до 50 м (см. рис. 5 пунктирная линия) и вариаш несимметричного русла с неравномерным сбросом расходов водосбросной плотиной.

Рассчитаны и проанализированы гидравлические условия протекания потока в зоне поисков для различных сочетаний скоростей спутного и привлекающего потоков по двум конструктивным вариантам устройства отводящего канала (с призматическим и непризматическим руслом) с учетом этапов работы сооружения до и после понижения уровней.

В целях повышения вероятности захода рыб в рыбопропускные сооружения. в работе даны предложения по размещению рыбонаправляющих элементов в зоне поисков Тиховского гидроузла, включая конструкцию устройства, защищенную паюнтом на изобретение РФ №2245416. МПК Е02В8/08. Бюл. №3, 2005-01-27.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Одной из наиболее перспективных компоновочно-конструктивных схем речных гидроузлов, имеющих в своем составе рыбопропускные сооружения, является схема с центральным их размещением относительно пролетов водосброса и закрепленной рисбермой в пределах зоны поисков. По такой схеме построено рыбопропускное сооружение Краснодарского гидроузла и строятся рыбопропускные сооружения Тиховского гидроузла на р. Кубань. Потенциальные возможности данного компоновочно-конструктивного решения могут быть повышены путем устранения конструктивных и технологических недостатков, оптимизации условий и режимов работы по привлечению рыб в рыбопропускное сооружение.

2. Нагурными исследованиями в зоне поисков к рыбоподъемнику Краснодарского гидроузла на р. Кубань установлены топографические, гидрологические, гидравлические и инженерно-биологические условия его функционирования. Анализ изменений этих условий за 30-ти летний период эксплуатации сооружения, исследованные гидравлические режимы и экспериментально полу-

ченные зависимости по геометрическим и кинематическим параметрам течений в зоне поисков показали на существенное снижение качества условий для обеспечения проектной работы рыбоподъемника.

3. Инженерно-биологическими исследованиями с использованием методов математического планирования эксперимента установлены временные и скоростные параметры привлечения и накопления в рыбоподъемнике леща, судака и чехони, позволяющих повысить рыбопропускную способность сооружения по этим видам рыб. Отмечено, что в современных условиях возможность оптимизации параметров операции привлечения и накопления рыб крайне ограничена, а эффективность оптимизации режимов этой операции не превышает 40%.

4. Одним из путей улучшения условий для привлечения рыб в рыбопропускное сооружение с центральным размещением относительно водосброса, является использование несимметричного сброса расхода через водопропускные отверстия, что и подтверждено исследованиями на Краснодарском гидроузле.

5. В результате лабораторных исследований установлены закономерности формирования привлекающего шлейфа скоростей в условиях несимметричного сброса расхода; разработана методика построения поля осредненных скоростей в зоне поисков и выбора наиболее приемлемого для рыб сочетания скоростей спутпого и привлекающего потоков; получены номограммы и методика опре-

г

деления эффективных параметров шлейфа, включая протяженность, ширину и площадь.

6. Предложены технические решения по фиксации верхней границы зоны поисков, исключающие возможность прохода рыб за пределами привлекающего их шлейфа скоростей. Среди мер и средств позволяющих улучшить условия управления перемещениями рыб в зоне поисков широкое распространение получили рыбонаправляющие устройства. В качестве такого устройства для Краснодарского рыбоподъемника предложены три конструктивных решения рыбопаправляющих порогов выполненных в сочетании с рыбонаправляющими прорезями и рыбоподводящими каналами, для Тиховского гидроузла система рыбонаправляющих профилей, устраиваемых в закрепленной горизонтальной рисберме.

7. В результате всестороннего анализа реализованной на Краснодарском и

Тиховском гидроузлах компоновочно-конструктивной схемы водосбросов с центральным размещением рыбопропускног о сооружения и закрепленной рисбермой установлены основные недостатки реализованных решений и даны рекомендации по оптимизации данной схемы, основанные на применении порогов, уступов, горизонтальных и наклонных призматических и непризматических участков рисберм, обеспечивающих оптимальные условия для управления перемещениями рыб и захода их в рыбопропускные сооружения.

Внедрение разработанных рекомендаций в практику эксплуатации рыбоподъемника Краснодарского гидроузла в период 2001-2003 г.г позволило оптимизировать работу сооружения и повысить эффективность пропуска рыб в среднем в 1,3-1,4 раза с ожидаемым экономическим эффектом около 1,9 млн. руб. в год. Рекомендации по применению рыбонаправляющих устройств внедрены в проект Тиховского гидроузла на р. Кубань.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ванжа В.В. Состояние гидротехнических сооружений Краснодарского водохранилища //Мелиорация земель и повышение эффективности технических средств при орошении: Тезисы докладов научной конференции КубГАУ. -Краснодар, 2000. - С. 38.

2. Ванжа В.В. Анализ работы РПС на Краснодарском водохранилище// Мелиорация ландшафтов, охрана земель и водных объектов. Материалы научной конференции сотрудников но итогам 2000 года. КубГАУ. -Краснодар, 2001. -С. 22-23.

