автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Совершенствование конструкций и методов расчетакрупных каналов при образовании волновых явлений

доктора технических наук
Заиров, Хайрулла Ишанкулович
город
Москва
год
1992
специальность ВАК РФ
05.23.07
Автореферат по строительству на тему «Совершенствование конструкций и методов расчетакрупных каналов при образовании волновых явлений»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование конструкций и методов расчетакрупных каналов при образовании волновых явлений"

Щ, "СГ ч п я ?

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ИЗЫСКАНИЯМ, ИССЛЕДОВАНИЯМ, ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ И МЕЛИОРАТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ В СССР

И ЗА РУБЕЖОМ

,СОВ И Н ТЕРВО Дц

На правах рукописи

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник 3АИРОВ Хайрулла Ишаниулович

Совершенствование конструкций и методов расчета крупных каналов при образовании волновых явлений

05.23.07—Гидротехническое и мелиоративное

строительство

Д И С С Е Р Т А Ц И Я

на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного докл^аЗ по совокупности опубликованных работ

М о с а в а — I 9 9 2

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Среднеазиатском научно-исследовательском институте ирригации и институте Водных проблем Академии Наук Республики Узбекистан

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

БОЛЬШАКОВ В. А.

Доктор технических паук, профессор, члсн-корр. АСХН РФ и Р Уз МУХАМЕДОВ Л. М.

Доктор технических наук МЕЛЬНИК В. Г.

Ведущая организация—институт „ 'ГАШГИДРОПРОЕКТ"

Защита состоится „ 6 " 1992 г. в час.

на заседании специализированного совета Д.099.08.01 при Производственном объединении по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в СССР и за рубежом „СОВИНТЕРВОД" по адресу: 129344 Москва, .улица

Енисейская, дом 2.

Научный доклад разослан „ У " 1992 г.

С диссертацией и работами, положенными в ее основу, можно ознакомиться в библиотеке „СОВИНТЕРВОД*.

Учений с с кр е т о. р л Специализированного совета к. т.н., с.н.с.

ЗАДНЕПРЯНЕЦ В. С.

<Ж!Ля ХАРлггш:спа{л рлтти

А к г у а л l о о с í ь п р о 6 л е к и. После,четверть века характеризуются освоение:.: в арндикх зонах круптз: срааама г.щсспеов, строительством ушигалышх, расчкгашлк i:o 300*500 г.,3/с води гидротехнических ccopyucüiijj - иошних и се;.:о?ечык ш-лов, i.'acocíjiij: с та jay J], водозаборов.

Спит эксплуатации крушат* t.'üLximux каналов таких,например, raí: íápniucniij, ¿.'.ycyxapcniil, са;.:отечкш каналов - глк голодностспсккй, 3¿m.n;y¡.rn:ij показцзает, что образугцхеся в ¡use волиовие яплелкя- волки ncpe:.:ci,cmui и сотрсико велга, oi:23i233Kr значительнее дш!ш.кчеш:с воздействия но гкдротешь чеспю coopji'-cm-i, отксси каналов, вкзквакг их резруиенап и разит, иерелшзи соди Через огрегдагло

Указанные негативные явлена вмзшокгсл псссвсриснстЕо:.! cjtbctbjtccí] i.xtoyuui расчета п прсoíгглцх:палил крутшх каналов» а ото привода к значительна cscropazi эксплуатационник затрата;.;, Eco ого ла^етсл подтверждение!.: актуальности coecplcücteo-епшш методов расчета крупккх ¡хлапов при обраоовошщ в ипх волношх явлегаШ, разработки ЕоллоусгоПчшщх консгрукюй запалов, способствуй^« ¡ix иоденлоЛ работе л рационально!) эксплуатации

Признание;.! актуальности данной проблем; явялссь вимоченке в план нэучно-::ссдсд>ватсл1=сп:х раЗот ГКПТ те:.:! 0.85.C6.04.0I.H7 "Разработать и прсдстошть в Цщвоххоз -СССР г.стодкку расчета иеустанокшшгося движения в главней копале переброски части стока сибирских рек... при пуске и остановке агрегатов иасос-шх станщШ ..." I

теш. 0.Е5.06.03.02.Д5 "Провоет натурные паблкдешы по определенно, параметров встровья и судовш: волн m крутшх каналах н лабораторию исследования для выбора за^типх г.срспр-:-Tilií ОХ их в03дс£ст£ця"

. Исследования по конкротнщ задача!.! втолпя.лсь по хоздоговорно!! тештшео с оксплуатациошшш ( УЗ Кароинснсго шгнегралыюго канала) и проекткши (В/О "Соозгнпроводхоэ") и другдш <ЛГП1 им.Калшшю, КазГУ ) организация«!.

k -

Цель и о а д а ч п п с с л е д о в о н и a . На основе теоретических и окамрпмокталышх (натурных и лабораторных) псследоваш:;] усовершенствовать существующие методы расчета, ч проектирования крзтазых глсиншх u самотечных шшлов при образовании в них неустановившихся редпмов течения воды.

Задает исследований вытекает и сходя из необходимости решим указанных проблем л состоят из двух разделов:

и о р s н ii раздел включает в себя теоретические исследована по определенна параметров воли перемещения, возни-коестс в 'блпешзс щраиягчеснш шкалах при осшювко агрегатов крупных насосных стзкцл:';; теоретические исследования закономерностей засухами raiaix волн в каналах { натурные исследования условк22 образования и параметров волн перемещения па крупных эксплуатируемся малинных каналах; лабораторные исследования кинематики и параметров волн перемещения, различных гасителей этих воли; разработка методика расчета воли персмееешш.

В i о р о й раздел икличае? натурные исследования параметров ветровых волн, возпыкаогда в крушшх запалах, изучение воздействия oi'iz: волы на откосы гикалов, сложенные пз супесчаных и суглинистых грунтов, "

• . разрабртка откосов устойчивых or воздействия ветро-

вых волн, разработка методики расчета ветровых волн в крушшх 1саналах. ■

II е т о р и и о о л е R о з а и и ii обоснованы анализом современного состояния проектирования и эксплуатации крупных ирриедионвых каналов. В теоретически исследованиях волн перемене кня использована нелинейная теория волн мелкой води для квазпустановивмегося периода и методы теоретической гпдро-рцнамикп для расчетов дкеекпацнц опергш воли перемещений. Разработана в внедрена методика выполнения натурных л модельных исследований волновых явлений на крупных действующи: каналах и их моделях с использованием современных средотв регистрации и зашел .параметров нестационарных процессов.

Научная новизна работы включает:

теоретические исследования околокритических: течении воды зз длинных призматических руслах и разработку для кзазиусгано-вившегося периода зависимостей для основных параметров волн перемещения при помоци нелинейно!! теории волн мелкой вода

е использованием, известной. !/ол<?ли 1.Серпе;

теоретический пмллм по.*учэнноЛ рдсчетноЛ ллвискмостн для высоты первого* гробня валим пегомекоиия с использованием ЭБл н с»ценил области буявствсвпння еслны;

теоретические исследования диссипации анергии волн г.ере-мекений путем исполмомния метопов теоретической гидродинамики и рнзриботко зйвисииостой с помощь» ЭЬм для расчета эптухи-. пил этих волн:

рлтрлАоТку рйсиотиЬ'Х лавис/мостеП нп основе анплиэа результатов г&ореинче^сих и вкспернмеиталы1гзс(нптурн1.,х и лп^ора-тогнкх) волк перемещения и ветров»^ воли но круп-

но! действуй юег Моделях путем тученкл особенностей

фврмиройвния, гздйя « злтух'ния |гх оснсат'Х параметров в мёыс»«№стн «яг кеМюм&'В и граничн»--* условий;

ряп работ ну' нп с г йога ?нлпт дант.тс многолетних МптурШ'Х а ЯЙ<*ОрПТСрмЫ 1?€СлеД08№И# ЕягноустоИчив!«« конструкций круп-мяшиюЛ'х-к слмотеынкх клнляоа: р^зработ^у на основе обо^енкя теоретических и экспзримен-тпйЫшх исследований методики расчет» к проектирования крупных

ВВНОЛОВ ПРМ Обр»ЗОБ>>ИИН. В НИХ' »ОЛИ персножения И ЕвТрОВ1Т4 БОЛН, ЁС& ЗТ|» ряэделй В КОЧЭСТВВ ОСНОВНУЮ положений В1 (НОСЯТСЯ

ня эоаиту

Л-й ч и п К в я л а д а решение п р о б я е м и. Представленная работа является результатом многолетних йсследосаний а&тора, оыполненнкх о СА1!Л9РИ;

Постановка проблем, форыулирозпма всех задач, поиск ИХ рзшення тесротичес^ими н эксперк»,¡витальными методами, научный и практический лир л из результатов исследований, вь-аоды еъ'Полнэ-ш лично Автором.

Экспврикеигальмкб (натурнке и лабораторное) исследования выполнялись аспирантами Дистровпа П.П., 1.'лсумоаым Р.Р. при не-Пзсрздстееинсм участий и под руководством автора.

Дйровпция роботы и публике НИИ. По оеноБИШ пило.чвниям работы деется свыше 30 публикаций &.&ЙДО нзобрз*ення п статей в научных «урналох, сборниках конгрессов (.'ЛГИ и "Докладах ВЛСХШШ". 1.!атериаяы отия публикаций я отчато.о по законченным научно-исследовательским работай ис-ЮЯЬзептш прй разработке "Руководства по определению пара-

кетроЕ потокг. при неустановившемся движении вода в кянпле" (Со-юзгипрсводхоэ), б ТЗО переброски части стока сибирских рек в бассейн Аральского моря (Соезгипроводхоз), в техно-рабочем прожекте гасителя волн перемещений в Каршинском магистральном капе ле ксГуту станциями № 2 и № 3;

в практике эксплуатации крупного канале (КМК) по борьбе с воздействием ветровых волн;

в 'Мнструкгии по проведению наблюдений за техническим состоянием крупных каналов, гидроузлов для опенки надежности1 (¡.¡инводхоз Р Уэ, 1991).

Экономический е^^кт от внедрения разработок в производство составил * 327 тыс.руб. в год (долевое участие).

сощ-ШМЕ ГАШШ

В крупных к.чцлдпх, как указано ы';::с, о(;газуг-тся, о основном, два типа волн - вол!•• • перемещения и еотгоьго р.олиг. 1'с-ходя из зтого представленная работа состоит из дгух рпдалов:

Перснй р п з д е л посвякен соБегс:снстпоьпьг.« конструкции и методов расчета крупна, каналов при о^-лзовпн!-;! в них волн перемещения. Си состоит из теоретических и экспериментальных исследования.

1.1. Теоретические исследования волн перемещения посвяшенн расчету околокритических течений бодр и дисснпап!!' анергии ртих волн в каналах.

Интерес к неустановившимся течениям есдн значительно повысился в последние годг в связи со строительством крупнгч каналов с моют ч/и насосш-'ми сташчшми, строительством 1АС€ с длинными деривагионш.ми каналами", переводом части деривационных 1 сС в пиковую часть нагрузки.

исследованиями неустановившихся течений води успешно занимались С.Рассел, Х.Савр, Ь!. А Лаврентьев, К.Фридрихе, Д.ХзКерс,-Н.Н.Моисеев, А.М.Тер-Крикоров, Д.Сандовер, I'.Тейлор, К.Тиррио, С.Беднарчик, А.Пуаанов, В.Элиаш, Ф.Сегре, Р.Рикуа, К.ракт-Маду, У.Вагнер, Д.Кинг, Г.Партенски, п.Б.Егил-чаров, О.Ф.Васильев, №. Т. Г ладите в, И.Л.Розовский, Е.Б.Еременко, Б. В.Смыслов, Б.А. Большаков, А.А.Турсунов, А.В.Миыуев и многие другие учете. В работах этих исследователей представлены доказательства теорем»' о существовании и доны различные приближенные зависимости для построения, в частности, профиля первого гребня волны перемещения, т.н. уединенной волны. Однако эти зависимости имеют ограниченную область применения.

