автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Рыбоотвод сетчатого рыбозащитного устройства на базе шлюзовой камеры

Р Г Б ОД

^ и 1*1

На правах рукописи

Крылова Наталья Николаевна

РЫБООТВОД СЕТЧАТОГО РЫБОЗАЩИТНОГО УСТРОЙСТВА НА БАЗЕ ШЛЮЗОВОЙ КАМЕРЫ

Специальность 05.23.07 — «Гидротехническое и мелиоративное

схроительство»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Новочеркасск -1995

Диссертационная работа выполнена в Кубанском аграрном государственном университете и в Новочеркасском инженерно-мелиоративном институте им. А. К. Кортунова.

Научный руководитель — кандидат технических наук, профессор Михеев П. А. -

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кузнецов Е. В.; кандидат технических наук, доцент Шкура В. Н.

Ведущее предприятие — акционерный проектно-изыскательский институт «Кубаньводпроект», г. Краснодар.

Защита состоится 27 октября 1995 г. в 10 часов на заседании специализированного совета К120.76.02 при Новочеркасском инженерно-мелиоративном институте им. А. К. Кортунова.

Адрес: 346409, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Пушкинская, 111.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » сентября 1995 г.

Учёный секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

В. А. Храпкоеский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Зарегулирование стока реки Кубань, нзъятиэ около 60% нормы годового стока и сброс в дельту неочищенных возвратных вод с рисового- массива привели за последние 30 лэт к сокращению естественного воспроизводства проходных и полупроходных рыб в Азово-Кубанском районе в 10—12 раз. На Кубани насчитывается более 400 водозаборных сооружений, из которых свыше 380 — мелиоративного назначения. Рыбозащитные устройства на кубанских'водозаборах представлены в основном экранными заграждениями, практически не защищающими раннюю молодь рыб, доля которой, включая личинки, в общем объёме скатывающейся по реке Кубань молоди рыб составляет более 80%.

За многолетнюю историю создания рыбозащитных устройств, как в России, так и за рубежом, инженерами разработано большое количество различных конструкций. Однако их эффективность пока остаётся низкой и не удовлетворяет требованиям охраны рыбных запасов.

Очень важным является вопрос отвода защищаемых рыб за пределы водозаборного сооружения, так как далеко не всегда удаётся осуществить самотёчный рыбоотвод. Отведение молоди рыб требует специального внимания, потому что эффективность многих действующих конструкций рыбоотводов низка. Эффективность вакуумных рыбо-перекачивающих устройств, предложенных А. Д. Колесниковым и нашедших широкое применение на низконапорных водозаборных гидроузлах, расположенных в низовьях р. Кубань, по данным управления «Кубанрыбвод» составляет 6%. ^ , ^

Одним из основных факторой, влияющих на вновь разрабатываемые конструкции рыбоотводов, должны быть знания по биологическим осйовам рыбозащиты. С учётом этого фактора были сформулированы цели и задачи данной диссертации.

Цоль и задочи исследований. Цель работы состояла в разработке конструкции рыбоотвода, позволяющей осуществлять отвод защищаемых рыб за пределы водозабора с эффективностью не менее

70%, в получении расчётных зависимостей для определения параметров конструкции и в разработке методики её расчёта.

Исходя из поставленной цели работы, требовалось решить следующие задачи: исследовать причины гибели молоди рыб на сетчатом заградителе, провести исследования скоростного режима и вертикального распределения молоди рыб в подводящем лотке, разработать конструкцию рыбоподъёмного устройства, отвечающего требованиям, предъявляемым к рыбозащитным сооружениям, исследовать гидравлические процессы в рыбоподъёмном устройстве, разработать методику расчёта конструкции, провести производственные испытания разработанной конструкции рыбоподъёмного устройства, определить её эффективность и разработать практические рекомендации для производства по её эксплуатации. -

Научная новизна* теоретическая и практическая значимость. Разработана новая конструкция рыбоподъёмного устройства (а. с. №1521815), представляющая собой рыбоподъёмную шлюзовую камеру (РШК), получены расчётные зависимости для' определения оптимальных параметров РШК и методика её расчёта, разработана программа для расчёта на ПЭВМ рыбоподъёмной шлюзовор камеры и её элементов.

Использование разработанной конструкции рыбоподъёмного устройства в составе рыбоотвода экранных заградителей позволит значительно повысить эффективности рыбозащитного сооружения.

Опытно-производственный образец рыбоподъёмной шлюзовой камеры построен и эксплуатируется на рыбозащитном сооружении головного водозабора насосной станции № 1 Черноерковского эксплуатационного мелиоративного филиала ФГСП «Кубаньводэксплуатация». Годовой экономический эффект от эксплуатации РШК составил 1119 тыс. руб. в ценах 1934 г.

