Имея значение для каждой фракции отложений, рассчитываем длину пути насыщения потока до транспортирующей способности , формируемой всей совокупностью размываемых частиц наносных отложений по зависимости:
, (17)
где - полная транспортирующая способность потока, соответствующая мутности, формируемой всеми размытыми фракциями наносных отложений;
- число фракций по крупности наносных отложений (по Х. Ш. Шапиро = 4);
- мутность, формируемая -той фракцией размытых наносных отложений;
- длина пути насыщения потока -той фракцией размытых наносных отложений.
Определяем мутность, образующуюся на участке размыва:
, кг/м3. (18)
Фактическую массу размытых отложений (), поступающих в единицу времени на послепрыжковый участок, рассчитываем по формуле:
, кг/с. (19)
Для определения скорости перемещения мобильного устройства по руслу () определяем на участке промыва площадь поперечного сечения наносных отложений в русле :
, м2, (20)
где - мощность наносных отложений, м.
Объем размытых наносных отложений в единицу времени определится как отношение:
, м3/с, (21)
где - плотность наносных отложений, кг/м3.
Время размыва и очистки 1 м длины русла от наносов () равно:
, с, (22)
при этом скорость перемещения мобильного устройства будет равна:
, м/с. (23)
Таким образом, за один час работы мобильного устройства для промыва будет очищен от наносов участок русла канала длиной ():
, м. (24)
Для наглядности представлен расчет параметров гидравлической промывки канала Бг-Р-7 Багаево-Садковской оросительной системы Ростовской области (таблица 1).
Канал Бг-Р-7 имеет трапецеидальное сечение шириной по дну = 1,5 м, коэффициент заложения откосов = 1,5, нормальная глубина = 1,6 м, форсированная глубина = 1,8 м, нормальный расход = 7,5 м3/с, форсированный расход = 8,8 м3/с, неразмывающая скорость облицовки канала 6 м/с, уклон дна = 0,0001, мощность наносных отложений = 0,10 м. Гранулометрический состав фракций размываемых наносных отложений представлен в таблице 1.
Таблица 1. Фракционный состав наносов
|
№ фракции |
Условный , мм |
Содержание фракции, % |
Гидравлическая крупность , м/с |
|
|
1 |
Более 0,1 |
17,70 |
0,00300 |
|
|
2 |
0,1-0,05 |
5,37 |
0,00172 |
|
|
3 |
0,05-0,01 |
37,60 |
0,00015 |
|
|
4 |
Менее 0,01 |
39,33 |
0,000687 |
Начальный промывной расход принимаем равным = 0,3 м3/с, что соответствует , где нормальный расход канала. По мере размыва наносов и образования подпора за счет формирования дюнообразного грунтового вала в нижнем бьефе наблюдается увеличение глубины перед водовыпускной щелью устройства.
При этом угол наклона плоскости водовыпускной щели () увеличивается и при достижении им величины = 30° промывной расход увеличиваем на . Применив формулы (1)-(24), получаем данные, представленные в таблице 2, на основании которых строятся графические производственные характеристики работы мобильного устройства для промыва.
Таблица 2. Расчет параметров гидравлической промывки канала
|
Параметры устройства |
= 0,3 м3/с |
= 0,4 м3/с |
= 0,5 м3/с |
= 0,6 м3/с |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
||
|
, м |
0,87 |
1,134 |
1,22 |
1,19 |
|
|
, м |
0,087 |
0,113 |
0,122 |
0,12 |
|
|
, є |
20 |
20 |
20 |
20 |
|
|
, м |
0,855 |
1,114 |
1,20 |
1,17 |
|
|
0,544 |
0484 |
0,544 |
0,675 |
||
|
, м/с |
4,165 |
4,215 |
4,772 |
5,786 |
|
|
, м |
0,20 |
0,25 |
0,30 |
0,35 |
|
|
, м |
0,152 |
0,180 |
0,209 |
0,234 |
|
|
0,888 |
0,888 |
0,888 |
0,888 |
||
|
, м |
0,026 |
0,034 |
0,037 |
0,036 |
|
|
, м |
0,5246 |
0,6109 |
0,6863 |
0,7539 |
|
|
, м |
0,465 |
0,535 |
0,622 |
0,75 |
|
|
, м |
29,05 |
28,81 |
44,21 |
53,565 |
|
|
, кг/с |
32,75 |
40,62 |
37,83 |
56,1 |
|
|
, м |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
|
|
, м |
5900,00 |
3804,00 |
3281,78 |
3468,68 |
|
|
, м |
1147,20 |
1157,84 |
1318,84 |
1626,40 |
|
|
, м |
548,82 |
1034,19 |
760,74 |
985,57 |
|
|
, м |
498,55 |
741,53 |
410,04 |
964,23 |
|
|
, м |
1745,20 |
801,37 |
1505,14 |
1666,22 |
|
|
, м3/с |
0,00309 |
0,00613 |
0,00714 |
0,0127 |
|
|
, м/с |
0,0187 |
0,037 |
0,0433 |
0,077 |
По данным расчета получаем графические (рисунки 2-4) и аналитические производственные характеристики мобильного устройства при и =20є.