1.1.1. Нике представлено более точное решение задачи о рассматриваемых течениях, полученное при поылци нелинейной теории волн мелкой воды.

Пусть уединенная волна образуется в достаточно широкой русле с горизопталышм дном ( i - 0 ) п постоянной глубшю:: води h¿ . Рассмотрим юязпустаиоктнШся период уединенной волш, причем riifjwcíb будем считать идеальной, г.е. сплаш сопротивления,обусловленными трением кевду отдельшд часкщеш шдкости д дном русла, могло- пренебречь. В таком случае рассматриваемое дошеше таю считать потщиальгаг.:. На его потенциальное поло скоростей, обусловленной уединенной полной, шлошл потенциальное поле скоростей равномерного потока с глубиной h¡ и скоростью Vj , равной скорости перемещения волгш С , В результате получим установившееся резко изгладившееся движение ( рас. 1а ). Шо'ерсм спстему координат X , ^ с началом под вершшой уедиисиноь

ХШШЛ.

Теперь рассмотрим гранлчнш условмя изучаемого дарения: поскольку двиаение установившееся,на свободной поверхности согласно уравнении Еернуллп, шлесм :

Ч + = СопЦ» (1)

где. F¡ - число, Сруда. Остальные гршшчше условия заиллутся следувцим образом: на дне ~ ¿/ = 0 ; на бесконечном удалении с? верллят X— сэ , Ц'.-i- I ( «= }■

Лосколыу рассматриваемое двшдише потенциальное, го мо:хио ввести фушодш потешдаата скорости у и ¿шиш: тока Jf . Далее введем вовув плоскость У , У комплексного переменного СО » У ) ( рио. И ). Тогда произвольно« точке М < JC , U) з плоскости. двп&ения # , ^ будет соответствовать однозгач-по точка М ( У ) в новой плоскости комплексного переменного.

Допустим теперь, что существует некоторая (£уикцкя cJ (Х,у), которая-производит конформное отображение области течения, пролс-ходпцего в плоскости X , у, t т плоскость V , ^ . 13 таком случае долнаа существовать обратная функция Ц ( ^ , ^ ),которая би отображала тошен Ш* (У , У } в искошв точки М (X $ U ) области течения. Однако отекание подобной функции представляет (дажлув ¡задачу, поскольку основное граничное условие (I) является нелиaeíimti по отношению к этой кушадш,

Дея упрощения решешм задачи обито поступаю«? следуюцрл образом. йлесто переменил: Ух и Ну - составлишда скороови ti -введем ноош переменные, удовлетвориьхчие следуще«,!у условий:. .

ю

У

•¿г

о

Рис. I. Олнп из основных фор»-' околокритических точений - угздтгеннпя полня (я); ПЛОСКОСТЬ КОМП.ЧСКНП/Х ПСреЬ'ОИНЬ'Х (б).

и = exp Г-t ( а *

(■ on (2>

аяя a -EnU i

где cC - утол неглона вемора скорости U ; & - логарпф.;

иодуля СТОЙ CEOPOOTU. v

I3ai.iosia,:, что иохше поро.-.сшше cC ид , imes как u cya-рце порешенные tlx к t/y ., являвтся фушищяг.и V7 и У Следовательно, леп» показать, что ота перс!.:еише должен предсгав-лять сосой сопрйаенние гаргдшчесгле фуыыда!. Д'ялее к'ссто числа ЧРУДО ^ введем копий параметр О! , определяемой следах ди.: образом: ,-,

а - 1/Т^Г - а)

С учетог.: новпх персгзшшх основное грансчиое' уравнение (I), после соогветствувднс преобразовании ,i.;oaes быть приведено к вицу

= expi-sTlSLncL дрИ , (4)

где Т = + GL^ . Остальные граничные условия примут следующий шд:

при У = 0 , <*. = 0 ;

при Ч>-± ео , о , Г-Я

Тагсш образом, задача исследований заключается d том, чтобы при фиксированной значении а. < I определить санкцию U - U id. , Т ), 1»сорая била Си аналитической в полосе О < У < I и непрерывной на границах полосы У = О, У =1, a таксе удовлетворяла граничны:.: условиям (4) и (5). Заиеаш, что данная посгановка задачи-об уединенной волне была сформулирована еще Стокером,

Дня решения поставленной задачи воспользуемся принципом "суксшш", который бил введен для равной задачи К.О.Фридркхсом -а Д.Г.Хо13ерсом . Вводится новое переменное = Ct V , после чего перешеише с<- и Г раскладывают в ряд по степеням параметра CL _ _

Г «аТ/У .У) (<f.in + ...

ос ,9) +affcta (<Р.У> + ...

Такш образом, шесго двух перегонных d- a Т , ограничиваясь Только дцуш члепагл рядов (6), получит.; четыре перецешшх ^ , "Г ,сС,оС. Дальнейшее изучение данного вопроса показшаег, что ■

Г 1 (V)

фушсция ^ но зависит от переменно:,1 ^ , поотсглу остоль-1ше йуиадш '¿г , с<-1 , , г:о:гл:о выразить через едну персмсн-

нутэ . Б результате подаем следуг.:уи систему ураапешц;:

% = - f +

где _и:'1'рпхагл1 обозначены производшо £ут';ш по погс:.'Л1ь-но1; V3 . причем постоянная иптегрпревзпгл для первого уравнения равна нули из граничного условия (5), а йуппи-я (?) пра дальне^ем решении задачи та:г.е отзывается равна! нулп,

Тзперь, разлагая (¡-/цэдш ехр ( - ) и з погост-

ило ряды по стелс.чям £ и , а таше подставлял вместо отпх величин и>: значение, выраьешые через Г, при помог:;: соотиошшГ: (б) и (V), подучим следуицсе доейеренцпагаьиос уравнение:

г" . ш

Это уровненпо третьего дерядиа должно удовлетворять следуо-граиичшм услоьням:

при 1 = о, г; = о,. (0)

при V г/ = о .

Решение отего дифференциального уреппонгл монет сыть получено при помощи гсблкчиых интегралов; после соответствуаюк преобразований ото решение момет бить представчеио в следусщем виде;

^ . I - з зсЬи^-аУ). (ю)

Его соотвспеииа а предстагсшет собоИ упоШ1угсе вы^е ресение К.О.^ридрихса ц Д.Г.Хайерсз , которые пра помощи специальных математических методов доказали, что область существования этого решения ограничена энауенйчмц параметра й - 0 ... 0,765. Заметим, что с учетом ссогноиения (3) эти граница соответствуют числам С-руда

1,0 С 2,66 (II)

Последовательно подставлял на^денкуп функции (10) в уравнения (7), (С) и (2), после несложных преобразовании,получим -следующее выражение для вспомогательной йуцкцш: сГ :

- Yi

i-F^-expl-hEnijii+i-l»^

(15)

= - Эcfsctf$ - & a"scf)^(ische^ -2) , (12) где )V-ri coi;caL,eniL'i записи принято обозначение;

$ . Ж у .л. j/^jr^f (13)

Подставляя огу вспоютательлуп $ушкш в ооопю^ешш (2), а получсинк!1 результат - в уравнение (I), после небольшх преобразований имеем , ■

->1 a I

Такш образе:.:, шра;:;еш:е (1-1) представляет coOoi; окошательноэ ресенке поставленной вш:е" задачи.

При X = 4 с 0 имеем sch 4 ~ I ,,подстаьллл его вира-WJime в уравнение (14), получим слецувдне боковине расчетные' Лорхули для глубины hf н скорости Ug ' ccoTEeicTEyiiuie верите уединенной ьо.иш:

f СпЩ.. Ш

Анализируя зависимость (14) т ус^йсьилг» w) "что щю-фшш волда, подоч::гош&1' со аой, получается -солое 'крупл,;, ад по известной £ор1.уле йрпдахсз-Хакерса ( рис. 2 б) <к лилан N - N ( начальник глуонк ) этот преешь прислкасеуся -снизу-, что 1аловерсятио. Наш порсчцгеш пробил:: воли для ¥j = i;70 u 2,00 и нанесены на гре«.ик. Как видке, с увеличение«.: числа Сруда разница в профиле волн, подсчитанных' по (14) ц Орлдрихсу-Xailepcy, возрастает«

Наш Сила предпринята поаитка проанализировать прпчкш описанных результатов, Предполагалось, что ахо зависит от способа расчета, учета членов ряда, гхедяцлх в савксимость (14) и т.д. С oioii цельв профиль волны определялся по зависимости (14) путем последовательного приближения при разной tare интегрирования im DB2.1 "¡.¡-22" и цзмешат угла наклона поверхностно!! струйзи: к оси ОХ.

Расчет координат кривой свободно!! поверхности в пределах первого граскя уевдшеииой иошш показали, что изменение шага шногрпровашш "дХ v- (дХ s ОДО» 0,02 ) сдает-венного влияний иа велшйюу относительной вцеотц волны не оказывает»

fl

гт-г.|^-пт!ТГТ

I т1тг; у !--- ' ~~—---;—

,4 ......

ft-*-г":

-tt-

1,0 i,0 ¡O 2,0 tfl Cfl ¡fi 2,U }fi t,ß S.o X

ht hi

Í"lV. r , ПТО^И^И УСЛН!i0KVT'/ POJlHí', T-^C'iVl^HHT'O

ГО т.уггуно Г\7-./'гЧ'Г0Г'У '« "Р ; ! Д г ИЛ С\у-х Я í1 ©р Су

-ГТТ-ПГ

Г- I [■ '1 f I T-r-TT-j-r.....

е,о s,о iß Д е Iß ¡.о aft t,o г,<з tf ¡.-о s.o &,о X

Рис. и. !:го-;т,лн у''^üMC-ii'íOií !íi':.r¡-!', та^"¡¡г^кнь'й ГГИ '"ОС','Тi • ,,",0№?C.r>vK!-'X ¡ккЛ.чи^о.чгпх.

ГХИ ь'СТг'

Для получения первого приближения ^ ( I = 0,1,2,..., /7 ) вычислялись по зависимости (13), затем по формуле (14) -• ^ ( I = 0,1,2,...., Г) ). Дгд получения второго приближения ^ определяли по зависимости

где ¿/ - скорость в произвольно!! точке на свободной поверх-Нести волны.

Для вычисления значении CoSd- использовались величины и по первому приближению. Третье приближение определялось по численным значениям из 2-го приближения.

На рис.З „ где для прк.зра представлены пробили уединенной волны для i, = 1,60 при 3-х последовательных приближениях, нздно, что { а с увеличением последовательного приближения лоб волны становится круче; б) к линии N N свободная поверхность волш во всех приближениях i'aisje подходит снизу.

С целью дальнейшего анализа кривой свободной поверхности ¡исследуемой волна бшг нетленен еце один способ расчета, где ■ коррекгизы при подсчете последовательных приближений вводились в значения угла наклона вектора скорости поверхностно:; струйку к оси ОХ. Зтип способом исчислялись значения п ^ по формуле (23), затем и ^ по (14), Зная ^ и ^ . уточнялись значения £ и V соответственно по формулам (17) и (14). • '

Принималось вопущеше, что Cosd-^Oosdi, следовательно, = .Для вычисления ^ . подсчитывалось ^ по фор-г.уло (17); определения ^ - <|г и т.д. Таким образом, дал ^ вычисления на -ом tare принималось - , причем ^ti-i порсчигывалось па предыдущем ¡1 - 1 шаге.

Результаты отнх расчетов для чисел Фруца 1,10... 1,20 представлена на рис.4 . Как видно, и при данной способе расчета, . начиная с fj= 1,60, кривая свободной поверхности волш к линии

NN

подходит снизу.■ .

Произведенный вше анализ зависимости (14) позволяет сделать следующие швоцы: , ■ I) при всех использованных способах расчета кривая свободной поверхности уединенной волны при числах fj > 1,60 приближается к лишш первоначальных (до возмуцеппя) глубин Л/А/ снизу.