3. Ванжа В.В. Исследование скоростей потока в отводящем канале Краснодарского гидроузла //Научное обеспечение а!ропромышленного комплекса: Материалы четвертой региональной научно-практической конференции молодых ученых. КубГАУ. -Краснодар, 2002. - С. 233-235.

4. Ванжа В.В. Исследование динамики захода рыбы в рыбопропускное сооружение на Краснодарском гидроузле //Гидротехнические мелиорации и повышение эффективности технических средств при орошении в Краснодарском крае- Материалы научной конференции по итогам 2002 года. КубГАУ. -Краснодар, 2003. - С. 36.

5. Чистяков A.A., Ванжа B.B. Оптимизация режимов работы рыбоподъемника Краснодарского гидроузла при малых расходах водосброса. Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: Тр./Академии водохозяйственных наук (АВН).-Новочеркасск. 2003. -Вып. 4. - С. 18-26 (автор 40%).

6. Ванжа В.В., Чистяков A.A. Исследование параметров привлекающего потока в условиях несимметричного сброса расхода относительно рыбонакопите-ля. Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: Тр./Академии водохозяйственных наук (АВН). -Новочеркасск. 2003. -Вып. 4. - С. 101-108 (автор 60%).

7. Ванжа В.В. Повышение эффективности работы рыбопропускного сооружения на Краснодарском гидроузле //Актуальные проблемы мелиорации на Северном Кавказе: - Тр./ФГОУ ВПО "КубГАУ". - Краснодар, 2004. Вып. 407 (435).-С. 107-115.

8. Патент РФ №2245416 Рыбонаправляющее устройство рыбопропускного сооружения. МГ1К Е02В8/08. Авторы: Чистяков А.А , Шкура В.Н., Ванжа В.В. Бюл. >3,2005-01-27.

Подписано в печать 26.08.2005 г. Формат 60><84,/|6

Объем 1,0 уч. изд. листов. Тираж 100 экз. Заказ № Х89

Типография НГМА, 346428, г. Новочеркасск, ул. Пушкинская, 111.

РНБ Русский фонд

2006-4 11109

ВВЕДЕНИЕ.

4 1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

УСЛОВИЙ ЗОН ПОИСКОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЫБОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ.

1.1. Анализ условий в зоне поисков к рыбопропускному шлюзу Кочетовского гидроузла.

1.2. Оценка гидравлики зоны поисков к рыбопропускным шлюзам Константиновского гидроузла.

1.3. Гидравлические условия в зоне поисков к рыбопропускным шлюзам Николаевского гидроузла.

1.4. Анализ условий в зоне поисков к рыбопропускному шлюзу Федоровского гидроузла.

1.5. Особенности гидравлических условий зоны поисков с* Краснодарского гидроузла.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

2. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЗОНЕ ПОИСКОВ К

РЫБОПОДЪЕМНИКУ КРАСНОДАРСКОГО ГИДРОУЗЛА.

2.1. Современное состояние объекта исследований, цель, задачи и методика натурных исследований.

2.2. Оценка точности натурных экспериментов.

2.3. Результаты исследования топографических условий в нижнем бьефе Краснодарского гидроузла.

2.4. Результаты исследований гидравлических условий в зоне поисков к рыбоподъемнику.

2.5. Оценка современных условий работы Краснодарского рыбоподъемника i ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ПРИВЛЕЧЕНИЯ РЫБ В

КРАСНОДАРСКИЙ РЫБОПОДЪЕМНИК.

ЗЛ. Оценка динамики нерестового хода и суточной неравномерности пропуска рыб.

3.2. Методика постановки и обработки данных натурных исследований по оптимизации режимов привлечения рыб.

3.3. Результаты исследований по оптимизации захода рыб в условиях сброса пониженных расходов.

3.4. Результаты исследований по оптимизации режима работы рыбоподъемника в условиях больших расходов гидроузла

3.5. Сравнительный анализ пропуска производителей рыб при различных условиях сброса расходов.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4 УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ ПРИВЛЕКАЮЩЕГО РЫБУ ПОТОКА В

ЗОНЕ ПОИСКОВ.

4.1. Цель и задачи экспериментальных исследований.

4.2. Установление функциональной связи между факторами, характеризующими движение привлекающего рыбу потока.

4.3. Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента.

4.4. Параметры привлекающего потока в условиях непризматического в плане русла.

4.5. Исследование привлекающего рыбу потока в условиях несимметричного сброса расхода относительно рыбонакопителя. с* 4.6. Методика построения поля осредненных скоростей в нижнем бьефе гидроузла для несимметричного сброса расхода

4.7. Методика определения эффективных параметров зоны поисков в условиях несимметричного сброса расхода.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРОПУСКА РЫБ РЫБОПРОПУСКНЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ

С ЦЕНТРАЛЬНЫМ РАЗМЕЩЕНИЕМ ОТНОСИТЕЛЬНО

ВОДОСБРОСА И ЗАКРЕПЛЕННЫМИ РИСБЕРМАМИ.

5.1. Рекомендации по улучшению режимов и условий пропуска рыб рыбоподъемником Краснодарского гидроузла на р. Кубань.