Конструкция РШК, методика её расчёта и рекомендации по эксплуатации использованы акционерным проектно-изыскательским институтом «Кубаньводпроект» в трёх проектах реконструкции рыбоза-

щитных сооружений водозаборов Черноерковского эксплуатационного мелиоративного филиала: нсосной станции № 2, насосной станции № 3 и самотёчного магистрального канала. Ожидаемый годовой экономический эффект составит 3357 тыс. руб. в ценах 1984 г.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на научно-практической конференции «Актуальные вопросы изучения экосистемы бассейна Кубани», г. Краснодар, 1988 г.; на конференциях профессорско-преподавательского состава Кубанского аграрного государственного университета 1987—1995 г.г.; на научно-практической конференции «Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве», г. Новочеркасск, 1989 г.; на конференции НИМИ и городской организации общества «Знание» «Повышение эффективности использования и экологической защищённости мелиоративных систем», г. Новочеркасск, 1991 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в семи работах, включая авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и практических рекомендаций производству, списка литературы из 138 наименований и 4 приложений. Основная часть работы содержит 172 страницы машинописного текста, включая 48 рисунков и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, научная новизна, практическая значимость работы, сформулированы цель и задачи исследований, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведён анализ принципов, способов и мероприятий рыбозащиты, приведены характеристики конструкций рыбоот-водов, отмечены их преимущества и недостатки, изложены принципы проектирования рыбоотводящих устройств.

Наиболее распространёнными конструкциями рыбозаградитель-ных устройств как в СНГ, так и в США, Канаде и других странах, являются различного рода сетчатые 'заградители с отводом молоди рыб, отошедшей от защитного полотна (А. М. Большое, 1978; Б. П. Мантей-фель, 1970)

При отсутствии командования рыбосборного бассейна над водоё-мом-рыбопрйёмником рыбоотводящий тракт, выполняется с принудительным переводом рыб на командные отметки (А. С. Цыпляев, 1979; Д. С. Павлов; А. М. Пахоруков, 1983; П. А. Михеев, 1994).

Для принудительного отвода молоди рыб от рыбозаградителей в составе узла рыбоотвода применяются различные рыбоподъёмные устройства: специальные насосы типа РБ, кольцевые эжекторы и вакуумные устройства, шнековые рыбоподъёмники, осевые насосы и др.

Основным недостатком принудительных рыбоотводных трактов является травмирование молоди рыб при прохождении через вышеуказанные подъемные устройства (П. А. Михеев, 1934).

I

Многочисленными исследованиями установлены три основные причины травмирования и гибели молоди рыб (И. И. Рипинский, 1991): механически^ травмы вследствие ударов об элементы подъёмных устройств; травмы, обусловленные явлением кавитации во всасывающем трубопроводе; травмы, вызванные резким изменением давления внутри устройства.

Для уменьшения вероятности травмирования молоди рыб рыбо-перекачивающие устройства должны быть низконапорными, низкооборотными, с отрицательной высотой всасывания. Насосы, отвечающие этим требованиям и предназначенные для принудительного отвода молоди рыб, промышленностью не выпускаются (П. А. Михеев, 1994). Поэтому необходима разработка и исследование новых конструкций рыбоподъёмных устройств, которые должны не оказывать отрицательное воздействие на молодь рыб, быть надёжными в работе, конструктивно простыми и изготовлены из материалов, не вызывающих загрязнение биосферы. Предпочтение должно отдаваться устрой-

ствам, организующим течение воды таким образом, что молодь рыб не проходит через их рабочие органы (А. И. Исаев, Е. И. Карпова, 1989).

Во второй главе указаны цель и задачи натурных исследований, приведена характеристика исследуемого объекта, изложены методика и результаты исследований.

Натурные исследования проводились на рыбозащитном сооружении (РЗС) головного водозабора насосной станции № 1 Черноерков-ского эксплуатационного мелиоративного филиала (ЧЭМФ) ФГСП «Кубаньводэксплуатация». Водозабор осуществляется из р. Протоки в районе х. Галицын Славянского района Краснодарского края. Расход водозабора составляет 18 м3/с. РЗС расположено на правом берегу подводящего канала на расстоянии 50 м от реки Протоки и представляет собой сетчатый заградитель с рыбоотводом. Для принудительного подъёма молоди рыб на командные отметки используется вакуумное рыбоперекачивающее устройство, включающее 4 цистерны ёмкостью 57 м3 каждая и вакуумную насосную станцию.

В состав исследований входили: исследования скоростного режима в рыболодводящем лотке и вертикального распределения в нём молоди рыб, а также причин гибели молоди рыб на сетчатом заградителе.