Наиболее приемлемее результат)', как нам представляется, получаются при расчетах по последнему способу. Однако достоверность этого предположения необходимо подтвердить оппш'м путем;.

2.) следует отметить, что сусжстиованис уединенно?. волни при числах Р > 2,60 доказано ли:г.-ь теоретически, а экспериментально такие волте удалось получить для чисел 1руда близких к 1,40;

3). необходима постановка окспсриментлльнгх исследований.

1.1.2. Далее рассмотрим вопрос о диссипации энергии волн перемещения.!} настоящее время процесс формирования волн перемещения, принято делить на 3 периода; нпчальнь-й, период сформировавшихся волн и затухание. Первне два из них достаточно подробно изученк как теоретически, так и экспериментально, Исследования периода затухания волн перенесения посвяшено- л;-а:ь несколько теоретических и экспериментальных габст. вместе с тем изучение процесса затухания образующихся при неустановившемся движении волн перемещения - актуальная .•»здпча, решение которой позволяет определять дальность распространения волк, месторасоодо'-'сние их гасителей, намечать участки крепления сткосов канала и т.д.

Ня характер злтухкнпя еолн значительное воздействие оказывают силу сопротивления. Б работе. Эль-Саадони Х.и'";!сследо-вание процессов затухания крутых волн персмецсния'1 (автореферат кандидатской диссертации, Ленинград, 195С)нспользовзн известный в теоретической гидромеханике способ учета сил трения ;; и разработана приближенная методика расчета затухания. Дисскпа-тивная функция, характеризующая-линейную и угловуп деформации элементарного объема »едкости, представлена в виде

¿-¿шит

п.- +

(18)

»

Дн ох,

где - коэффициент турбулентной вязкости.

Принято считать, что при турбулентном движении диссипация механической энергии происходит за счет передачи оперши внешних

сил осреднепиому движению. В свою очередь, энергия осредненного движения частично передается пульсадиоввому двпаешаэ и частично ( до 60,. .70 при равномерно« установившемся дьипешш води в трубе) превращается ь теплоту, Энергия пульсьционного движения в конечной стерпи дре.вравдегся в тепловую и рассеивается.

Приняв г акута схему диссипации энергии при волновой движении, поток ааергил от о средней! ого двиг.епия к пульссцноннсму могло сцедкть, считая волновое двигеше гаизкусгановихшгхя, по зависимости: ^ л тт э,-т

Так как волновш деформациям потока, частота которых значительно меньше частоты турбулентных пульсаций скорости,препятствует массоперенос, при распространении волн в безнапорных турбулентных потоках кх затухание обусловлено переходом энергии воли в эйергпо цульоационного движения, которая проявляется в виде турбулентных напряженны:

Ты в ~ Щ' '

Ъ случае использования щушашп (19) турбулентное напряге-

шс 1акно зшразшь через осредненнуи скорость по формуле Бус'си-иеша; -ггт

где Щ^р - тензор коэффициента турбулентной вязкости, _ Следует шеть в аиру, что определенная по формуле (20) Ц - скорость равномерного дшшения в г-аиале, на коне которого проходит волна, а по уравнению (19) - скорость волнового дшшо-шя. После подстаноигл (20) в (19) без учета этих особенностей Зль-Саадаин била получена формула для дисС!шагпзно11 фушадш. Однако в зависимости (18) производные от различных по происхсмдс. В:ш скоростей нерепюаеш и практичеезш неразличим. При опреде/. шш Ф принято та.шэ ошо'очноо допуцеше о постоянстве коза«-;цу:г та турбулентной вязкости Ц^ во всей области под волной.

По нааему тенив., правильнее представить функции Ф ш:

где , При отогл следует определять поход:!

из характеристик фонового руслового лотом,учитывая основное уравнение равномерного дпинешзд для плоской задачи,а такне то,

что при турбулентном цвпгешш Т^р - Т^ ( вязкими напряжениями моэдю пренебречь почти по всей глубине, оа погашением вязкого подслоя, где волновое удаление несущественно).

ПолтИ поток- энергии от ссредпенпого длженпя к пульса-цпопнегу в теге волги равен

«О =?3 • ' \ ■

Производимо скорости при вичкелонш (22) следует заменить конечными расностями, перехода от к ХОН :

дЦ> .. Д .. . /

4а 2А

(23)

Область под волной необходимо разбить на квадратнне сетка с йагом А = Д Х = Д2 ( рис.5). Составляющие скорости Цх, и

при этом определяют по зависимостям пз работа Эль-Сапдаш:

+

(24)

II Г 2

* г СсзЧХиьсЬ'х - гм\сь*их гьгАЫ)].

у тршёштв ь '

Здесь Цх , Ыг - горизонтальная и вертикальная составляйте сг.оростл на свободно'; поверхности волны, определяете по зависимостям приведенным в статье Турсуноза ¿.¿."Ополокритк-ческое состояние безнапорних потоков воды" Изв.ШШГ, г.&О, 1969;

2 - возвшеппе точек потока над дном; Ь - глубина води в рассматриваемом сечении; - глубина водц невоемущешюго потока; Ьд - глубина воды под первпм гребнем волш; р - та ело

г

Рис. 'Ь. Продольный пгофиль велик перт.-ешения -•к рпгчету диссипягии пнолгии.

Рио. б. Крипме ялтухяния первого гребня волны по]

тения, построенное на опнобр теоретичеекч

•л окспериментггльнь'х (к) данных (П.П.Лист!

"Йсследоппние по.пн перемещения в прямоугольном ло' большой длины" Труды САНЯИРИ, вып.1ЬУ ]1'7У).

груда иевозмуцеиного погода.

Ляп вычисления диссипативной nyinuyiu не:.;: разработана прогрзг.г.:а для ОГ.'.!. йесгросш кривые завиакхсти Ф = / (Ä ), ' где # - ui-L-;::Ty;i3 ззолны, найдены :.:атс:.:згнчее::ис равнения, annpoi:ciH.-ipy*ÄiHc эти еззисимости лг-i диапазона 'и:сел Cpyja Ff = 1,10....I,GO. Так, для f = 1,10 уравнение нг.сет вид .

Ф = 7,9 + 0,24 а +0,0018 (EG)

Построены такг.8 кривые Еависнтестн соднсвоЙ энергии от амплитуды волны, найдены агшрокенгирукгие u>: урсслоиия с использование;.! {Хоралы

где

Eê~ ИА Еа - полнея олергпя под волной ; £ ¿R. .)/* - полная энергии пси волной в случае рглно-

2 ¿ мерного ивженпл! W^j/â^^.- сбъе:.: ^вд'-сстп под полной. Ьрогл saiyxanui волш кохию рассчитать по зависшигеа

t

где a.it йг - е;хлн':у£и волны.

Та ми: образоп, знал глубину н средней скорость невезму-иеилого потека ,мшю, пользуясь полученными фохадушл:, рассчитать параметры затухания волн перемеценил в зависимости от нх амплитуды. Сспсставлензе- кривых затухания, рассчитанных по предложенной гегодико, с неши/л ошотшш данными, приведошшмн на рис.О, свидетельствует об удовлетворительном их совпадении.

1.2. Экспериментальные п с с л е д о -б а п и я в о л н перемещения. Скспернмекти по изучению закономерностей образования п распространения по машинном/ каналу волн перемещение выполнялись ю::л в течение ряда лет на крупных действующее объектах, а так:е на их моделях. Разрабатывались татю конструкции сооружений по борьбе с негативным воздействием этих воли в условиях лаборатории и изучалась эффективность их работы в натуре.

1,2,1. Натурные исследования волн перемещения. Эксперименты били выполнены на действующих крупных каналах И'ерабадской, 50 лет Октября, Соягской и Каршпиской насосных станций ( таблицы 1,2 ).

Основпыо исследования были выполнены на Каршинском мзгнет-ральном канале, па котором везшкли большие трудности в первые г.е годы эксплуатации в связи с образованием неустановившихся ревлмов.

Методика исследований состояла в регистрации волновых явлений, фиксации всех гидравлических и энерготнчеешх параметров канала н агрегатов в момент проведения эксперимента при помощи специально разработанных датчиков-волнографов, фиксаторов волн п других приборов.

Состав опытов. Исследования волневых процессов проводились в начале в канале меицу насосными станциями 2 и 3. Проведено 5 опытов с остановкой I и 2 агрегатов. Датчик в створе измерения устанавливались на оси канала и на откосе. Рабочая длина датчика составляла 2,5 м и он подвешшался на Ь-метровуи металлически штангу.

На П этапе натурные исследования выполнены в канале мегду Еассснымл станциями I и 2, длина которого 16,9 ш. Дяя измерен::! были шбраны 3 створа, располагавшиеся на расстоянии 105 м,^0 м, 2070 м от оси агрегатов насосной станции 2. Реечные посты были организованы на правом откосе в створе установки 3-го датчика (ПК 339+88) в на акведуке ( ПК 364+00). В верхнем бьефе насосной станция I ( ПК 211+50) на оси канала была установлена максимально-минимальная веха. Такая ке веха,позволившая зафиксировать высоту волш перемещения при остановке 5 агрегатов на насосной стаи ции 2, била установлена на ПК 372+S0. Проведено кроме этого 5 огш тов с остановкой I, 2 л 3 агрегатов.

Основные характеристик.!! насосных стеши:;!

и-б.ищп I

Насосная станция ¡Расход ¡агкетага, ! г./с ] Шпор, 1 11'.-го ! тов !!.!ог!'л п!-во !нассса !спх:-» ! тсв

Н-'ерабадцкая 20,0 2-е, 5 о ОШО-185Г 8

50-лет Октября 1.4 50,0 С 24-1£С 19

Саятскоя 0,7 12,0 6 20-НДС 0

Кгрпщск-гя !'-2-6 о5,0 25,0 С СИ10-2С0 £3

Основные параметры г. пмпппых кс : налов Таблица 2

1Гг,„ . )Г„,-< !глс*М1:-1 ! Тпк ¡Расстелило

№г/ Ж;,011?!ент Ь,-,.^.. !обл!нгов-!от П-ОСОС-

по дну, воки, ¡залога-!-'1-;!'11 ! гл ¡но:'] станции;

• и 1 !шш ! ! кои'опсгл

I ! ¡откоса I ! !гег::стр::г:о-

! ! i ! ! «воллсь 1.0.":"!,

! I !

Из нот

насосных

стати::;

Попводяпл'! канал То-л

Серабадскип 12,0 6,0 2,0 0,00000 ^чкцовкк 1м0

Канал г.:е:::ду 1-м

без

и П—м подъемом 2,4- ы 5

НС им.50 лот 43,0 Октября

1,5 0,0002 бетонная 1200

Подводвдй какал Саятспш

2,0 1-1,4 2,0 0,003

без облкцозкл

Каршнсклй 1.К мемду НС:

(М И й 2, № ц 7,0 6,0 2,5 0,00015 бетонная . $ 3} по пленке

940

2070 (6С0)

Результаты исследований в г. а -с в ¡i и о м канале i.: е д у и а с о с н и м и станциям и I и 2 ( Табл.3 ). Характер копирования волгл подпора проиллюстрируем волногра;л.дй опита Jj I ( рис.7 ). На васocKoii станции 3 отдлачачся расход 114,8 i^/cei-: - через 18,9 сск волна достигла створа, где бил установлен датчик Jj I на расстоянии 105 и от насосной станции 3. Волна продставгала собой едкяствспппй гребень с полога.: передним смоном. Уаз ко второе створу наблюдения (датчик Jj 2), расположенному на рас-стсяпии 930 м от насосной станции 2, волна имела явно вирамен-нщ" первкй грсо'снь. Волна подпора с ондуляциями полностьи tfopni-ровалась в районе установки датчика Jj 3, расположенного на рас-стсиппи 2070 м от нэсоопоЛ станции 2,

Что касается висоти волнп перемещения, то она возрастает с 0,57 м у датчика Jj I до 0,с3 и у датчика .'j 3, Соответственно и скорость перемещения фронта волки в отих створах растет с 5,10 м/с до 6,54 м/с. далее вмсота волш и скорость ее перемещения постепенно умсньмаотся. У насосной станции Jj I, т.е. па расстоянии около 19 чксота волш в отсм опмте составляла 0,15 м, а скорость Сронта волпи у-лсньмалась до 5,5ъ i.j/c.