Рисунок 2. График зависимости скорости перемещения устройства от величины промывного расхода
Рисунок 3. График зависимости объема размываемых наносов от величины промывного расхода
Рисунок 4. График зависимости отношения объема размываемых наносов к промывному расходу в зависимости от скорости перемещения устройства
, при R2 = 0,9605, (25)
, при R2 = 0,959, (26)
, при R2 = 0,995. (27)
Полученные производственные характеристики позволяют осуществлять маневрирование выбором показателя производственного процесса (скорость перемещения устройства, объем размываемых наносов или оптимальное соотношение того и другого).
Анализ полученных производственных характеристик показывает, что с увеличением величины промывного расхода возрастает скорость перемещения устройства и объем размываемых наносов.
Так при необходимости проведения промывки в сжатые сроки необходимо избирать режим с высокими скоростями перемещения устройства (выбор значений осуществляется в верхних частях графиков рисунков 2 и 3), а в случае лимита на водные ресурсы - к исполнению принимается режим с малыми промывными расходами и с малыми скоростями перемещения (используются нижние части графиков рисунков 2 и 3). Полученные данные позволяют также осуществить и выбор оптимального режима промывки по графику зависимости отношения объема размываемых наносов к промывному расходу в зависимости от скорости перемещения устройства (рисунок 4). Оптимальный режим промыва русла канала будет наблюдаться при м/с, когда величина достигает максимального значения. Таким образом, в зависимости от избираемого показателя промыва можно пользоваться представленными графическими и аналитическими зависимостями, удовлетворяя сложившиеся на данный момент производственные требования.
Полученные результаты позволяют принимать оперативные решения о целесообразности сохранения выбранного режима и параметров мобильного устройства или перехода на другой режим и использовать другие параметры. Такие решения принимаются на основе изменения угла наклона плоскости водовыпускной щели () в зависимости от уровня воды в нижнем бьефе. В расчетах этот показатель характеризуется величиной косинуса этого угла (). Данные экспериментов позволяют считать критическим значением , что соответствует ? 30°. Таким образом, при достижении углом наклона водовыпускной щели указанной величины дальнейшая промывка русла при данных параметрах нецелесообразна. Для продолжения работ по очистке русла следует поэтапно увеличивать основной конструктивный параметр () и промывной расход ().Для максимальной эффективности устройства конечный промывной расход данного канала не должен превышать 0,6 м3/с.
Представленный порядок расчета в своей основе содержит известные апробированные водохозяйственной практикой положения гидравлических расчетов и поэтому является достаточно надежным и доступным инструментом для использования широким кругом инженерно-технических работников водохозяйственных организаций.
Выполненные расчеты позволяют получить производственные характеристики очистки русла водотока в виде графо-аналитических зависимостей определения объема размываемых наносов, скорости перемещения устройства и выбора оптимального режима промыва. Такие зависимости обеспечивают возможность планирования производительности очистных работ на конкретном водотоке.
Список использованных источников
устройство промыв русло водоток
1. Суйкова, Н.В. Повышение эффективности гидравлической промывки загрязняемых речных русел: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.07 / Суйкова Наталья Валерьевна. - М., 2008. - 24 с.
2. Способ гидравлического промыва русла и устройство для его осуществления. Заявка на изобретение № 2011128252 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet.
3. Чугаев, Р.Р. Гидравлика (Техническая механика жидкости): учебник / Р.Р. Чугаев. - 4-ое изд. доп. и перераб. - Л.: Энергоиздат Ленингр. отд-ние, 1982. - 672 с.
4. Расчет отверстий искусственных сооружений по предельным состояниям: монография / О.В. Андреев [и др.]. - М.: Автотрансиздат, 1963. - 108 с.
5. Румянцев, И.С. Исследования кинематической структуры потоков и переформирований дна на участках подводных переходов дюкерного типа: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.07, 05.23.16 / Румянцев Игорь Семенович. - М., 1970. - 19 с.
6. Шапиро, Х.Ш. Насыщение потока мелкопесчаными наносами различной крупности / Х. Ш. Шапиро // Гидротехническое строительство. - 1970. - № 1.- С. 31-33.
7. Шапиро, Х.Ш. Поперечная циркуляция как метод повышения взвешивающей способности потока в открытых руслах / Х. Ш. Шапиро // Труды ВНИИГиМ. - М.: ВНИИГиМ, 1958. - Т. 28. - С. 171-220.
8. Шапиро, Х.Ш. Регулирование твердого стока при водозаборе в оросительные системы / Х.Ш. Шапиро. - М.: Колос, 1983. - 272 с.
9. Хачатрян, А.Г. Заиление и промыв ирригационных отстойников и водохранилищ / А.Г. Хачатрян, Х.Ш. Шапиро, З.И. Шарова. - М.: Колос, 1966. - 270 с.
10. Медведев, С.С. Совершенствование методов расчета речных и мелиоративных сооружений: автореф. дис. … д-ра техн. наук. 05.23.07 / Медведев Сергей Сергеевич. - М., 2007. - 37 с.
11. Справочник по гидравлическим расчетам / сост. П.Г. Киселев. - Изд. 5-е. - М.: Изд-во Энергия, 1974. - 312 с.
12. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика: учебник / Д.В. Штеренлихт. - М.: Энергатомиздат, 1984, - 640 с.