5.2. Технические решения по улучшению условий работы г рыбоподъемника Краснодарского гидроузла.

5.3. Рекомендации по устройству и оптимизации гидравлических условий в зоне поисков Тиховского гидроузла.

5.4. Рекомендации по оптимизации компоновочно-конструктивной схемы гидроузла с центральным размещением рыбопропускного сооружения и закрепленной рисбермой.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Актуальность работы. Интенсивное использование водных ресурсов реки Кубань для различных хозяйственных целей привело к кардинальному изменению условий естественного воспроизводства и в связи с этим к резкому сокращению промысловых запасов ценных проходных и полупроходных рыб. Одним из направлений снижения антропогенного влияния на состояние рыбных запасов является обеспечение пропуска мигрирующих рыб к местам их нереста, что может быть реализовано эффективной работой рыбопропускных сооружений. Между тем, в современных условиях наблюдается снижение эффективности пропуска рыб рыбопропускным сооружением Краснодарского гидроузла. Общая ситуация с пропуском рыб в верховья Кубани и ее притоки в перспективе может усложниться с завершением строительства Тиховского гидроузла, расположенного в нижнем течении реки.

Сложившиеся обстоятельства актуализируют проблему обеспечения необходимых условий для повышения рыбопропускной способности существующих и создаваемых рыбопропускных сооружений. Для ее разрешения требуется поиск новых технических решений по совершенствованию их конструктивно-компоновочных решений и оптимизации технологических приемов, направленных на увеличение эффективности их работы.

Исследования по данной проблеме ведутся по двум основным направлениям. Во-первых, по пути оптимизации режимов эксплуатации действующих рыбопропускных сооружений повышающих эффективность их работы по пропуску рыб и, во-вторых, по обоснованию и разработке новых технических решений для последующей реконструкции собственно сооружений и влияющих на их работу элементов гидроузлов.

Особо проблематично решение данной задачи для рыбопропускных сооружений, имеющих симметричное (центральное) размещение относительно водосброса и закрепленную рисберму, функционирующих в условиях наблюдаемого или прогнозируемого понижения уровней в нижнем бьефе. Понижения отметок водной поверхности, вызываемые общими деформациями русла реки, приводят к росту средних скоростей течений в зоне поисков, что требует внесения соответствующих изменений в режимы привлечения рыб в рыбопропускные сооружения. Действующим сооружением с указанным конструктивно-компоновочным решением является Краснодарский рыбоподъемник, а строящимися - рыбопропускные шлюзы Тиховского гидроузла. В связи с этим Краснодарский гидроузел выбран в качестве объекта натурных исследований, а Тиховский гидроузел - в качестве объекта лабораторных исследований и прогнозирования.

Настоящая работа выполнена в соответствии с Республиканской (федеральной) целевой научно-технической программой (проблема 3.11/37.0 «Разработать новые высокоэффективные технологии и конструктивные решения по сохранению рыбных запасов в источниках орошения»), Федеральной программой развития рыбного хозяйства РФ "Рыба", отраслевыми планами НИР комитета по рыбоводству МСХ РФ, планами НИР ФГОУ ВПО КубГАУ.

Цель диссертации: оптимизация конструкций и режимов эксплуатации рыбопропускных сооружений с центральным их размещением относительно водосброса и закрепленными в пределах зоны поисков рисбермами.

Задачи работы:

- оценка влияния гидравлических и топографических условий в зонах поисков на эффективность работы рыбопропускных сооружений;

- изучение топографических, гидрологических, гидравлических и инженерно-биологических условий привлечения рыб в рыбоподъемник Краснодарского гидроузла;

- оптимизация режимов работы рыбоподъемника по повышению эффективности пропуска им рыб в реально сложившихся условиях эксплуатации;

- разработка методики расчета поля скоростей в зоне поисков при неравномерном сбросе расходов в компоновочно-конструктивных решениях водосбросов с центральным расположением рыбопропускных сооружений;

- разработка рекомендаций по эксплуатации рыбопропускных сооружений и оптимизации конструктивных решений нижних бьефов гидроузлов в пределах зон поисков.

Методы исследований. В основу выполнения диссертационной работы положены экспериментальные методы, а также методы теории турбулентных струй и плановой гидравлики, математическая теория планирования эксперимента. Натурные исследования выполнялись с использованием известных в гидрометрии методик. Лабораторные эксперименты выполнялись в гидравлическом лотке на универсальной модели гидроузла с использованием методики физического моделирования гидравлических явлений. Биологические исследования по оценке эффективности пропуска рыб выполнялись по методикам Главрыбвода с участием биологов Кубанрыбвода.

Достоверность научных результатов. Основные выводы и рекомендации обоснованы с позиций теорий вероятности и математической статистики. Опытные данные получены в результате использования общеизвестных методик лабораторных и натурных экспериментов, метрологически аттестованных приборов и стандартного оборудования промышленного изготовления. Достоверность научных выводов подтверждается их сопоставлением с известными данными и апробацией в производственных условиях.