Измерения висоти волн на откосах позяезли, что их висота пагзого больщо, чем на оси капала - в ствсрс установки датчша Jj 3 это презшленпе для описываемого опыта оказалось равшлл 1С = 1,51.' .

При отключении 5-ти работа тих на насосной станции Jj 2 агрегатов затопление 6epi.ii канала происходило по наидм наблюдениям на достаточно большем участке подводящего капала - от .ПК 360 до ПК 390. В этом случае впеота волны па оси канала на ПК 379+80 достигла ~ 130 .ы, а на откосе — 190 м (приведенная к вертикали). Бода затопила берега канала, ибо запас до берм составлял 1,65 м.

Как видно пз табл.З, среднее значение впеоти волш у берега на расстоянии G00 м от я,с,2 прп отключении 4-х агрегатов составляет " 1,36 м. При отключении 6-ти агрегатов вода такае заливала берега канала на большом протяжении ( ~ 3 км), а высота волны составляла у берегов ~ 2,15 м. Поэтому эксплуатационники вынуждены били нарастпть~берега канала дамбой, средняя высота которой составляет ~ 1,5 м.

ei u

R

o o

2 H)

q CJ

o

.1

— CJ Cj C

úT o

y

i-'t u

" M ' • i.

y íí, cj

O

u

o o a

ora o

c " "

0 o .

— tí, o o §

ca —

1 í Q O O W O

n

S3 CJ ¡H O £-1 C

O C

s o o

o

*-*

ra c;

n

o o o

O o

■—11 i fn

."3

t—Í

c7

- ; M

-i t-

O

d a:;

<3 -

O O cj ÍO o

H O -o C3 cj

• • » - - »

IO o O LO o o

p -O

to o o

UJ O O O CJ o o

r- o t-i n c; o -.'

O (.3 LO 'ü o

n IO

I I - I

M

I I

P- O 07 L-3 ^ ^J

o o o

.J t-l l-l

LO C I—I c

o" c

ID

o

c-j I,

I I

c

I

lili

LO

L1 CJ

o c- I.-

5 X?

CJ 1-H l/J LO

CJ o o C1 o

n n Csí n CJ C-! cj o

* « o

o o o o o o l-( « CJ

o t> c- o

CJ t-t O

í> C^ ¡N

cj o CJ C !

7

• -l 1-C

m f; h n I- K i. J, ¡ ;

o o

i-I O

o

o u: o

O N

o

N

«

o

o íü

8 t-l

C J o

(O

o"

I—í

n

O X

X l ci

ci CJ C)

H «

o o

« 1-* o

o o C1 l-l cv

ÍH CJ (H CJ

R CJ g, l!; -»i

ü f-1 o •

ej • ^ u p< o

y ü n • m

E u » CJ w

o cq o

^ n X 1 Ü

u D 1

y — M X ci H g

o i; .a H i* a 1 cj a

rO FÍ M o Q o

o rj L-t

c-> O O n o

tj o H O o

ti o o CJ o cj

CJ D o c. o

O

« •

- » m CJ

'- ■ K

x

A

C3 c-t Q p-t o o, (-1 cj

0 fc.

1

M

x

a 3 «

O CJ

a L-l o o

Oh O cj cj o p.

IO

x cí, £0

g CJ

c, p<

a

0 ti

1

X

a a

o ca

~ E-«

C3 o

Ch O

o ra

O Ci

n

o t< CJ F*

tD &

cj

o o

ra c-« o

o

C-1 CJ CJ

«

o

[-<

a

Ih o o, u a

<¿ s

3

o

. Vo i) % о Ъ Q «а e> гл «a <a Sj Owiti » Q Q ч о О Ç)

/y^AAW^ ¿ti vrjhu/aff £/и x/jfiwaY

Резульгаги исследований в г. а п п н н о г. копале между насос-п ими с т а н и и я г: и & 2 и Й> 3. Параметры воли перемещения, наблюденные в экспериментах, приседеш з табл.4. Как видно отключение 4-х агрегатов ко НС-З приводило к сбра-зовагшга волш перемещения высотой ~ 1,34

Тати образом, натурные исследования волы перемещения, проводопные в течение ряда лет в указанных :.:аппн::х-~: какала::, позволили сделать слсдутхде основные выводы:

1) Б подводад::-: каналах насосных станций при остановке насосных агрегатов образуется крутые золим перемещения с ííi; называемы: "вторичны:.':! вол наш" (епдуляциями).

2) 'йсл:п имеет зпачительиуи длину и число гребней ондула-ций, которое в pino опытоз достигло 1 • нескольких десятков.

3) Сор:и:розсние волн перемещении и их тра 1;с£:ор:.:ац::я про-псходят под действием сил инерции и сил сопротивления. После того гак силы инерции уразпигиитсл по ззл:г:иио с сила:::: сспро-тивлення заканчивается процесс (¿ормигеванич волиы и наступает стадия так называете «Торхзровагаисся вод:, lia KJÍ сзади:! сформировавшиеся волн з проведенных опытах наступала примерно па расстоянии 2 ил вверх (против течения) от аванкамеры насосной станут 2.

4) Шсота первого гребня волн перемещении достигает 15...20 Я' от первоначальной глубины воды в ханалс. Уме при остановке 3-х агрегатов в капало между насосными е?апци"ин 2 н 3 ЕЖ образуются волш такой высоты, что происходит пиролиз воды на берега канала. Еа участко мамгшного канала между КС I н 2 перелив воды па берега па значительной длине происходи? при остановке 4-х и белее агрегатов. Наибольшая наблюденная

на ИД' высота волны у берега составила ~ 2,IS п при естапов1:е G агрегатов па 2-ой насосной станции ( рис. в )

- I), (ЯЭ)

vifi К в CLp / .

5) Опасность перелива води на берега при образовании волн перемещения странна не только рэзрупенаягд: самого капала, его облицовки:, но и всзмсжиостьи разрушения (прорыва) дамб капала,проходящего в. насыпи, потерей значительного объема перекаченной насосом: воды.

•У "â.

О ? £-< ;

СО

-O

■я

N О

%

a л

о EI Я /о .et'

й

S >п

Ь я L0 о

~ О ~ - см со

Ч ЙЧО о ъ «

ооо > LO ю

о í^ Я

о о

i о

оса с 4.1 . J

о О CM CM

:_! о \ « »

ия о M t~l

с о а

ts ч ¡4

Гч га с н

¿3 = Я о

—* ——•

П ч

О : H »

-о о в..

Я : Я :

cv

Я и 1

Ч

га

У с, L ^ о,

• И о

Си

'g

О

я о

о ¿0 см

со см

см сэ

СМ

N см

со

Ci

см о*

о СМ

1.0 tN

О И

С) СО

с со

о

сэ

со

Ci о о о о

со 1—( О

LO LO L0 LO LO LO LO О

LO о о to* С Г

c^ СО с- СМ .о о СО о н LO и

o о о о га ra

£ i Си ^ í~* см Еч

Ci сз га • ra H i i

Я а Я ■ Л я о Я сз ra

О Li о о а Сч

Ci о о

я X Я я га Я ■о Я ■о я

с; га в s сз ra га с П I-' га о l-i

о ; ^ о о M о га га

Pi 1 О Гч ■я 1 s Z-t я 1 Я 1 о К Я 1 Ï Я О

H о о M о 'О rt га l-i -с С j СО Ci, Я III Я

9 п 'ß a я a н о ñ и Э га Я СЗ

я s ■о S fi й со У го

о с X со о сз о о • о

Li 1 « Г", Я. ; ; гп о [_ ; о

ra с4 сз см о га СО О СЗ ~ СЗ

И Сч к Еч • Сч С) £ч к

о п s и о 1 о О о о га о

о Ц о см — О д о = о =

* в

Kl см со ■s4 LO о

Iß (05 Ц 1,15 t.Z us Or

n

ryr:. ó, liOIIOf'C"hH

î) ТГПГОПР

! криви?ня no.-» пегемепения

■улльном кик'.-:: .■слель; X - н.'-т;,'"" ' •

! !

>

/ / ■ ! (

/ -, У

А / Л >

/ ✓

о, / У А/ \ 1 " ! !

< A\ro. i

У/ У V л i ¡ 1

M / i , расчет ■ ¡ •яойртзуа?у.Щ Эксперимент ® ншура\СШ'Я *мсдш \Î3'jpsh

/

/Л Kb

ж, и s

Jr

J i-й. Г

{SO

ш

W

и ojo о.го

Рис. 9. Ггяфини заг-ио1:моот!'fis*

6) Опит первых лет 0i:ciLiyaï0i^in г-аскеда НС и Ш\ потребовал проведения срочных г.ер по защите г.апола u сооружений па нем от разрушения воляами перемещения - бермы канала па учасгке мемру ПС I п IiG 2, НС 2 ц НО 3. драюсь нарастить до 1,5 и , порастить стешу г.апоркого Oecceiiiia 2—oii насосной станции,

7) Дальность распространения волн перемещения исчисляется десятка:.::! километров - в одно;.: из опытов на FJ.IK при остановке на 2-ой насосной станции 3-х агрегатов на расстоянии ~ 19 ш в напорном бассейне НС I наблюдалась волна высотой ~ 15 см.

8) Установлено, что параметры волн перемещения зависят от многих факторов и, в частности, от зелнчиш отключаемого расхода, глубины воды в кашле, скорости водн. Эти параметры,на ■основании исследовании в гаишных риалах, мазалось возмсмным характеризовать критерием :

F « —¿ Q , . зо )

* ЫоШ5/Т0

где £xQ - абсолютная величина Изменения расхода в грашчном створе; С30 , В0 - плоаддъ и илрпна свободной поверхности потмя перед волной; Cf - ускорение силы тя&ести.

lia рис,S представлены результат натурных и лабораторных исследований, а tois-o расчеты по формулам других авторов. liai: видно, относительная высота волны по данным натуры и модели, значительно отличается от полученных по существующим зевнсцмос-тям.

Ï.2.2. Лабораторные эгк лп.е р и п сити с волнами а е р о м е щ • о н ы я . В соответствии с поставленными задачами, проведены исследования трансформации профиля лба крутых волн перемещения и параметров сформировавшихся воли в специально запроектированном и построенном гндро-волновом лотке ( уклон дна I = 0,0001 ) о длиной рабочей части 31 м и сечением 0,7x0,5 м-2 ( рис.Ю ). Изготовление баков,водосливов и измерение расходов воды осуществлялось в соответствии с требованиями РДЕ1 99-77. Параметры ваш перемещения измерялись датчикаш-преобразователяш емкостного типа и метрологически аттестованной лабораторной волномериой установкой. Погрешности., измерений не превышали ± 1,5

Состав опытов. В опытах исследовались волны перемещения, оброзувдюся при однократном изменении расхода воды

продольный разрез по аса лотка

ils а и

13- решетки; П - пьезометры.

в однсм из граничных створов. Проведены две серии опытов (всего 30 опытов) с пслоглтелвныг.т волнаи:: серия I - исследование вол» наполнена и серия II - исследование волн подпора.

Начальный расход Q в опытах изменялся в пределах от 2,3 до 43,0 дм3/с прп глубинах воды в лонге hQ = 3,9... ,.22,3 см. Еелпчлиа дополнительного расхода прп образовании волн была в диапазоне &Q - 6,5..,.4С,7 д.г.:3/с.