Обработка ихтиологических проб проводилась по методике Л. Ф. Коблицкой. Замеры скоростей производились по оси потока в подводящем лотке на вертикали гидрометрической вертушкой ГР-55 основным способом в двух створах, расположенных на входе и выходе из лотка.

Глубина воды Н в лотке изменялась от 2,4 до 3,5 м, что соответствует минимальному и максимальному уровням воды в нём. В створе, расположенном на входе в лоток, скорости изменялись от 0,21 м/с при Н = 2,4 м до 0,16 м/с при Н = 3,5 м, что явно недостаточно для эффективного отвода молоди рыб от сетчатого заградителя. Кроме того, наблюдался обратный ток воды в рыбоподводящем лотке в течение 3 мин 25 с, формирующийся в результате несвоевременного

срабатывания обратных клапанов на всасывающих линиях вакуумных цистерн с поверхностной скоростью 0,12 м/с. Проведённые гидравлические исследования свидетельствуют об отсутствии необходимых гидравлических условий для эффективного отвода защищаемой молоди рыб от сетчатого заградителя/ вследствие чего молодь рыб прижимается потоком воды к сетчатому полотну рыбозаградителя исключительно на последних кассетах, что совпадает с данными Д. С. Павлова и А. М. Пахорукова.

Отлов молоди рыб проводился в подводящем лотке РЗС ловушкой, выполненной из газа № 13, устанавливаемой в створе, расположенном на выходе из лотка. Размеры входного отверстия ловушки 1 х 0,75 м. Ловушка устанавливалась фиксированно на глубине 0...0.75 м; 0,75...1,5 м; 1,5...2,25 м; 2,25...3,0 м. Исследования проводились в I и III декадах июня 1987 г. с 0 час. до 24 час. при глубине воды Н в подводящем лотке 3 м в период интенсивного ската молоди судака и сазана. В исследованиях, проведённых в конце I декады июня, преобладал скат молоди судака с длиной тела от 0 до 30 мм, в III декаде июня — скат молоди сазана длиной тела от 10 до 30 мм. Была определена концентрация молоди рыб в рыбоподводящем лотке в поверхностных слоях, в толще и у дна.

Натурные исследования РЗС насосной станции № 1 ЧЭМФ показали, что условия отвода молоди рыб от рыбозащитного экрана не отвечают существующим требованиям в силу того, что в рыбоотводе отсутствуют увлекающие молодь рыб скорости, а также вследствие изменений гидравлического режима в рыбоотводе, вызванных несовершенством его конструкции. В скате преобладает поверхностное распределение молоди рыб и в толще на глубине до 1,5 м; явно выражена суточная неравномерность распределения молоди рыб с полным отсутствием ската с 12 до 17 часов. Низкая эффективность (6%) вакуумного рыбоперекачивающего устройства определена сотрудниками управления «Кубанрыбвод».

Выполненные исследования указывают на необходимость реконструкции рыбоотводящего устройства и оптимизации условий эксплуатации сооружения в целом.

В третьей главе дано описание конструкции рыбоподъёмного устройства, которое представляет собой шлюзовую камеру с побудительным элементом а виде гибкого рукава из эластичной ткани с частой мелкой перфорацией. Камера снабжена системой подачи и отвода воды, затвором, перекрывающим входное отверстие. Конструкция защищена авторским свидетельством (а. с. № 1521815).

В ходе исследований и дальнейшего совершенствования конструкции, учитывая сложность изготовления отдельных узлов, побудительный элемент в виде гибкого рукава был заменён плавающим контейнером с сетчатым дном. Новая конструкция рыбоподъёмного устройства представлена на рис 1.

Конструкция рыбоподъёмного устройства представляет собой шлюзовую камеру 1, имеющую входное, перекрываемое затвором 2 и выходное 3 отверстия; плавающий контейнер 4, продольные стенки которого выполнены из понтонов 5, а дно б и торцовая стенка 7 со стороны входного отверстия — из сетчатого полотна. Сетчатое дно располагается под углом к выходному отверстию, тангенс которого равен отношнию величины переливающегося слоя на гребне водослива (выходного отверстия) к длине камеры с целью недопущения оголения дна контейнера. Контейнер установлен с возможностью вертикального перемещения по направляющим 8, фиксации в нижнем положении и ограничения всплытия упорами 9. Для фиксации контейнера в нижнем положении предусмотрены шестерни 10, 11, установленные в верхней и нижней частях камеры, через которые проходит цепь 12, пропущенная через трубу 8, из которой выполнены направляющие. Концы цепи жёстко закреплены в верхней и нижней частях -понтонов 5. Для остановки движения контейнера предусмотрен фиксатор 13. Камера снабжена устройством для регулирования уровня воды в ней, которое состоит из насоса 14, оборудованного всасывающим трубопроводом 15,

Рыбоподъемное устройство

9 10 13 3

I- шлюзовая камера; 2- затвор; 3- выходное отверстие; 4- контейнер; 5-понтон; 6- сетчатоз дно; 7 -'торцовая стенка; В- направляющие; 9 - упоры; 10,11- шестерня; 12-цепь; 13- фиксатор;14-насос;15- всасывающий трубопровод; 15,17,1« - напорные трубопроводы; 19 -эжектор; 20 - обратный клапан;21- сетка; 22-патр\гбок;- 23-няпорный трубопровод э»сектора; 24, ЛЪ задвижки; 26-рыбпотводной лоток; 27 -рнбо-

Г!ОДРОДЯ!!(ИЙ ЛОТОК.