Научную новизну работы составляют:

- результаты натурных и лабораторных исследований гидравлических условий в зонах поисков к рыбопропускным сооружениям, расположенным в центральной части водосбросов гидроузлов с закрепленными в пределах зон поисков рисбермами;

- методика оптимизации и оптимизирование параметров режимов работы водосбросов и блоков питания рыбопропускных сооружений, обеспечивающих эффективную их работу;

- зависимости и методика расчета параметров привлекающего шлейфа скоростей при несимметричном сбросе расходов для исследованной компоновочно-конструктивной схемы; предложения по конструированию рисберм и использованию рыбона-правляющих устройств в рассматриваемом компоновочно-конструктивном решении зон поисков.

Практическая значимость работы заключается: в рекомендациях по эксплуатации рыбопропускных сооружений Краснодарского и Тиховского гидроузлов, обеспечивающих повышение эффективности пропуска ценных промысловых видов рыб к местам нереста и в предложениях по устройству на рисбермах этих гидроузлов рыбонаправляющих элементов.

Внедрение результатов по оптимизации работы сооружения осуществлено на рыбоподъемнике Краснодарского гидроузла в период 2001-2003 г.г., что позволило повысить эффективность пропуска рыб в среднем в 1,3-1,4 раза с ожидаемым экономическим эффектом около 1,9 млн. руб. в год. Методика расчета поля скоростей в зоне поисков и рекомендации по применению рыбонаправляющих устройств внедрены в практику проектирования акционерного проектно-изыскательского института «Кубаньводпроект» в проекте рыбопропускных шлюзов Тиховского гидроузла.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных конференциях сотрудников ФГОУ ВПО КубГАУ (Краснодар, 2000, 2001 и 2002 г.), ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (Новочеркасск 2003, 2004 г.), IV Региональной научно-практической конференции молодых ученых ФГОУ ВПО КубГАУ «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2002 г.), кафедре «Гидротехнические сооружения» ФГОУ ВПО НГМА (Новочеркасск, 20012005 гг.).

Личный вклад автора. Постановка проблемы, формулирование задач и поиск их решений экспериментальным путем, а также приведенные в работе научные и практические результаты, их анализ и окончательные выводы выполнены автором диссертации лично.- Оценка эффективности режимов пропуска рыб рыбоподъемником Краснодарского гидроузла выполнялась автором совместно с сотрудниками Кубанрыбвода.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Общий объем диссертации составляет 196 страниц машинописного текста, включая 90 рисунков, 27 таблиц, список использованных источников из 110 наименований и 11 страниц приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Одной из наиболее перспективных компоновочно-конструктивных схем речных гидроузлов, имеющих в своем составе рыбопропускные сооружения, является схема с центральным их размещением относительно пролетов водосброса и закрепленной рисбермой в пределах зоны поисков. По такой схеме построено рыбопропускное сооружение Краснодарского гидроузла и строятся рыбопропускные сооружения Тиховского гидроузла на р. Кубань. Потенциальные возможности данного компоновочно-конструктивного решения могут быть повышены путем устранения конструктивных и технологических недостатков, оптимизации условий и режимов работы по привлечению рыб в рыбопропускное сооружение.

2. Натурными исследованиями в зоне поисков к рыбоподъемнику Краснодарского гидроузла на р. Кубань установлены топографические, гидрологические, гидравлические и инженерно-биологические условия его функционирования. Анализ изменений этих условий за 30-ти летний период эксплуатации сооружения, исследованные гидравлические режимы и экспериментально полученные зависимости по геометрическим и кинематическим параметрам течений в зоне поисков показали на существенное снижение качества условий для обеспечения проектной работы рыбоподъемника.

3. Инженерно-биологическими исследованиями с использованием методов математического планирования эксперимента установлены временные и скоростные параметры привлечения и накопления в рыбоподъемнике леща, судака и чехони, позволяющих повысить рыбопропускную способность сооружения по этим видам рыб. Отмечено, что в современных условиях возможность оптимизации параметров операции привлечения и накопления рыб крайне ограничена, а эффективность оптимизации режимов этой операции не превышает 40%.

4. Одним из путей улучшения условий для привлечения рыб в рыбопропускное сооружение с центральным размещением относительно водосброса, является использование несимметричного сброса расхода через водопропускные отверстия, что и подтверждено исследованиями на Краснодарском гидроузле.

5. В результате лабораторных исследований установлены закономерности формирования привлекающего шлейфа скоростей в условиях несимметричного сброса расхода; разработана методика построения поля осредненных скоростей в зоне поисков и выбора наиболее приемлемого для рыб сочетания скоростей спутного и привлекающего потоков; получены номограммы и методика определения эффективных параметров шлейфа, включая протяженность, ширину и площадь.

6. Предложены технические решения по фиксации верхней границы зоны поисков, исключающие возможность прохода рыб за пределами привлекающего их шлейфа скоростей. Среди мер и средств позволяющих улучшить условия управления перемещениями рыб в зоне поисков широкое распространение получили рыбонаправляющие устройства. В качестве такого устройства для Краснодарского рыбоподъемника предложены три конструктивных решения рыбонаправляющих порогов выполненных в сочетании с рыбона-правляющими прорезями и рыбоподводящими каналами, для Тиховского гидроузла система рыбонаправляющих профилей, устраиваемых в закрепленной горизонтальной рисберме.