Моделирование крутых волн пере t.'сцен к я, Годелировзнпе установившегося движения воды в ткале, кок известно, осуществляется по критериям Сруда ( F г ) и Реппольдса ( Re ). Первый из отих критериев устанавливает связь менду масштабами скорости и глубины воды:

^ ( 31 )

1ля удовлетворения критерия Рейиольдса необходимо, чтобы число Рейнольдса дни модели ( /?£ ) превышало встану, допускаемую ко условия:; обеспечения рахима течения, относящу!> ся к переходной асно:

Reè- Пеп ( 32)

" ¡Г

Sso условие при обеспечении равенства модельного и натурного косфтициептов сопротивления позволяет установить мнншлэльныа гсомстричзекк!; шеагвб модели. В случае ее неустановившегося движения появляется дополнительный приторны подобия - критерн:] Струхпла : „г ,

(зз)

Stoï критерий позволяет установить ■ масштаб времени

с*.,= 4й- (34)

По да чо воды на модель долгла осуществляться в соответствии с заданные граничил! услоышм!, пересчитанными с учетом

КОЕфхЛПДООНГО .

К л а с с а ф п к о ц и я крутых в о я н перемещения .При дешешш полемктешю!! волки перемещения вдоль лотаа происходит постоянное изменение Copiai и размеров продольного профиля ее лобовой части, но на разни* стсдиях трансформации профита волн имеют вполне определенную Фор.у. По аналогии с разновидностями гидравлического прын-ка шдолнеиа их г^ссвТишдоз ( рис.II) ;

•iioüyoJui m.m¿L>u о или

-Ч1ГуШ10нл - V lü.iHTub-ii'HüHH - л ta.wHi'iwHooAiuio - к ¡ncíoy - у:ачич>.шни1г;юном - и Hi>!H«jr.wrtöU«>u Hvoa

X.4H41-O.LIUOU-ÜU «Udü^oir i;oa-Ki.üJa .aína о.чиаонг»г> * il

///i fínf/!íf //Ultt'Jt/t///////////■■ . У//////////////fjttf

ТТЛ wu » n

(9

- К -

а) мшокливальние волны, т.е. цмевде вид перемеэдщегося гладкого уступа ( аналогии с гидравлическим прнмком но имеет);

б) борл - пшшие вид соворыекисго гидравлического npirua;

в) синусопролышс затухза-це - сш^че гид дпил-уцсгсся прыЕкз-волш, при отом дина впадки равна длине грешен к а:..;-лптуда волк быстро затухает ;

г) ккоидалышо ( ¡ты трохоидагыше ) - кк-вди вид дЕИ1чтда:-ся периодических воли, при отом гребни острее и короче впадин, ' и амплитуда волн. затухает медленно;

д) кноидальше ( иди трохоп дальше) с разрушенным перши гребнем - близкие по форме к кнопдалькым.но на герпкие первого гребчя образуется валец.

Последовательность и характер ото:; трансформации Лобове:': ■части . волн зависят от значения параметра Рд . При значения:: 0,5 в граничном створе, гак в случае ваш наполнения, так п в случае волн подпора, образуется глэдгля моноклинальная волна, в пределах лобовой часта которой начинаю? развиваться вторичные водны. Ее трансформация по длине лотка по изменению высоты первых трех гребнем и впадин в одном из опытов с волна: л наполнения пеназана на рис.12.

Г.".егду створами I-I и П-П профиль лса волны :и..еет вид близки:! к синусоидально:; волне, а поело створа П-П приобретает явно выраженный клопдольный профиль. Таким образом, при F^ 0,5 форма профиля полсаиуельвоЯ волш перемещения граисфоршруосся в слэдуоцеи последовательности: моноклинальная - синусоидальная - цноидалышя.

Процесс развития ондулящ;:,' па основе анализа результатов опытов шглярм таким. С/роиг, образущеНся в граничном створа моноклинальной волны в результате действия сил инерции по меро дшкепня становится круче ( ото согласуется с известным полеченном теории длинных ьелн). Частицы гкдкостп, особенно тс, чте находятся у поверхности воды, совершат вертикальные перемещения со все увйяцщшавдейся скоростьп. При достишш верт:иаль-Hoij составляйте]] скорооти определенного предела ияерщш дви:;у-цихся вверх частиц приводит к тому, что часть из них начинает пересекать положение равновесия, соответствующее среднему уровню води за волновым фронтом. Образуется первый гребень, при stom на'.частицы воды, расположенные bise среднего уровня,пзчи-

пае г действовать восстанавливай.,ад сила - с:и:а тягости.

По мере роста вксотц первого грсоня на заднем его склоне увеличивается вертикальная состаьлпидйл скорости часми; нгли-.п-лсккся вниз, чтс в конечном счете пг::~о;';:т к сс'«гу^сгу::;::> пергей впадиш. Iva:: только поверхность за порыл хресие:: стансвптс;1. шще средней шеоти вода, на частвд еидгостм начинает действовать восстанавливайся сила гидростатического давления. 1ллкч:1пз этой сиял d оошом случае пропорциональна смещению, хотя гидростатический закон распределения давления нарушается.

Lo все;.: огом процессе активную рель играют таг^о силк гидравлического сопрошьюнш двимспию. На их преодоление и расходуются с пли инерции, что в свою очередь vair.e ведет г. затухании колебательного процесса.

Па основан:::! обработал окспер:1кснталы!их данних ислученл зависимости:

а) для вели подпора

17д< = I + I.LCi F^'015, up:: 0,02': < FA< 0,115 ; (35)

б) для воли наполнения

I + i,.:c FJ»055, ПРИ 0,029 <5Д<0,СЛ ; (26)

в) для скорссси а рента волн nopo:.:cM,oiijiii

F= 1,Ь2 FÜÖ'C:"4 , при 0,029 <ГД< 0,391 . (3?)

Оппти показали, что при неустановившемся дзпметл веди область суцсствованг-я волп с г-едт-м гребнями ограничивается число:.: <1руда F < 1,25 , что соответствует результатам получении.; Д'.Сац-доьером и Г.Тейлором.

Зависимость относительной и:сотп первого гребня от скорости волнового фронта аплрокскшрустся впракением (рис .13 кривая I):

77 = JpL = 0,£25 ]fl + 8 f*' - 1,-125 . (36)

lß' ho '

lb рис. 13 нзносеш токмо теоретические кривие, псстроон-

ние по зависп).*.ост..м Л.Л.Турсунова - кривая 2,1^&рпдрихса-л.Хой-ерсс и по фор!.:уле (39) скорости распространения Волн перемещения, полученной из уравнения Сен-Гонала - кривая 4 :

(39)

1Ü3K видно, впеота первого гребня волн, образующихся в гидровел-новом лотке, больюе, чем определяема: по теоретически.: зависимостям. Наиболее близко опптпш данным соответствует кривая 2. Надо

! Vlrpeï-

Зла-'¡¡ты

—г

а ¿од гоо заб ъао

Рис.К', Изменение шччтгг и прогости рн'пгогтгпнения поло»и-

телкной роли'1 гереретения по длит лоткп при

Ъ, '■

KS

ts W Li

кг

и ш

KB

О у' А /

// ^ <í

• / г/;/ г . \ s У Л V ! ,-

• / • / У/ У 1 1 i ¡ i

■ À J k-- 1 ! 1 ¡

• • * / ¡° ¡ална иапшеш^ i • Soлна подпора

a.is t.co ißs uo u^ up F

Рис.ТЗ. Злриси/опть У =V (F) для гформиронпганхгя волн.

ш С в/

Ц sTfPk 4 е,

X, m

£гл!

S)l»4

га

J¡ a>¿ "tri*-'S'

T

-/

l'iv.. 14. Тгм "тг.г>и v«>w v:;.r'«)!•','i' n",w»i..>í- «и.гти «-.Ьормирокп ivtyH г- • ivï г »•••¡•■•¡н'л ; ti.tí.s'ii.'i'.ir' ;>п!мг(п) и »MM.-uny.i:i'(f; )

откотпгь, что указанные теории разработаны для установившегося ■ волнового движения, чем по -видимому, и mozho объяснить эти расхождения. Из графика такме следует, что широко используемая для определения скорости распространения волн перемещения (¿срыула (39) дает заниженное значение скорости, Дта определения ото!; величины мопно рекомендовать полученную зависимость (38), ;;с которой следует, что скорость бропта волны перемещения с онду-ляцпвмп определяется глубине'! вода: под первым гребнем,

Ii с с л е д о в a н и я к и и е м a т л i: и лобовой части полог, иге ль низе золи перемещения выполнялись при помощи кинссьемкп в прямоугольном лотке сечением (0,5 0,75) м^, длине:; 45 м.

IIa рис. 14 представлены полученные в результате обработки материалов киносъеклш траектории частиц воды в предела:: лобовой части сформировавшееся волны перемещения. Основное отлпчпо от ' кинематики ветровых волн мелкой воды состоит в том, что з рассматриваемом случае частицы двинутся по иезамлнутш траектория:.:, зшзда, кок и профиль волны, форму эмашжичеемве трохоид. &ти iрохопдц перевернуты по отнемекпи з; поверхности волны и ик'еют отличные от профиля поверхности длину (Д. ) п период ( %7 ),

¿дина траекторий на лгхЗоЛ глубине мокат епть определена по известным £ор:даам: .

*т • К -ш ■ ^

а шяшнуда - по впрааешиз с , ,

I ш>

где Ят - средняя длина траектории на вертикали: волновое число дся длины оидулпцнй ;

20 - полоаеше ссп, относительно котороИ движутся частицы води;

H - полояенпе средней волновой линии.

Сравнение результатов опыта с расчетами по формулам (40) и (41) даЬт отклонения не превывапдие 5

Скорость частиц води л волне на верите траектории в средней в 4,7 раза больно, чем в подоЕве, а по глубине она измоняет-. ся аналогично изменении длин траекторий." "

йшолпенкыА ■она'шз движения частиц мпдкостп в пределах лба

крутой волны перемсщсшя позьсл:.:; сссювкть урзв::ек:-1 их траек-торч!''

х = Хс + бД -Ь * а7 -бМх* -

г Сов{кх0-б71)

(42 )

где х - продольная координата местоположения центра эллкп-0 оа, образующего траектории;

<3Т~ - круговая частота, соответствующая периоду движения т частипу ;

/7~ пневое х-;сло соответствен;ее ¿дане траектории;

к = Л - волновое число соответствующее дхше волны;

От - банная полуось эллипса,образующего траектории;

Нс - вертикальная глордината оси траектории.

1.2.3. Разработка, исследование и внедрение гасителей волн перемещения. .'.иоголетний опыт оксплуатации братского магистрального канала с касгадом из 6 насосных станции, других крупных кащпиных каналов подтвердил псин теоретические расчеты об образовании волн перемещения при пусках и остановках насосных агрегатов.

кгл защиты шлшкого хапала, сооружении и судов от воздействия крутых ьолн перемещена необходим комплекс специальных мероприятии. 5то мероприятия "пассивного" характера, направленные на приспособление конструкции канала и сооружении г. восприятия дополнительных нагрузок: повышение запасов да:.:б, крепление откосов, повыпеиие устойчивости сооруг.ешк и др. К"активиыг.:" мероприятии: относятся специальные сооружения (гасители), прзпятствущщпе возникновению и развитию крутых волн перемещении в канале. Такпе сооруг,ег;;ш дожпы сбеспечязатьгзо-первшс,гашение онгуляций,во-вторых, штенпе высоты лобовой части еслш п в-третьих,уполощеппе волнового 'фронта, Ряд ксиструшй таких гасителе!; представлен . на рис.15,

Недостатки существующих х'аептеле!! потребовали разработки новых конструкций для условий крупиих мапишплс гапалоз.

Еыл разработан волногаситель так называемого бокового типа, предста'влявд^ собоы длинные ботовые "каргзш", устраиваемые сим-метрачно по обоим берегем канале нэ подходе к насосной станции

Риг. 15. InciiTOíM гшожитмьдах волн перемещения.

л-боковго уширеш'я;- fí-смкости гоединяемне с ют«-íom I)прото1ч>й ''¿и 2)трубой; в-бокопой водосброс. с t'.miinnHfc-M .-атвором; г-бокооой вопослив;д-гпситель rto»onoro Ti'nn ; о-то го. с доиогаитолькгаи гясяоими олпментпми I ) о тоннами , 2 ) иппимки ; ».-гаситель толевого ТИП».