напорным трубопроводом 16, подающим воду в камеру по трубопроводу 17 и для работы эжектора 19 по трубопроводу 18. Трубопроводы оборудованы задвижками 24, 25. Эжектор забирает воду из патрубка 22, установленного в нижней части камеры, через отверстие 21, оборудованное сеткой. Вода от эжектора отводится в рыбоотводной лоток 26 по трубопроводу 23.

Работает устройство следующим образом. По рыбоподводящему лотку 27 молодь рыб поступает от сетчатого заградителя к рыбоподъёмной шлюзовой камере 1. Контейнер 4 находится в крайнем нижнем положении, фиксатор 13 опущен. Открывается затвор 2 и вода вместе с молодью рыб и мелким плавающим мусором начинает поступать в камеру. Включается насос 14 при закрытых задвижках 24, 25 на напорных трубопроводах 17, 18. Вода поступает в насос, имеющий положительную высоту всасывания, по всасывающему трубопроводу 15, оборудованному обратным клапаном 20. Открывается задвижка 25, вода от насоса 14 по напорным трубопроводам 16, 18 поступает на эжектор 19, который откачивает воду из патрубка 22, присоединённого к шлюзовой камере 1, обеспечивая постоянный приток воды из рыбоподводя-щего лотка в камеру. Над сетчатым дном 6 контейнера 4 поддерживается необходимый по условиям рыбозащиты слой воды. По истечении допустимого времени пребывания молоди рыб в камере закрывается затвор 2. Открывается задвижка 24, а задвижка 25 закрывается. По напорным трубопроводам 16, 17 вода поступает в камеру через патрубок 22. Фиксатор 13, изменяющий своё положение с изменением положения затвора, поднимается вверх, контейнер начинает всплывать вслед за поднимающимся уровнем воды в камере. В верхней части камеры установлены упоры таким образом, что дно остановившегося контейнера находится на отметке порога выходного отверстия. Вода продолжает поступать в камеру до тех лор, пока молодь рыб полностью не выйдет из камеры в рыбоотводной лоток 26. После этого задвижка 24 закрывается, а задвижка 25 открывается, эжектор начинает откачивать воду из камеры. Контейнер возвращается в крайнее нижнее

Технологическая схема работы НЖ

5

2 /X*

~_£7 и. \

г/г 1и /// П) 2 ¿о- III l/J III III> ' А Г^ЙА -Ш ^

а - заполнение камерн; б- подъом контейнера и ьыход молоди рыб; в- опорожнение камеры;

водозябпр

отек-тор . падоитея

Ч>о?м)яТ|!>:м ( ] - чалое

10

Рис. 2.

положение и фиксируется. Окрывается затвор 2 и цикл повторяется сноза. Для непрерывности отбора молодя рыб предусмотрено две и более камеры. Технологическая схема работы РШК представлена на рис. 2.

Для увеличения увлекающих молодь рыб скоростей в рыбоподво-дящем лотке рекомендуется отбор воды из камеры насосом через специально предусмотренный всасывающий трубопровод, присоединённый к патрубку 22 с последующей подачей воды на эжектор 19.

Для создания оптимальных условий входа молоди рыб в рыбоподъёмную шлюзовую камеру, позволяющих избежать соударения молоди рыб с элементами конструкции РШК, предложены расчётные зависимости для определения минимального слоя воды над дном контейнера и минимальной длины камеры в зависимости от высоты поступающего в камеру слоя воды и высоты падения струи при различных режимах работы затвора, перекрывающего входное отверстие.

Для расчёта толщины слоя воды над дном контейнера, необходимого по условиям рыбозащиты, предложена зависимость:

t > L • Sin 0, м; (1)

где L — длина растекания струи, м; © — угол входа струи в воду,

Длина растекания струи определялась по формуле Е. А. Замари-на, в которую были внесены необходимые поправки в части допустимых скоростей, учитывающие изменение области применения:

L = 1,4q-lg-^-, м; (2)

d • Vflon ¡

где q—удельный расход через водозаборное отверстие,м3/с; VBX — скорость входа струи в воду, м/с; V.on — допустимая скорость для молоди рыб

(Vn<V,M/c; а —числовой коэффициент, принимаемый равным 0,7...0,3.