7. В результате всестороннего анализа реализованной на Краснодарском и Тиховском гидроузлах компоновочно-конструктивной схемы водосбросов с центральным размещением рыбопропускного сооружения и закрепленной рисбермой установлены основные недостатки реализованных решений и даны рекомендации по оптимизации данной схемы, основанные на применении порогов, уступов, горизонтальных и наклонных призматических и непризматических участков рисберм, обеспечивающих оптимальные условия для управления перемещениями рыб и захода их в рыбопропускные сооружения.

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1984. —715 с.

2. Асланова Н.Е. Экспериментальное изучение поведения рыб в потоке //Докл. ВНИРО- 1952.-Вып. 1.-С. 13-18.

3. Балык М.Г., Радаков Д.В. Опыт подводных наблюдений за рыбами у плотины Волгоградского гидроузла. //Морские подводные исследования. -М.: МГУ, 1964.-С. 495-504.

4. Баранникова И.А. Функциональные основы миграций рыб. — JL: Наука, 1975,-210с.

5. Барекян А.Ш., Скоробогатов М.А. Некоторые результаты гидравлических исследований рыбоподъемника Краснодарского гидроузла //Рыб-ное ХОЗ-ВО.-1979.- № 5.- С. 25-27.

6. Барекян А.Ш. Гидравлические расчеты рыбопропускных сооружений речных гидроузлов. Ереван, 1980.- 124 с.

7. Барекян А.Ш., Малеванчик Б.С., Скоробогатов М.А. Перспективные конструкции рыбопропускных сооружений //Гидротехническое строительство.-1988.-№ 7.- С.15-17.

8. Бирзнек О.А., Киппер З.М. Рыбопропускные сооружения. /Зарубежный опыт. -М., 1960.-53 с.

9. Ванжа В.В. Состояние гидротехнических сооружений Краснодарского водохранилища /Мелиорация земель и повышение эффект, техн. средств при орошении. Тез. док-ов науч. конф. КубГАУ. Краснодар, 2000. С.38.

10. Ванжа В.В. Анализ работы РПС на Краснодарском водохранилище /Мелиорация ландшафтов, охрана земель и водных объектов. Материалы науч. конф. сот-ков по итогам 2000 года. КубГАУ. Краснодар, 2001. С. 22—23.

11. Ванжа В.В. Исследование скоростей потока в отводящем канале Краснодарского гидроузла. /Научное обеспечение агропромышленного комплекса. Мат-лы четвертой регион, научно-практ. конф. молодых ученых. КубГАУ. Краснодар, 2002. С.233-235.

12. Ванжа В.В. Повышение эффективности работы рыбопропускного сооружения на Краснодарском гидроузле //Актуальные проблемы мелиорации на Северном Кавказе/ ФГОУ ВПО КубГАУ. - Краснодар, 2004. Вып. 407 (435).-С. 107-115.

13. Водный кодекс РФ Собрание законодательства РФ, № 47. 20 ноября1995. Ст. 105, 139 и 140.

14. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. — М.: Финансы и статистика, 1981.-264 с.

15. Вознесенский В.А., Ковальчук А.Ф. Принятие решений по статистическим моделям. М.: Финансы и статистика, 1978. - 192 с.

16. Гидротехнические сооружения: в 2 ч. /Гришин М.М., Слисский С.М., Антипов А.И. и др.; Под ред. М.М. Гришина. М.: Высшая школа, 1979. — Ч. 2.-336 с.

17. Гидротехнические сооружения /Розанов Н.П., Бочкарев Я.В., Лапшен-ков B.C. и др.; Под ред. Н.П. Розанова. М.: Агропромиздат, 1985. - 432 с.

18. Гидротехнические сооружения /Железняков Г.В., Ибад-Заде Ю.А., Иванов П.А. и др. Под ред. Недриги В.П. М.: Стройиздат, 1983. — 543 с. -(Справочник проектировщика).

19. Гидротехнические сооружения: Учеб. для вузов: в 2 ч. / Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Правдивец Ю.П. и др. Под ред. Рассказова Л.Н. М.: Стройиздат, 1996. - 779 с.

20. Голованов В.К., Поддубный А.Г. Поведение осетровых в нижнем бьефе Кочетовского гидроузла //Информ. бюлл. ин-та биол. внутр. вод.-1976.-№ 29.-С. 54-56.

21. ГОСТ 15126-80 Средства измерения скорости течения воды. Вертушки гидрометрические речные. Общие технические требования. М.: ГК СССР по стандартам, 1980. - 4 с.

22. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. -М.: Пищевая промышленность, 1979.-199с.

23. Державин А.Н. Севрюга, биологический очерк //Изв. Бакинской их-тиолопо лабор. 1922. - Т. 1. - 222 с.

24. Закон РФ «Об охране окружающей среды» Собрание законодательства РФ, № 47. 14 января 2002. Ст. 42, 43, 60 и 70.