(рнсДБд). jjio гурманов выполняется па os;xw:c uaKcn;..aJDHoro стационарного уровня води и имеет небелых:: найлон ( ¿ & I % в сторону русла шизла. Б предела;: гасителя, ххн: видно, резко увеянишается сечение кинала, занятое волной, что приводи? х: ее распластывании в продольном и поперечил направлениях.1йле интенс:1вп01.у гаиенин волн способствуй? дополнительные гасящие олемеити, которые мспно располагать на дно харманов (рисЛ&е) ¿ругой тип гасителя бил разработан для гаишных хяпалоБ в которых в процессе оксплуатащих iu:cot место значительное i», банке yposiw воде. Гаситель, названный на;.и целевш, представляет собой длинную oii:pmyu емкость, отделепнуи от х-шнала продольной степхсо;'; с отверстие:.: (цельи) в нишей часих \$gc.1jú Б стлпчне от гасителей, показание на рис. 156 , ста хюнетрухгд обеспечивает длительное воздействие на лобовуп часть велни в течение всего времени ее движения вцоль дел::. 11а это? гаси теле получено авторегае свиретельетЕС( 914709 )

йсследования гасителей проводились но костких моделях участхсов ¡.змпннии каналов, приг-хиимхип: к насосной станции.Иде дцрованпе начальна: условий и выбор маситаба 1.:оделей осуществлялись по выбранной методшее с использованием критериев подоби ©руда п Репнольцса. Соответствие граничных условий волнообразо ваши на моделях услокхям малинных каналов з натуре оценивалсс предложенным нами безразмерным параметром ,

Основные параметры гасителя определены на основе данных лаборатории:: исследован::!; 2-х километрового участка Кармлнсх;ог магистрального канала (масштаб ::.одсли 1:40 натуральной величии Основные гидрааличесг-пе элементы потохса в оюгл канале при рсбо 5 агрегатов я соотватствущие хил значения на модели приводятся в тсб;шцо5-

Таблица 5

! i ! ! Число П'лофкнхзде!

!Расход 'Глубина ¡Скорость !Рейг.ольдса!сопротиuxt ! ! ! ! ! riifi

Натура 1Ьдель

195 г.гУс 5,8 ц 1.57 м/с 19,4 ц.;3/с 14,5 си 25 см/с

4,IxI0G I,6xI04

0,0160 0,0165

параметр:! волн гапнспвалисъ по всей длине модели.Колотеет-вешшя оценка работы волногасителей производилась по показанном датчиков, располог.спив: в непосредственно:: близости от него. 11а рпс.16 предстаатенц волнограммы одной и той ме вол ни на подходе к гасители и после прохождения его, полученные в одно:.: из опытов. Для оыешп! ocjxj активности работы гасителя были ссстав-леш следусцие безразмерные показатели:

а) ксзуГкцпепт уменьшения высоты волны:

б) 1»а1фзд:<И2т уполомеиш фронта волны,характеризующий крулшу волнового фронта на выходе из гасителя

1¿[e " Ct - ускоренно свободного падения.

В проведенных опытах изменялись длина п ширина карманов и' емкостей, высота мел: и др.параметры гасителей. Для гасителя Сокового типа были рассмотрены два варианта его раегюлоне-ш:г:: непосредственно у авенгамери Bccocnoíi стапщш и па участке г-апэлэ, где'завершалось формирование волш (расстояние ст аванкамеры $г = Уъ-Арр -, где hCp ~ средняя гпдравличсс-•сая глубина трапеце'эдаль'пого русла),

Модель была запроектирована raí:, чтобы моделировать останову насосных агрегатов 'с учетом возникающего при этом обратного тока'в трубопроводе.'Параметр, характеризущнй эти граничные услов:п, отбывается зйй;сишастью:

AQ.+

F --, ■ At , ' С-is >

А7р

^УУЧ^о'

х-де V - объем вода, закшченгаЛ! в трубопроводе;

\t - ьре:.л опороннешш трубопровода.

Опытные данные, представленные в виде графиков (рис.18) зависимости ^ = У () д = / ( ), показызащт правомерность введения , тр

В качество примера рассмотри:.: осковнЕе результаты опытов с гасителе:.: бокового типа. Опыты показали, что полное разрушение вторпчшх волн происходит при суммарной площади дна карманов Q = £0 со С OJ - площадь глвого сечения потока в капало),

• л J¡¡ itiíiiiio.Ljjui ик -i ахи o uj - j; iiian.muij

)00uh Ti«Ui»u 4iw¿natu - i 'ииих оаоаояоу н^хи.оиа нин 3'j"ouj(id a uouoAfrfd ¿o ^ и ¿q aojib.-ii.'ULiü чхоомиэиаu£

i oí í'o 9'o b'o ta Q '§ o't № з'о ч'о to

— I_f_I_I_1__— « -»-x-—J-1 I-

г }

94}-3 9 0 SU=Ji a °

09=J3 ® X v v

■ ¿:.'Oi,ri j ьм

iih'ox.-i-j. ,,ii {-i л ju'o/ä un л.ч ; jaoib'un и'лл

il -¿"d

б - г уютом обратного тоня. Дпшц.'е модели:» - серия I; в -серил П при <}т *» 0о ; а - серия II при 9тр"* 0д ; х - млтура.

ыезсшспмо от соотношения ехчз и гирппп, о та:г.е местопс-

лоалш гасителя (рис. 17). /альнеШзе увеличение размеров кар-глпов приводит всс i; болыдку уиоломегдпэ ¿рента еолш за гасителем.

По дашшм ог.сперимелталышх исследований были назначены параметры гасителя бокового типа для Каршпнсксго магистра; .псхч канала, строительство которого било завершено в 1917 г.Гасптсл с кормана!.:п длиной 500 и и ширинок IG м обеспечивает ( при по: Нои гашении опдуляциы) снижение высоты лба еолны в два раса :: уноломеппе фронта волнп около 20 раз,

Выполненные исследования позволили определить основные v;< бованкя, когорт: долина опгечагь конструкция гасителей крупг: еолн перемещения для условии крупных машишх каналов:

Ii Гасители долмны ¡плоть значительную длину в ^правлен:::: распространения волнового (Гранта, чгоба сбсспочи^ достатсчкгс время воздев тз:ш на тлСощо часть волки. Йрпрш$р,г,ля'уцслсме 1шя йроита bojuiu до значения с€ ^ 0,С05, при расположен:::: га-ситедя у аванкамеры, его ¿yxiuia долмнэ быть Lr ^ 125 hc , а при воздействии гасителя па сформировавшиеся волны тот ме уровень гашения достигается при несколько меньшей длине

L> 80/^ .

2. Поскольку распространение волн перемещения сопрс: сг.дг-ется переносом объемоз еодн, гасители долг.ны иметь сообщо!г;хес с х:анало:л емз&ети для размещения части этого объема.При ото:;, для полного гонения ондуляцпй плонддь этих en:oprei: долмиа бит

ö>C0cJo . Для достижения значения Э€ ^ 0,005 цирина к-змдо емкости должна быть Ег> 0,4 В0>

3. Располагая в емкостях дополнительные элементы,играмщче роль гидравлических сопротивлении и препятствуйте развитип п распространенна волн внутри гасителя (см.рксЛЬ.ё), момно в 1,52 раза повысить ойевдивносяь•tmem-л волн при тех г.е размере гасителя. Увеличение гидравлического сопротивления протечке!: части должно приводить к большему уполоыешш фронта' во;шы(ПиП[ мер, в цели гасителя).'

4.Консгг>11сцпя гасителя не должна нарвать гидравлику стсх парного течения воды в канале. Этим требования!;, в полно!; море отвечает гаситель бокового тигы.

5. Гюнструкция гасителя должки быть такой,чтобы кс::лга:гл при авзрийшх остановках насосных станции холостые сбросы вод из пенала.

4J -

E i o p o i: раздел п с с в я ц e н последов a i! я м в с т р о б и :: во л п, ьс.зппказдх в крупных канала::,'

01:сплуатац::я действуй::-.:.: кепалез пс кг зыкает, что ос'псзу:>-№сся в ВКХ ветровке волны, особенно i:a те:: учссл:а;:,где трасса капала совпадает с направление:.: господству.:::::* в даппо;! местности ветров, вызывает псрерас'отку берегов в несблыцовэпноь части, приводят к увеличен:;::' : угнести веды и поступлении в шюл наносов, Еслкы о'сазываьт воздействие на суда, дви:..у:де-сл по тгалу, и слсмснтп Х'идг.стслничес:-'^: ссорумек::;!.

Теоретпчесппл! и оксх:ор:п..ситальнп::л исследованиями ветровых волн заипм.ал::сь мапхвеев Б..':,, .'.1эсс Е.П., Ксптард:: П.Г., Крылов 10.:.:,', Стро^лсв С.С., ¡ллхлухпн Б.М., Ераславсп:!; Л.П., Jxnre- Хпггппс ¡.I.С., Лабзогсп::: II.Л., Псггзеев К.В..Коненкова Г.Е. Теплов В.11.,1:свпсвсти:; В.Т...Ахмедов Т.л.,11урккп Б.К..й'-шпев-сп::'! Б.II. и другие.

Гслнсос'разоваппс в глнелах имсст ту ке физически природу, что и па море;; и водохранилищ, но в то ые время

условия их формирования отличаытся и характеризуется:

- геперакис:'! волн непосредственно на cci^i.ci; воде;

- относительно узкой л вытянуто!; в длину ферме!! водно!! поверхности с параллельны:.:: берегами;

- влиянием береговой шероховатости па ветровой поте::;

- переменней по ширине и постоянной по длине глубина:;

воды;

- поправление;: ветра, которое мопот из совпадать с главным направлением распространения волн.

Глплпио этих особенностей на формирование ветровых воли изучено мало, поэтому расчет элементов волн для каналов по де1!ству1хл'.: нормативам, различны:.! рекомендациям является недостаточно обоснованным и требует постанови! натурных исследований.

2.1. Натужные исследования ветровых волн. Разработка методики расчета . Натурные исследования выполнялись ног.21 в течение ряда лет на Коршинском, Кызылкумском (ККК) и Дму-Бухпрсшл (ЛЕК), Шюгслсднсстепсксм (ШО магистральных каналах (табл. 6 )

Элементы ветровых волн определялись на различных расстояниях от сооружений ( крутых поворотов трасс каналов), а тайне в нескольких точках по сечении от оси русла до уреза веды (p.ic.IS Измерения параметров ветра и вод] выполнялись при помощи анемометров и дотчпков-волпограйов с записьи результатов на ссцилог-рафах, Расчетные значения этих параметров определялись путем статистической обработки осшлограмм. За период 12£1.,,15 гг. на указанных каналах проведено SO опытов, причем длина разгона при встречном u попутной течениях ветра составляли соответственно 750...3600 м.

Исследовашиз показали, что высота обрпзутлднхся в каналах волн меиьпе, чем для открытых бассейнов, что естественно нбо берега канала ограничивают ширину водной поверхности, а ото значительно уменьшает пос?упленне волновой онерпш в створ измерения по боковым секторам, На встречном! течении эта разница меныщз, чем следует из указанных соображений, что является следствием качественного отличия процесса генерации волн на текущей воде. При встречном течении воды вйсота, период и длина .образующихся волн больше, а при попутном - мспые, чем в зонтичных условиях при отсутствии течения.

Параметры крупных каналов, где изучались ветровые волны.

Таблица,6

1'. Кэриипсх'лй г.:агнсгралышй канал, ПК 250

175 0,5...1,0 4,5...6,0

2. Д.Г/'бухарскнй глгастраль-канал, ÛK 50

250 0,6...1,0 4,0...5,5

3. ШноголодностейСйсй канал, ПК 140

445 0,3.,.0,5 5,0..,7,О

4, Кизылкумский ¿¡агнстральньй хсанал, ПК 14

200 0,5...1,0 4,0...5,0

ftapiuuucKUù MkJ

fC^___с

X юса____

t ts+tO"*

a

Ю'Ъ..

x г. /1/0

V

I il M

ь- Ü гг__ \

i х> га оа Il II X"2S7f // X*3SS m ^ -

Т-ёолномерный cmSop 19SSr Jjji - полномерные Ыори/Шк

OS

dft/û Septe.