При определении длины камеры X рекомендуется выполнять условие:

X > Х0 + Х-) + Х2, м; (3)

где Х0 — расстояние от верховой грани водосливной стенки до сжатого сечения (Х0 я 0,3 Н0), м; Х1 — дальность полёта частицы воды (от сжатого сечения до места падения струи в воду), м; Х2 — горизонтальная проекция L, (Х2 = L • Cos ©), м.

Решена задача по увязке режимов работы затвора и насосной установки. Для определения расстояния от нижней кромки входного отверстия до уровня «мёртвого» объёма в камере Р1 при поступлении воды с молодью рыб и мелким плавающим мусором в РШК в случае, когда уровень воды в подводящем лотке ниже отметки верхней кромки входного отверстия (истечение через водослив с тонкой стенкой) и при движении затвора вниз, получена зависимость:

г> - 2т' Ь • -/^tp У3'5" Т2,5 - 2,50рЫб • t3 • V3 P1---gg--, MI (4)

где т — коэффициент расхода водослива; b — ширина водослива, м; g — ускорение свободного падения, м/с2; V3 — скорость движения затвора, м/с; Т — время полного открытия затвора от уровня воды в подводящем лотке до отметки нижней кромки водозаборного отверстия, с; С5рЫб — расход воды через одну камеру, м3/с;

t3 — время полного открытия задвижки на напорном трубопроводе насоса, с;

V3 — скорость открытия задвижки, м/с.

S — площадь поперечного сечения камеры, м2.

= «З'с; (5)

где Qpbl6 = (0,05,..0,1)QB, м3/с (QB — расход водозабора); пк — количество камер.

2 < пк < (6)

где Огпах и <Эт,п — соответственно максимальный и

минимальный расходы водозабора.

Если технологической схемой работы рыбоподъёмной шлюзовой камеры предусмотрена работа водосливной стенки в режиме, отверстия, который будет иметь место при уровне воды в подводящем лотке выше отметки верхней кромки водозаборного отверстия, то при постоянном уровне в подводящем, лотке расстояние от нижней кромки входного отверстия до уровня «мёртвого» объёма в камере Р! определяется:

а) при ходе затвора вниз:

г [(Уз - т + 2С)16 ■ (ЗУ3 • т - 4С) + 39,бС"1 - 0,50^ ■ 13 ■ V;

я, = о, 13ц • Ьл/д1---:—.м; (7)

где С — расстояние от верхней кромки водозаборного отверстия до уровня воды в подводящем лотке, м;

б) при ходе затвора вверх:

г Г(2К - -т)1'6 • (ЗУ3 ■ Т + 4К) - Нзк"1 - 0,50'рьЛ . 13 ■ ^

= 0,13ц • Ьд/д1-^д-J-, м; (8)

где К — расстояние от нижней кромки водозаборного отверстия до уровня воды в подводящем лотке, м.

ц — коэффициент расхода отверстия. Продолжительность цикла работы одной камеры Т0:

т0 = тп + топ; о)

где Тп — допустимое время пребывания молоди рыб в камере, которое принимается равным /

допустимому времени пребывания молоди рыб в экстремальных условиях (Тп = 0,7 часа); Топ —время опорожнения камеры.

При этом должно быть соблюдено условие:

ТП>Т + Т, + Т2 + Т3, (10)

где Т — время открытия затвора;

Т1 — время наполнения камеры;

Т2 — время выхода молоди из камеры;

Т3 — время накоплния молоди рыб в камере.

В случае поступления воды с молодью рыб и плавающим мусором в РШК через водослив с тонкой стенкой, с учётом поправок, формула (2) принимает вид:

\0,5"

L = К-Н1,5 - lgj^K1 • (1,17Н + Pj0,5

, м; (11)

где К, К1 — коэффиценты, соответственно равные 2,60 м"°.5 и 121,43 м"0'5;

при этом минимальная глубина воды над дном контейнера определяется:

t = K-H1'5-Sin0-lg(K2-Vj, м; (12)

где К2 — коэффициент, равный 28,57 с/м;

длина камеры:

Х>0,ЗН + Х1+2,6Нг5-Cos0-lg(28,57VBX), м. (13)

Для определения параметров РШК при поступлении воды с молодью рыб в камеру через отверстие получены зависимости:

L = К3 • D • Нд5 • lg(K2 • VBX), м; (14)

t = K3 D HS'5-Sin©-lg(K2-Vj, м; (15)

где D — высота отверстия, м;

К3 — коэффициент, равный 3,96 м-0'5

X > 0, ЗНо + X, + 3.96D • н£5 • Cos© • ^(.28,57^), м, (16)

По формулам (12), (13) построена номограмма для определения минимальной толщины слоя воды t над дном контейнера и минимальной длины камеры в зависимости от отношения высоты падения струи Pv к напору на водосливе Н (см. рис. 3).