25. Исаев А.И., Карпова Е.И. Рыбное хозяйство водохранилищ: Справ. -М.: Пищевая пром-ность, 1980.- 303 с.

26. Каменев И.А. Рыбопропускные сооружения гидроузла Бонневиль. //Рыбное хозяйство.-1980.-№> 11. -С.38-41.

27. Киппер З.М., Милейко И.В. Рыбопропускные сооружения Советского Союза. М.: Рыбное хозяйство, 1962.-73 с.

28. Кириенко И.И., Климук А.С. Исследование вертикального расширения спокойного потока на вертикальной плоскости//Гидромелиорация и гидро-тех. стр-во. Львов: Вища школа.-1976.-Вып.4.-С.42-44.

29. Кириенко И.И., Климук А.С., Щодро А.Е. Исследование кинематической структуры потока за косорасположенными уступами гидротехнических сооружений //Науч. исслед. по гидротехники в 1973 г. /ВНИИГ — Л. 1974. Т. 1.-С. 397-398.

30. Климук А.С., Щодро А.Е. Общий характер течения и кинематика потока за косорасположенными уступами гидротехнических сооружений

31. Науч. исслед. по гидротехники в 1975 г. /ВНИИГ-JI. 1976. Т. З.-С. 71-73.

32. Лапшенков B.C., Ефремов И.А. О русловых процессах в нижнем бьефе Краснодарского гидроузла //Сб. «Гидротехнические сооружения и эксплуатация гидромел. систем» /Тр. ЮжНИИГиМ. Вып.ХУ. Ростов-на-Дону, 1974.

33. Лапшенков B.C. Русловые деформации в бьефах речных гидроузлов. Автореф. дис. докт. техн. наук. Новочеркасск, 1975. - 52 с.

34. Лукашов В.Н. Методы управления поведением рыб /Лекции по курсу «Устройство и эксплуатация орудий лова».- Калининград, 1971.-140 с.

35. Лучшева А.А. Практическая гидрометрия. 2-е. изд. - Л. Гидрометео-издат, 1983.-423 с.

36. Малеванчик Б.С., Ряховская Г.Н. Рыбопропускные и рыбозащитные сооружения //В кн. Гидротехнические сооружения комплексных гидроузлов. -М., 1973. С.202-216.

37. Малеванчик Б.С. Проектирование и исследование рыбохозяйственных комплексов //Биологические основы применения рыбозащитных и рыбопропускных сооружений. М., 1978.- С. 39-41.

38. Малеванчик Б.С., Никоноров И.В. Рыбопропускные и рыбозащитные сооружения. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984.-256 с.

39. Малинин Л.К., Базаров М.И. О вертикальном распределении рыб под плотинами гидроузлов //Биология внутренних вод: Информ. бюлл. 1981.-№ 50.-С.32-34.

40. Малинин Л.К., Поддубный А.Г., Свирский А.Ш. Телеметрические исследования поведения рыб. //Материалы Всесоюз. совещания «Формирование и регулирование кормовой базы искусственных водоемов». М., 1979.

41. Малинин Л.К. Скорость миграций рыб //Рыбное хозяйство. 1973. — № 8. - С. 16-17.

42. Мантейфель Б.П. Основные направления и некоторые результаты исследований поведения рыб //Поведение рыб в зоне гидротехнических сооружений. М., 1967. - С. 5-24.

43. Мантейфель Б.П. Основные задачи на пути управления поведением рыб в целях развития рационального рыбного хозяйства //Совр. пробл. ихтиологии. М., 1981. - С. 256-264.

44. Мантейфель Б.П., Павлов Д.С., Пахоруков A.M. Биологические основы устройства рыбозащитных и рыбопропускных сооружений //Биологические основы применения рыбозащитных и рыбопропускных сооружений. — М, 1978. -С. 5-18.

45. Марти Ю.С. Некоторые итоги изучения миграций рыб советскими ихтиологами //Вопросы ихтиологии. 1967. - Т. 7. - Вып. 5. — С. 906-916.

46. Мартинсен Ю.В. Влияние течения на поведение рыбы //Рыбное хозяйство. 1940. -№ 12. - С. 32-34.

47. Михалев М.А. Гидравлический расчет потоков с водоворотом. Л. Энергия, 1971.-184 с.

48. Михеев П.А. Экспериментальные исследования рыбопропускных сооружений, расположенных в центральной части водосливного фронта. Авто-реф. дис. канд. техн. наук. М. 1981. - 23 с.

49. Никоноров И.В., Кутянина Л.Г. Рыбопропускные сооружения в СССР //Рыбное ХОЗ-ВО.-1976.- № 7.- С.26-32.

50. Нусенбаум Л.М. О поведении рыб в приплотинных участках в связи с устройством рыбопропускных и рыбозащитных сооружений //Тр. совещ. Ихтиологической комиссии. -М., 1961.-Вып. 10.-С. 235-238.

51. Нусенбаум Л.М. Разработка биологических и технических основ для устройства рыбозащитных и рыбопропускных сооружений //Рыбное хозяйство внутренних водоемов СССР.-М., 1963.-С.218-225.