ÛMviïyxapcHUÙ MK- /¡цчсррЗЦ

$11 /-А'С/>СЛ

Рис, 19. Cxevn рпспо.';о*ч"иия и оборуноттния ».-.r'Cî/erHvx створо» un рллличнгх обт.сктях: З-лгЧчу.ки; 2-трос; 3-датчики- по л югг<Ф*'• "р V.-ki:.

Латурные исследования пмззалы, что отклонение направления ветра о? осп канала на величину - 22,5 с (в предела:: точности измерений) Не ог-азываст влип/им на значения элементов ветровых волн. Пр:: болъшх омконекиях ветра высота образуи-гдхсл волн начинает достаточно бкетро уменьшаться. Поэтому за расчетную следует припадать максимальную из скоростей ветра заданно:! обеспеченности, определении з указанном дпапазо-ке направлений по отношении к оси канала,

На основании результатов натурных исследований предложено методика расчета ветровых вели пр ней мемно определять средние значения тсот (h) и периода (Т) волн, причем ветер момет быть как встречным, raí; п попутным по отнесении к течении вода. Расчет выполняемся в два этапа:

- на основании известны:-: гашс:и.:осгсй, полученных для условий морей, озер и водохранилищ, с учете:: особенностей береговой части акватории каналов определится значения элементов волн в расчетной точке в предположении • отсутствия точена води (У= 0 ) ;

~ по зависимостям, полученный на основании исследований ветровой: волн в действушпс каналах и в аэрогидравдичесг-нх лотхах, найденные сначевия элементов волн пересчитывает сл для условий течения воды в канале.

Расчетные характеристик» ветра долины определяться по методике, изложенной в действующих нормативных документах, причем за расчетную принимается средняя скорость ветра (WCf>) па высоте 10 и от поверхности вода.

Jíct определения средней высоты волн (íi0} на оси ш;ала при условии отсутствия течения за основу принята формула:

^ = 6-дг4. w1'1 -I0,45 <46>

Езодя относительна продольную координату = Х/й имеем: t _ r Tfr4 Т,1 0,45 v, 0,45 , . t

»Ъ = b"10 W . В ' ( 4? )

Полная энергия волнения Е связана со средней высотой' волн соотношением

Ьр = Z'Jí В ( 48 )

Тогда энергия, пссгупаищая в расчегнуо и>'«> £ по произволь-

Ному лучу, проведенному под углом 0 к осп копала,будет раЕна

е^-.^^о*. в^:9 то; (49)

-.л-суммарная средняя высота волн в расчетной точке Р будет

= ( б ■ю'-^-з™)^ (50)

¿'ди каналов помп функция распределил прим та в виде:

8 СО**в . ( 5Г )

■ушь

37С

Интеграл в (50) заменяем суммой

f* = t ff't??; , (-S2)

1*0 >t L '

гце -числовое значение интегральной фушянл елового

распределения энергии волн в пределах " ¿' - го

сектора,

Окончательная зависимость для определения средней высоты волн. в 1санале при условии отсутствия течения будет иметь вид

= (53)

Для нахождения величины У был построен график зависимости ]Р = У ( ^д) /"рис, 20 J . Очевидно этот график является универсальным для либого канала. 1^а$ак отражает экспериментально отмеченный факт, что быстрое развитие волн происходит з каналах на начальном участке равном примерно X = (Ю...15)В.

для определения среднего периода волн без учета течения (1') мощно использовать зависимость еппрсксшлирупщув результаты многих натурных п лабораторных измерении:

Ч = (54)

Таким образом, используя зависимости ( 53 ),( 54 ) и график на рис. 20 , могло расЧытать основные параметры волнения в ганале (среднюю высоту п период волн) в предположении, что течение води в канале отсутствует.

£ля выполнения второго отапа расчета необходимы зависимости, позволяющие оценить величину изменения параметров образующихся волн под влиянием- течения.

IIa рис.21 представлена зависимость изменения- высоты

л

о То То Та То то /го Рис. к С. Рпсчетнкй Iргфж для

определения кояичинг У

Встречный !етер • - опыты 8 летне " ¿-ЙВК, ЫУ^0.7м/с О. Ш.Ш"0.7м/с

к-км, гиг*о.е~/с ?-т ш*г,оп1с Попятный Ветер

Кшкнаба Г.£ а др. - 5етро£ие ¿олнь/ санти/летробого Зш/псшно ни течениях, бестиик /«/"У, сер. 3, г, ¿2, /V / /36/

Рис. '¿I. Р'-СЗрГд.И/СрННС' П> ПйВИСММОСТИ от

т

т„

И'РПИИ И'ГОТ ВОЛН п

".коросте, течош-'я.

гг о,«

I

т

—Г | -1-- ЯНг

игл г4т

А \ 1 1 "

V Со

Рис. 2У:

-о,г ^вл ^е-

! Встречный Бетер*-ш^аг.1,0м1е

7 • -1, опыты ¡лотке *

с ¿«гг* 0.1м/с

г ъ-ккк,ггтТ*олм/с лкт. е/ ¿г- л ^Попутный ветер %-кт, зггг? о.ёъ'г ■ +- ш, 1г1Г: < О г/с

Козгппморнкс; аклчеш'ч изменения периодов роли п тппиоимости от скорости тонйш'Я.

волн на течении от безразмерной спорости течения, подученные для разных 1я1юл0в. При псстрсенпи dtcí) гависг-мости высота h и разовая скорость CQ ьолп без течения спродслялись рг.с'стсм по кздомешюг.у еы:::с методу, ибо выполи!:': ь непосредственные измерена отих элементов в де^сгвуггдх шпале:-: не представляется возможным. Гаипые экспериментов аппроксимируются зависимости):

-h- = - 1,8 , ( £5 )

которая рекомендуется для диапазона изменения V /Са от -- 0,5 до + 0,5.

При дсстнд/лкш значения V jСа 5» 0,25 опытные тедн: начинают- резко отклоняться вправо, что свидетельствует о существовании предельных значений геллчпни b/hQ , Tckgí; вид сг.вкс::-мосхи объясняется тс:.:, что первоначально с ус:млси::с:: ветка влияние течения па параметры сбпазуи^хся волн возрастает, однако при больыих скоростях ветра оно начинает снижаться. установления характера overo скиг.сипя необходим: дошше по нсслсдсаан-нш канала1: при скоростях Естра W" > 15 г/с.

Зависимости, учншпа>ск:е влхшнпс течения па период образующихся воли, показаны на рис.22 , где нанесены дгшнно росн:к авторов, для пересчета поденных значен:::] Ч^ на течения в больших каналах мсепо рекомендовать зависимость, gnupouciuuipyix'orü данные при больмпх скоростях течения

Средиш фазовую скорость следует определять по известней дз гидродинамики зависимости:

С0= • (57)

Сопоставление данных наблюдении параметров ветровых волн па каналах с результатам: других авторов представлено на рис.23 . Поскольку оиачешь параметров значительно отличается( в 2 ц более роз), для прогноза элементов генерируемых волн и каналах лучюе использовать приведенные висе эмпирические зависимости.

, Опытные ' данные ((/¡гор)

Рис. 23. Сравнение расчетных и измеренных средних высот (а) и средних относительных периодов волн (б) в каналах. Кривые 1,2,3,4 построены по расчетным формулам - см. Масс Е.И. я др.

"Метод расчета ветровых волн в больших каналах" ("Водные ресурсы" # I, 19йв) .

2.2. Деформации откосов каналов под воздействием ветровых волн. В о л и о у с г о йч н в о е сечение капала. Деформации незакрепленных откосов каналов являются одним из основных следствии образования в них ветровых волн. Для оценки raiaix деформации нами в IS62...85 гг. были проведены натур-ныо наблюдения на Шюголодпостепском и Кызылкумском магистральных опалах.

Наблюдения за деформациями берегов проводились на пряко-лпкеьных учаехтах, где волновая нагрузка на откосы каналов была одинаково!! на'всем протяжении. В качестве типовых участков наблюдений были выбрани: в) берег какала без растительности с подведши обрывом; б) берег какала покритиВ травой ( с надводнш обрывом нлп без него); в) берег канала поросшШ тростником ( с надводным обрывом или без пего)« lia кандом типовом участие разбивался пост наблюдения, закрепленный реперами.' Периодически производилась инструментальная съешв надводной п подводной (до глубнш 2 и) частей откоса канала,

lin IŒK было оборудовано месть постов наблюдений, на КГЙ -три поста. Для определения физико-механических свойств грунтов, слошзцпх откосы канала, на каидом посту на высоте 0,3 м от уреза воды на глубине 0,2 и в трех точках отбирались образцы.

Натурные наблюдения показали, что при одинаковой волновой нагрузке деформация откосов на разных участках протекает неравномерно, что является следствием различия свойств грунтов, слагающее берега канала. На рис. 24 а 25 показаны профили откоса канала во времени. Еа посту 5, сложенном из суглинков, за три года от воздействия ветровых золя подводный обрыв (глиф) переместился примерно на 3 U, Объем грунта разрушенного откоса за период 1383...£5 гг. составил порядка 1,2....1,6 и0 на I п.и. В прпурезовой зоно образовался шша шрпноЙ примерно 1,5 и о залоиеннем ( в зависимости от грунтов) m = 5...12, который препятствует дельнейгему разышу берегов. Пост 6, сложенный пз глины, почти не подвергся деформациям.

Дня оценки влияния солеи на устойчивость откосов бил выполнен хпг.лчесшй анализ проб грунтов,, взятых на постах наблюдения. Лиализ показал, что на постах ККК и Ш{ имеются три группы растворимых солей: легкорастЕорпмые хлориды tJaûF,

'¿А. Сов».<екен»«-« поперечники ККК.-пост 6. период 1964-ОЬг

!3РасстоянЛ от репера5(м)

Рис. УХ). Совмещению поперечники ЬЖ.пост Ь,зп период 19УЗ-Ь5гг

пеоектшш

ч ^профиль откоса

ч

'/В

'Высота на сои канала

2 к 6 $ Щ И И И 15 гй

а) Волногстойчиёый попереч-

' нш протм ктошерор-нира$с/$шегося яла епв-дейстбием ¿етроЯш оам.

•'.'с. ц". .зпр'исигогть корзфитиснтп рткосг. ('.¡огмиглеп^'сг'сг '-ормн

от птотг ретроггх да;и (ККК поот« У, Г, К-о. -в гт).

- Э? -

эдуднорвстворнмкз карбойагы ¿V (" £9*$ )3„

На поогу б ДОЖ) содораениа солей ( ца 100 г. грунта ) бояьсо, чем «а посту б, хотя но обеих постах тлеется кота* весь ассорт1й.:епт соле{1, Те» не мз.чее опво поэта 8 оиозагал ыоиболоз устойчивый волновому воздействию. Счевз&йо про ОЙ "0-даодал Доктором, шшящш на усяойчадосгь откоса, являемся' содергаиие глпяксгнх частиц проо&педаачлн на посту в» о содержание легко и средиэрасгворимцх солей только соткзсЗсщ^з сшш.ешш сопротивляемости грунтов аолповому воздейсгаао.