I

14

Номограмма для определения параметров РШК при заборе воды через воцослив о тонкой стенкой

Номограмма для определения параметров ННК при заборе воды через, отверстие

й 3 2 Е

ю о ю О ю

с\г (V Ь-Ч ни о

и II II II II

о о О о

ж ж ж ж к

'г й ЕЕ Е Е Е Е Е

Ю Ю О о ю ю о ю о

О О ьн *—< с^ ол

II II II I! II II II II .11

12 II 10 9 87 6 5 4 3 0 12 3 4 56 7 1-график

9 10 II 12 13 (Х0+Х)м

2- график У=|(К0+Х,) , ' . 3- график $ (£) Рис. 4. .

На основании формул (15), (16) построена номограмма, на которой представлены графики y = f(t), у = f(ST2), у = f(x0 +х,) (см. рис. 4), где t = t/œ, (xj) = х2/ш, (со — площадь отверстия, м2);

У = Р, + îl + м. (П = 0,11Н0; h0 = 0,67Н0),

Длина камеры определяется:

Х>(Х0 + Х1)+Х2.

В четвёртом главе сформулированы цели и задачи экспериментальных исследований, дано описание экспериментальной установки, изложены методика и результаты исследований.

Основной целью экспериментальных исследований было: изучение формирования потока на подходе к рыбоподъёмной шлюзовой камере,. определение оптимального соотношения конструктивных элементов РШКдля эффективного отбора молоди рыб и мусора из подводящего лотка; установление оптимальных режимов работы водозаборного устройства PLUK при различных уровнях воды в подводящем лотке.

Экспериментальная установка представляет собой гидравлический поток шириной 0,3 м и высотой 0,6 м. Вода подаётся в лоток от насосной станции. В лотке устанавливалась модель водосливной стенки РШК, ^выполненная в масштабе 1:7 (минимальный масштаб моделирования 1:28), имеющая прямоугольное отверстие шириной 0,143 м и высотой 0,107 м, перекрываемое затвором. Нижняя кромка отверстия располагалась на высоте 0,148 м, 0,215 м и 0,278 м от дна лотка.

Для выявления гидродинамических характеристик потока по его оси в различных точках измерялись скорости потока с помощью микровертушек М. И. Бирицкого.

Для эффективной работы РШК необходимо осуществлять отбор воды с плавающим мусором и молодью рыб как из поверхностных, так и из глубинных и придонных слоев.

При уровне воды перед водосливной стенкой ниже отметки верхней кромки водозаборного отверстия имеет место истечение через не-затопленный водослив с тонкой стенкой. Исследования скоростного ре-

жима проводились в зоне влияния водослива на расстоянии 5 Нм от водосливной стенки (Нм — напор на гребне водослива) при 3-х высотах порога вдослива Р1М = 0,148 м; Р2М = 0,215 м и Рзм = 0278 м и 3-х значениях напора на гребне водослива Н1М = 0,035 м; Н2М =0,07 м; Нзм = 0,105 м. Были измерены скорости потока в пяти створах, расположенных на расстояниях Нм; 2НМ; ЗНМ; 4НМ и 5НМ от водослива детальным способом.

В случае, когда уровень воды перед водосливной стенкой выше отметки верхней кромки входного отверстия, имеет место истечение воды через незатопленное прямоугольное отверстие. Аналогично вышеизложенному были измерены скорости по оси потока с помощью микровертушки в створах, расположенных на расстояниях Ном; 2Н0М; ЗН0М; 4Н0М; 5Н0М от водосливной стенки (Ном — напор над центром отверстия). Исследования проводились при трёх значениях Ном = 0,086 м; 0,120 м и 0,155 м.

Была произведена обработка результатов измерений скоростей, которые затем были представлены в виде эпюр скоростей натурной установки.

Для выбора' оптимального соотношения напора на гребне водослива и высоты порога водослива, а также исключения «мёртвой» зоны перед водосливной стенкой, построены графики относительной характеристики потока при истечении через водосливную стенку РШК. для* увлекающих молодь рыб скоростей V, = 0,15 м/с; У2 = 0,2 м/с; Уз = 0,25 м/с; Ул = ДЗ м/с в пяти вышеуказанных створах. На этих графиках по оси абсцисс представлены отношения напора на гребне водослива Н к высоте порога водослива Р, а по оси ординат — относительная глубина = (И-! — глубина пограничной линии с увлекающей молодь рыб скоростью, И — глубина подходного потока).