52. Нусенбаум Л.М. Научные основы применения рыбопропускных и рыбозащитных сооружений и связанные с ними задачи исследования рыб //Поведение рыб в зоне гидротехнических сооружений. М., 1967. — С. 25-42.

53. Нусенбаум Л.М. К методике опытов с рыбами на моделях гидроузлов в связи с проектированием рыбопропускных сооружений //Биологические основы применения рыбопропускных и рыбозащитных сооружений. -М., 1978.-С. 191 -208.

54. Патент РФ №2245416. Рыбонаправляющее устройство рыбопропускного сооружения. МПК Е02В8/08. Авторы: Чистяков А.А., Шкура В.Н., Ван-жа В.В. Бюл. №3, 2005-01-27.

55. Павлов Д.С., Пахоруков A.M., Сбикин Ю.Н. О поведении осетровых в потоке воды в связи со строительством рыбопропускных сооружений. //Материалы научн. сессии ЦНИОРХ. -Астрахань, 1969.

56. Павлов Д.С. Особенности ориентации рыб в потоке воды. В кн. Биоло-гич. основы управления поведением рыб. М.: Наука, 1970. - С. 226-266.

57. Павлов Д.С. Оптомоторная реакция и особенности ориентации рыб в потоке воды. М.: Наука, 1970. - 148 с.

58. Павлов Д.С. Биологические основы управления поведение рыб в потоке воды. М.: Наука, 1979.-320 с.

59. Поддубный А.Г. Экологическая топография популяций рыб в водохранилищах. Л.: Наука, 1971. — 3 09 с.

60. Поддубный А.Г., Малинин Л.К., Свирский A.M. Особенности поведения севрюги в условиях вынужденного задержания под плотиной Федоровского гидроузла на р. Кубань //Вопросы ихтиологии. 1974. -Т. 14. - Вып. 5. -С. 894-902.

61. Протасов В.Р. Поведение рыб. Механорецепторы ориентации рыб и их использование в рыболовстве. М.: Пищевая промышленность, 1978.-296с.

62. Радаков Д.В. Скорости движения рыб //Скорости движения и некоторые особенности зрения рыб. М., 1964. - С. 4-28.

63. Расход жидкости в открытых потоках. Методика выполнения измерегний при помощи стандартных водосливов и лотков МИ 2122-90. Казань. Госстандарт СССР, 1991. 73 с.

64. Рекомендации по расчету гидравлических условий в зоне поисков к рыбоподъемнику Краснодарского гидроузла на р. Кубань /Шкура В.Н., Михеев П.А. Новочеркасск, 1979 г. - 28 с.

65. Румшитский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента: Справочное руководство. М.: Наука, 1971. - 172 с.

66. Ряховская Г.Н., Малеванчик Б.С. Влияние расположения входа в рыбонакопитель на эффективность привлечения рыб. //Тр. Гидропроекта.-1977. -Вып. 54.- С.103-114.

67. Скоробогатов М.А. Гидравлические режимы в рыбопропускном сооружении при непрерывном присоединении расхода вдоль лотка //Гидротехническое строительство. 1997.- № 3.- С. 50-53.

68. Скоробогатов М.А. Технические средства и технологии пропуска рыб через гидроузлы: Автореф. дис.докт. техн. наук. — Санкт-Петербург, 1997. -38 с.

69. Строительные нормы и правила. Подпорные стенки, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения: //СНиП 2.06.07-87. М.: Стройиздат, 1987- 35с.

70. Соловьева А.Г. Экспериментальное исследование планового расширения потока при наличии водоворотных зон. //Известия ВНИИГ.-1951.- Т.46.-С.33-58.

71. Справочник по гидравлическим расчетам. /Под ред. П.Г. Киселева. М.: Энергия, 1974.-313с.

72. Сукало Г.М. Исследование рыбонаправляющих порогов, устраиваемых в комплексе с рыбопропускными сооружениями. Автореф. дис. канд. техн. наук. Л.: 1984.-24 с.

73. Тихий М.И., Викторов П.В. Запасы рыб и гидростроительство. JL: Пищепромиздат, 1940.-200 с.

74. Федеральный закон «О животном мире» Собрание законодательства РФ, № 47. 24 апреля 1995. Ст. 21-22.

75. Фидман Б.А. Поле скоростей в водном потоке при внезапном увеличении глубины //Известия АН СССР, отдел технических наук, 1953.№ 4. -С.511-522.

76. Харчев Г.К. Рыбопропускные сооружения. M.-JL: Стройиздат, 1940. -212 с.

77. Чеботарев М.А. Натурные исследования зон поисков к рыбопропускным сооружениям на р. Дон //Тр. АВН. Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны. Новочеркасск. 1999. Вып. 2. С.6-13.

78. Чеботарев М.А. Конструирование подходных участков к рыбопропускным сооружениям на основе рыбонаправляющих уступов и сопрягающих пандусов. Автореф. дис.канд. техн. наук. Новочеркасск — 2000. 24 с.