Значительное хшшшш на характер Зорглирогашш бера^з сказывает налнчнз растительности. Набледевая ш пссгах -2,2 Ц{К и на посту 2 КГКпокаэядп, что пяопшз заросли прпбрзгаэтй! растительности, п честности, тростшша плотйоагыэ С00.,.1Ш0 втук на I п.м., шарадой более 3 ц от уреза води вадшзо зещз-^ адюг откосы ор возде^огЕИя ват]ровгк воли, •

Тай!«* образе««, на оскогшш взйгогнтш: имзира® и яаЗс-раторгт иселэдомнай еограшх воян п дафорьнщай сготсоз к$рз-кнх «»шов год .гас ададайошша, а яааяэ. акаякза ерзеггувздх гптгаэ креплений сткосоз панзлоэ иэямэ рзотггендоеа^ь голно;; л -гойщаоэ езчгпио прадочавяеикоз на рка. £в а. Парзашры С ^ , , ) определяется- по сспйрг&аскя» васавкетвтг :

я, -М?^. • <ёа|

»- 0,14 й, . с вэ>

т. , (т

да

" высота вою-аз на оси лакала I % об8сшззшос¥&<д> ; (¿•^ - ерэдновз&эвюкн&я крупиоегь часгщ гранта, ащ Тс * коеффедент.

- эч -

3 А К Л 1) Ч Е II И Е

Обойдя результаты выполненных теоретичесглх,экспериментальных (натурных л лабораторных) исследований волновых про-цэсоов, всзникоа^их в крупных мамкиных декадах при пусках п остановках гидроагрегатов на насосных станциях п в самотечных каналах в результате действия ветра по поверхности воды могло сделать слсдущле основные вшзощ :

По первому разделу - исследованиям волн перемещения :

Й) Теоротлчссше ремения задачи об околокритических течениях в длинных призматических капалах даны с использованием нелинейной тоор::и волн мелкой воды. В результате получены формулы для определе^'л высоты первого гребня» елины волны к др--гпе, Даны сопоставления полученного ромения с сущсствуими/л к выполненными автором экспериментальны:.':! цешшмп, которые подзывают приемлемость предлагаемого метода,

2) Выполненный с помощью ЕБ;.1 более глуеоклй анализ предло-копной зависимости для : .гсотн первого гребня волны показал' ее достаточную'обоснованность.

3) Шполнен теоретический расчет диссипации энергии волн перемещений с использованием дыссипативиой фуикцип. Разработаца методика расчета сатухаши воли перемещения - паны зависиг-ссти с использование:.: 331! для определения Елссипативной функции, волновой энергии и времени затухания воли. Шаолнеио сопостав- ' ление теоретических и экспериментальных кривых затухащуз волны перемещения, подезавшас :гх удовлетворительное совпадение.

4) Результаты теоретичссглх псследоваши'! подтверждены натурными наблюдениями волн.перемещения, выполненными на'крупных действущнх малинных каналах об образованы! в них волн перемещения с онцуляцнями. Экспериментально доказано, что высота первого гребня такой волны помет достигать до 20 % первоначальной глубины в канале.На отог факт ш впервые обрати л внпманпе, например, слувбдг эксплуатахуш Корилнского магистрального канала в первые не годы его эксплуатации (1571-72 гг.) Своевременное принятие мер со стороны эксплуатационной организации ( наращивание дамб каналов ), нам представляотся,помогло

взбежать ияагшл. «»^аулсшх.последствий- оз>~а;озд*2е?БЕя волн-' перемещения на данной канале.

5) Наблюдения на Шерабадском, Каршинскоя, Аиубухареком и других машинных каналах показали, что в результате воздействия волн перемещения имеют место размывы откосов, разрумянил облицовки каналов, перелив воды через дамбы и подтопления близлежащих сооружения, оборудования и территорий, 3 относительно ко-* ротких каналах волны оказывают дополнительное динамическое воздействие на водопропускные сооружения, трубопроводы, затворы перегораживающих сооружений.

0) Для характеристики начальных и граничных условий волнообразования в машинных каналах предложен безразмерный параметр ГА . Предложено так*е для оценки влияния на высоту волн подпора обьеиа воды, сливающегося при остановке насосов в отвододй канал, в этот параметр дополнительно включить средний расход обратного тока вода.

7) По результатам исследований, изучаемых волн 2 длинном гидроволновом лотке, разработана классификация втих аоян а зависимости от параметра .

8) Еысота первого гребня волны и скорость бе фронта для сформировавшихся волн перемещения могут определяться по эмпирическим зависимостям ( ) и ^ ~ ^ ^ ^

9) Изучение кинематики потока показало, что частицы жидкости в волне движутся по траекториям имеющим форьу эллиптических троховд. Получена система уравнений для построения траектории отдельных частиц жидкости и мгновенного поля скоростей потока под волной.

10) На основании результатов исследований и анализа литературных источников разработаны различные типы волногасителей.

На конструкции щелевого гасителя волн перемещения получено авторское свидетельство № 914709. Под воздействием гасителя происходит снижение максимальной высоты волны до 2-х раз и уполо™.енке фронта волны в несколько раз.

11) По результата« лабораторных иоделыкх исследований даны рекомендедиа по конструкции и основный размерам гасителя бокового типа для условий Карпатского магистрального канала (.ис-ду насосными станциями Р 2 и }} 3 ). Строительство гасителя завершено в 1987 году и с тех лор он успей» эксплуатируется. Экономический оффект от внедрения гасителя составил 20С тыс.руб.

12) Рсзульгсш исследовании использованы институте;.! "Ссюз-нитергсд" при оценке параметров волн перекеценля- проектируемых крупных анналов, а предлогегшая-конструкцм гасителя волн пере-мемеи::я использована в уг&заншх проектах для снижения параметров этих волн,

13) Результаты исследовании пспользсваны в "руководстве по определен::!:) параметров пото!:з при неустановившемся дв:и::с1-Х111 води в ш;ало" , В/О Союзводпроект, - "Сссзгштроводхоз",¡.!,, 12&

14) Исследования волн перемещения должны бить продаже пи, в частности, по натурному изучешт кх разишаддей способности откосоз, слог.снных мелкопесчаннми и другими слабыми грунта:.::;. Теп:с исследования на подводясем г. насоснс!) станции I Кзргин-ск.ом 1аналз наш начаты." .....

Другим направлением будуцах исследовании является оценка эксплуатационной надег.носта крупных каналов, с учетом результатов наших разработок ц других авторов, Тагля работа начата паи в 1991 году по крупным шюлам рсспублип: Каракалпакстан.

По второму разделу - исследованиям ветровых волн:

2) Натурные исследования ветровых волн.впервые проведении в течение ряда лет в крупных депс^вуодос заладах (ацубухзрсшй КориаюквА, КзилкумспШ и КР-), подтвердили .'теоретпческле полон н:ш об их существенном влпяшгва орозпынне процессн, об особе Ностях генерации таких волн, оашлаадпхся в-(.алой длине разго вяшпщ на их параметры гечеиги и ширины ионплоя.

2) Сопоставление натурных депаых 'с суцествунцими теопетс честил! н экспериментальными зависимостям*! по определении оспе них параметров ветровых волн показало, что ймеет место значите Ное расхождение результатов. В связи'с итпм для прогноза елеме тов генерируем« воли в каналах рекомендуется .'использовать воа ченипе нагл омпнрцчеекпе зависимости.

3) Установлено, что в каналах -при'воздействии ветра обра: штся ветровые волны, наибольшие значения которых достигается при направлении ветра, дуедего против течения.

- 4) -Значения элементов ветровых волн,генеряруе:ш в каналг меньше,чем в открытых акваториях морей И больших озер,в виду* мглой их глубины п уменьшения поступления ветровой анергии пз-узости каналов.

5) ьпоголегнимы наблюдениями установлены хароптер, (Ьор.а

и размеры де£ор;.;аг,ин откосов в'-зависимости от гпенсостава грунтов, слагагхих откоси, их солового состава, наличия по богсгах растительности,

6) lia основе анализа н обобщения известных дш;!аи: и иатуг/-ных исследований рекомендована копструкцш воллоустопчивого сечения канала и даш омпнрпчссгие зависимости для назначения этих параметров,

7) Результаты исследовании кспользоиаш в практике проектирования крупного капала ( пистп-.ут "Ссизиитсрвор") .и в эксплуатации Кариниского магистрального канала.. Оконсгичеспи; ^ïtJeiiT от внедрения составил ~ IL7 тыс. губ,.

L) в перспективе исследования ветровых волн необходимо тродол:?пть с целью уточнения разработашик рекомендации для зкоросте!! ветра до 20«..¿О м/с, часто ииеи'их место на оксп-туатпруиихся каналах.

Taire натурные ноблгденит восьми актуальны ц при оценка жсплуатапдопноЛ надсгностн крупных каналов, которой в ноелед-:ее время уделиотся всо боли.с- вни.хишя с точки зреш^я сколо-uui и охрани ci:pyv.oa:;cii среды. ,

Список опублщгозшшх работ, в которых отражено основное :одериание ¿^ссертации :

Сколокритнчесиие течения соды в длишшх призматических руслах ( в соавторстве). Труди CAJOniKI, вш.120,Тап:епт,1970, ¡. 0 волнах возшиащпх в подведшем канале при внезапно!) остановке iiacocuoil станции < в соавторстве) Сб.научных трудов CAIE2IRI, ил1.140,Тса-:ент, 1974. I. О ирсои.ле уединенной волки в призматическом русле, Сб.научит трудов САЗЕ С И f, вып.140, Тсмкент, 197-i. !.- Натурные исследования волн перемсмения в шшах ( и соавторство } Сб.научшх трэдов САШ GIE i, вш Л <17, У ыи :оат, I&75, , Волки перемещения ы шшолинеипих участках г-зиатоа (в соавторстве) Тезисы до:;лацов Рсспуйлщ-ли«:©|; Тошкенг, 1976,

. Натурные исследовашш ус лови!) образования тЩг

меценняв машпших капалах ( в соавторе?^ ©^^блещ, рогионального перераспрсдолешш речного отека1* ^ящ&ЛЩ!^ . Ц 351,Л.,1976. "

?. С bpсоте сформировавшихся волн перемещения р машинных каналах (в сеяЕторстЕе). Сб.научных трудов CAÍLIMPI!, внпЛЫ,

tnil'kc-h"',

ъ\ Гаситель полоу.ктельккх волн перемещения для машинных каналов. Каталог паспортов Щ;НТ/|,Ь1инводхоя СССР, !.!• > № 2, 19а). 9. Волны перемещения с Кпршинском магистральном канале и спо-- соб ихгашения (в соавторстве). Доклады BACXíii'Ji, )."= 2, I97S.

10. Некоторые результату исследований кинематики'сформировавшихся еолн перемещения (в соавторстве) Из в, ЛИ ^зССР, У 3, 19?9.

11. Гасители крутых волн перемещения для крупных каналов (в соавторство) Сб.научных трудов САКИ1!РН, вып. I6¿, 19^1.

12. Ьодопроводкщее сооружение для гидросиловых установок - авторское свидетельство J>i 9I470S, БИ, í."1 II, I9d2 (в соавторстве).

13. Experimental investigation -of the positive travelling surges fore part observeá in canals (g соавторстве).

XX 1АГО congreso.Proceedings,Sub.D.b, Voluae V, Moscow, 1983.

Diocuasior. of paper D.b.7 XXXAHR copcresa. Proceedings . discussion, Volume V111 , Moscow, 1983,

15. Нестационарные течения у мостовых опор. Тезиса докладов Ii' Республиканской конференции по научно-техническим проблемам, Саратов, I9d5.

16. Расчет диссипации энергии волн перемещений. Докладу ВАСХ111Ш, № 1С, lí-cc.

17. Исследования волногасителя для крупных каналов в виде проницаемого банкета (в соавторстве) Изв.АН УзССР,-19вЬ.

18. Прогноз элементов ветровых волн в крупных каналах (в соавторстве) Журнал ITC tf 12, I9B6.

19. Деформации откосов каналов ветровыми волнами (в соавторстве) Сб.научных трудов СЛНЖРИ, I9c36. !

20. Метод расчета ветровых волн в больших каналах (в соавторстве) Ж."БодНке ресурсы", № I, 19Ш.

21. К оценке эксплуатационной нодекности крупных каналов. Узбекский журнал "Проблемы механики","ФАН" АН РУз, № 5, Ташкент, 1992.

22. Волны в крупных каналах: теория и эксперимент. Монография (9.0 п.л.), депонирована в ВИНИТИ, » IB4I - В92, М., 1992.