Анализируя полученные зависимости, можно сделать выводы, что отбор воды с молодью рыб и мелким плавающим мусором происходит из поверхностных слоёв потока воды в подводящем лотке через водосливную стенку в РШК в режиме водослива с тонкой стенкой при

H/P > 0,15. Отбор молоди рыб как из поверхностных, так и из глубинных и придонных слоёв происходит при Н/Р > 0,25, h >0,75 для молоди с длиной тела I < 15 мм; при Н/Р > 0,35 и h > 0,75 для молоди рыб с длиной тела I < 20 мм; при Н/Р > 0,55 и h > 0,75 для молоди с длиной тела I < 25 мм; при Н/Р > 0,65 и h >0,7 для молоди рыб с длиной тела I > 30 мм. Для ликвидации «мёртвой» зоны перед водосливной стенкой РШК необходимо устройство входного порога криволинейного очертания высотой hn = h(1 - h) в рассматриваемом створе, при этом номер створа соответствует отношению расстояния от водослива L к напору на гребне водослива Н.

При выборе оптимального соотношения Н/Р следует учитывать, что с ростом Н будет увеличиваться расход через водослив, который обусловлен отбором воды из РШК насосной установкой, что в конечном итоге приведёт к увеличению как капитальных, так и эксплуатационных затрат, в частности, энергетических. Поэтому наряду с забором воды в РШК через водосливную стенку, работающую в режиме водослива с тонкой стенкой, была изучена работа сооружения в режиме не-затопленного отверстия. Проведённые постановочные эксперименты показали, что с увеличением напора над центром отверстия уменьшается поверхностная скорость на расстоянии L < Ном, увеличиваются размеры верхней «мёртвой зоны», в которой происходит скопление плавающего мусора и молоди рыб, что свидетельствует о необходимости забора воды как в режиме водослива с тонкой стенкой (основной режим), так и в режиме отверстия (дополнительный режим).

В пятой главе дано описание опытно-производственного образца рыбоподъёмной шлюзовой камеры, построенного на РЗС головного водозабора насосной станции № 1 ЧЭМФ на левом берегу р. Протоки.

Опытно-производственный образец РШК установлен в существующем рыбонакопителе. Две рыбоподъёмные камеры выполнены из типовых железобетонных блоков, имеющих плановые размеры 2 х 2 м в свету и высоту 1 м. Внутри каждой камеры расположен плавающий контейнер с сетчатым дном, который движется по направляющим,

19

I

представляющим собой трубы диаметром 3/4 дюйма. На направляющих рсположены фиксаторы. Продольные стенки контейнера выполнены из понтонов. Для регулирования уровня воды в РШК каждая камера оборудована насосом К-290/30 с эжектором центрального типа на напорной линии.

Испытания опытно-производственного образца РШК проводились с целью проверки её работоспособности, разработки практических рекомендаций производству по эксплуатации, а также определения технико-экономческих показателей, выявления и устранения недостатков конструкции.

Во время проведённых в I декаде июля 1991 г. исслледований 94% поступившей в рыбоотвод молоди рыб с длиной тела от 10 до 35 мм (сазан, судак, лещ, окунь и др.) были пересажены за I цикл работы РШК из нжнего бьефа в верхний. Травмированной и погибшей молоди обнаружено не было. Во время испытаний, проведённых ;овместно с сотрудниками управления «Кубанрыбвод» 28-29 августа 1Р91 г. (длина молоди рыб от 21 до 370 мм), отхода пересаженной РШК |\лолоди рыб не было. В результате производственных испытаний выявлена высокая эффективность конструкции (более 90%).

Для определения конструктивных параметров РШК, соответствующих технологическим требованиям, предлагается следующая методика:

— определяются исходные данные для проектирования: расположение рыбозащитного устройства, гидрологическая характеристика водоёма, видовой и размерный состав защищаемых рыб, расходы водозаборного сооружения;

— выбирается режим работы водозаборного устройства РШК на основании анализа исходных данных;

— определяется оптимальное количество рыбоподъёмных шлюзовых камер, площадь поперечного сечения РШК, марки насосов, диаметры трубопроводов, размеры эжекторов и плавающих контейнеров;

— рассчитываются по формулам или определяются по номограммам минимальный слой воды t над дном хонтейнера в период открытия затвора, длина X и ширина камеры О, проверяются гышеуко-занные параметры при полном открытии затвора, производится увязка режимов работы затвора и насосной установки, определяется продолжительность рабочего цикла РШК;

— по графикам выбирается оптимальное соотношение Н/Р на сходе в РШК; , v

— определяются координаты входного порога криволинейного очертания;

— в случае работы водосливной стенки РШК как в режиме водослива с тонкой стенкой, так и в режиме отверстия, расчёты выполняются для обоих вариантов, ббльшие значения принимаются за расчётные.