79. Чеботарев М.А., Михеев П.А. Закономерности распространения привлекающего рыбу потока в условиях непризматических русел //Сб. ст. Гидротехнические сооружения и русловая гидротехника. Новочеркасск. 1983.— С. 83-89.

80. Чеботарев М.А., Шелестова Н.А. Результаты обследования зоны поиска к рыбопропускному сооружению Краснодарского гидроузла //Тр. АВН. Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны. Новочеркасск. 2001. Вып. 3.- С. 105-109.

81. Чистяков А.А. Повышение эксплуатационных показателей рыбопропускных шлюзов и рыбоподъемников. Автореф. дис.канд. техн. наук. Новочеркасск, 1990.-С.24.

82. Шелестова Н.А. Гидравлика рыбонаправляющих порогов, устраиваемых на подходных участках к рыбопропускным сооружениям. Автореф. дис.канд. техн. наук. JI 1987. - 23 с.

83. Шелестова Н.А. Исследования работы рыбонаправляющих порогов в сложных наносных условиях //Сооружения рыбопропускных и рыбозащит-ных комплексов. Сб. науч. тр. Новочеркасск, 1987. С. 67-78.

84. Ширшов А.Н. Движение потока за уступами //Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. 1960. — № 3.

85. Шкура В.Н. Экспериментальные исследования по использованию гидравлических условий в зоне поисков для повышения эффективности работы рыбопропускных сооружений. Автореф. дис.канд. техн. наук. Новочеркасск 1974.-28 с.

86. Шкура В.Н. Рыбопропускные шлюзы и рыбоподъемники /НИМИ. Новочеркасск, 1984.-338 с. Деп. В ВИНИТИ Минводхоза СССР.

87. Шкура В.Н. Рыбопропускные шлюзы и рыбоподъемники. Монография. М.: Энергоатомиздат,1990.-С. 136.

88. Шкура В.Н. Рыбопропускные сооружения: В 2-х ч. М— Рома, 1999 — 728 с.

89. Шкура В.Н., Михеев П.А. Гидравлические исследования сбросного сооружения и нижнего бьефа Краснодарского гидроузла в связи с работой рыбоподъемника. НИМИ. Новочеркасск, 1977. — 12 с. Деп. ЦБНТИ Минводхоза, 1978, №2.

90. Шкура В.Н., Михеев П.А. Рекомендации по расчету гидравлических условий в зоне поисков к рыбоподъемнику Краснодарского гидроузла на р. Кубань. НИМИ. Новочеркасск, 1979 г. 28 с.

91. Шкура В.Н., Михеев П.А. Гидравлический расчет параметров привлекающего рыбу потока. НИМИ. Новочеркасск, 1980. — 49 с. Деп. ВИНИТИ № 5144-80.

92. Шкура В.Н., Михеев П.А. Рыбопропускные и рыбозащитные сооружения: (Учебн. пособие) /НИМИ Новочеркасск. - 1986. - 96 с.

93. Шкура В.Н., Сукало Г.М. Об использовании донных порогов в качестве рыбонаправляющих устройств //Тр. Гидропроекта.-1982. № 80. — С. 70—72.

94. Шкура В.Н., Уманец И.К., Родионов Г.Н. О работ рыбопропускного шлюза Кочетовского гидроузла на р. Дон //Рыбное хоз-во.-1977. — № 7. — С.40-42.

95. Шкура В.Н., Усков В.И. О работе Краснодарского рыбоподъемника //Рыбное ХОЗ-ВО.-1980.- № 8.- С.37-38.

96. Шкура Вл.Н., Чистяков А.А., Коваленко Ю.И. Анализ работы рыбопропускного шлюза Фёдоровского гидроузла на р. Кубань. Новочерк. инж.-мел. ин-т. Новочеркасск, 1984. - 22 с. - Деп. в ВИНИТИ 26.11.84, ; 7527-849 Деп.

97. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя /Под обш. ред. Л.Г. Лойцянского. М.: Наука, 1969.-742с.

98. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебн. Для вузов. — М.: Энерго-атомиздат, 1991. Кн. 1 -351 е.; Кн. 2-367 с.

99. Яковлева Л.В. Практикум по гидравлике. М.: Агропромиздат, 1990.-144 с.

100. Blaxter J., Parrish В., Meadows P.S. The reaction of herring to moving obstacles.-C.E.S. Comp.Fishing Committee, 1960, № 16.

101. Brett J.K., Alderdice D.F. Research on guiding young salmon at two British Columbia field stations. Bulletin № 117, Ottawa, 1958, p. 4-28.

102. Denovan I.D. The Beechwood Fish Hoist. Engineering journal, 1962, v.45, № 3, pp 39-45.

103. Miur I.F.,Ruuxs E. Engineering research of the fish and power problem by. The Engineering journal, 1962, v.44, p. 63-67.

104. Trefethen P. Fish-passage research Rewiw of progress, 1961-1966 U.S.Dert. Intervor, U.S. Fish and Wildife Service, Bureau of Comm. Fisheries, Curcular 254 Washington, 1968, pp 1-24.