Предложенная методика расчёта, как показали производственные испытания, обеспечивает плавный вход молоди рыб в камеру, подъём её на командные отметки и транспортирование за пределы РШК.

Эксплуатация рыбоподъёмной шлюзовой камеры заключалась в текущем ремонте и консервации оборудования на зимний период.

Производственные испытания показали, что рыбоподъёмная шлюзовая камера отвечает основным требованиям, предъявляемым к рыбоподъёмным устройствам РЗС с рыбоотводом.

Годовой экономический эффект от эксплуатации РШК на рыбоза-щитном сооружении насосной станции № 1 ЧЭМФ ФГСП «Кубаньвод-эксплуатация» составил "1119 тыс. руб. в ценах 1384 г.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Как показал анализ литературных источников и проведённые исследования, основным недостатком принудительных рыбоотзодных трактов является травмирование молоди рыб при прохождении через подъёмные устройства. Поэтому необходима разработка и исследование новых более эффективных конструкций рыбоподъёмных устройств.

2. Натурные исследования РЗС насосной станции № 1 Черноер-ковского эксплуатационного мелиоративного филиала ФГСП «Кубань-Бодэксплуатация» показали низкую эффективность сооружения, которая в значительной степени связана с несовершенством конструкции рыбоотвода. Для устранения указанных недостатков необходимо прог извести реконструкцию рыбоподъёмного устройства, эстакады для обслуживания сетчатого полотна и восстановить проектные размеры' сетчатого полотна, что обеспечит более эффективную работу РЗС.

3. Для повышения эффективности работы рыбозащитного сооружения разработана конструкция рыбоотвода сетчатого РЗУ на базе шлюзовой камеры и технологическая схема работы РШК,

4: Проведены экспериментальные лабораторные и натурные исследования рыбоподъёмной шлюзовой камеры. Получены расчётные зависимости, графики, номограммы для оптимизации параметров элементов РШК и разработана методика её проектирования.

5. Разработана программа для определения на ПЭВМ оптимального количества, размеров и оборудования рыбоподъёмной шлюзовой камеры в составе сетчатого РЗУ.

6. Разработана конструкция (а. с. № 1521815) рыбоподъёмного устройства на базе шлюзовой камеры. Подготовлена техническая документация рыбоподъёмной шлюзовой камеры, построен действующий опытно-производственный образец РШК на головном водозаборе насосной станции № 1 ЧЭМФ ФГСП «Кубаньводэксплуатация».

7. Рыбоподъёмная шлюзовая камера рекомендуется для использования в составе сетчатых РЗУ водозаборных узлов с принудительным рыбоотводом.

РШК обеспечивает шлюзование молоди рыб длиной тела от 12 мм и более с эффективностью 90%. Годовой экономический эффект от эксплуатации рыбоподъёмной шлюзовой камеры на РЗС насосной стнции № 1 ЧЭМФ составил 11тыс, руб.Сценах 1984 V.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Аракельян Л. В., Крылова Н. Н., Янке В. Э. и др. Исследование скоростного режима на входе в рыбоподъёмную шлюзовую камеру водозаборного сооружения. //Тр./ Кубан. СХИ. — 1987. — Вып. 274 (302). — С. 23-29.

2. Аракельян Л. В., Крылова Н. Н., Тимофеев Г. И. Математическая модель оптимизации количества, размеров и оборудования рыбоподъёмных шлюзовых камер РЗУ. //Тр./ Кубан. СХИ. — 1990 — Вып. 311 (339). — С. 30-40.

3. Крылова Н. Н. Результаты исследования работы элементов рыбозащитного сооружения // Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве. — Новочеркасск, 1989. — С. 238.

4. Крылова Н. Н. Исследования работы рыбоподъёмной шлюзовой камеры. // Повышение эффективности использования и экологической защищённости мелиоративных систем. — Новочеркасск, 1991. — С. 62-63. -

5. Крылова Н. Н., Аракельян Л. В. Рыбозащитныё сооружения ннзконапорных водозаборных узлов реки Кубани // Актуальные вопросы изучения экосистемы бассейна Кубани. — Краснодар, 1988. — С. 212-215. "

6. Крылова Н. Н., Аракельян Л. В. Пелюшенко Н. И. Анализ некоторых элементов эксплуатационного состояния РЗС насосной станции № 1 ЧОРС //Тр./ Кубан. СХИ. — 1989. — Вып. 298 (326). — С. 20-25.

7. А. с. 1521815 СССР, AI МКИ3 Е 02 В 8/08. Рыбоподъёмное устройство. / В. В. Шишкин, Н. Н. Крылова, М. В. Михайленко, Л. В. Аракельян; Кубан. СХИ. — № 4327868. Заявлено 05. 08. 1987; Опубл. 15. 07. 89, Бюл. № 42.