Методы и вероятностные модели оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности оросительных каналов – часть 3

Сельское хозяйство      Постоянная ссылка | Все категории

Четвертая глава посвящена получению эмпирических зависимостей для гидравлического расчета земляных и облицованных русел в условиях эксплуатации каналов и сопоставлению их с формулами других авторов и натурными данными.

При получении расчетных зависимостей для определения коэффициентов шероховатости и гидравлических сопротивлений вида , , нами были использованы натурные данные более чем по 50 каналам для различных условий их эксплуатации: при нормальном их состоянии (без зарастания) и в условиях зарастания водной растительностью.

В результате компьютерной обработки базы натурных данных, главным образом по каналам Северного Кавказа, с использованием пакета программ Microsoft Excel автором были получены 16 графических зависимостей, некоторые из которых представлены на рисунке 4 и в виде следующих формул:

а) для каналов в земляном русле при нормальном их состоянии (без зарастания)

; (17)

(R2 = 0,846), (18)

диапазон применения: Q = 2…200 м3/с, Re = (1-11)·106,

б) для каналов в земляном русле при зарастании

(R2 = 0,895), (19)

диапазон применения: Q = 0,3…30 м3/с, Re = (0,5-1,7)·106,

в) для каналов в облицовке при нормальном состоянии

- для спокойного состояния потока (Fr<1)

(R2 = 0,791), (20)

диапазон применения: Q = 3…180 м3/с, Re = (1,5-30)·106,

- для бурного состояния потока (Fr>1)

, (21)

диапазон применения: Q = 1…7,5 м3/с, Re = (2-7)·106,

г) для каналов в облицовке при зарастании

(R2 = 0,705). (22)

диапазон применения: Q = 0,4…5 м3/с, Re = (0,5-1,7)·106,

В этих формулах – безразмерный параметр; С – коэффициент Шези.

а)

б)

Рисунок 4 – Графики зависимостей и λ = λ(Re), построенные по данным натурных наблюдений:

а – для каналов в земляном русле при нормальном состоянии;

б – для каналов в облицовке при нормальном состоянии.

Проведенное сопоставление по формуле автора (18) для земляных русел каналов в нормальном состоянии с формулами других авторов (И. Ф. Карасёва, О. М. Айвазяна, Э. Марки, А. Штриклера, Ю. А. Ибад-Заде) показало, что наиболее близкие значения расчетных значений гидравлических сопротивлений с натурными данными (БСК-1, Бг-Р-6) дают только формулы Карасёва, Ибад-Заде и автора (с отклонением от 6 до 11 %), остальные дают расхождение от 19 до 285 %.

Сопоставление формулы автора (19) для заросших русел с известными зависимостями (И. Ф. Карасёва, А. Д Асановой, В. С. Боровкова, Н. И. Турянской, А. Найта) свидетельствует о том, что наиболее близкое совпадение с натурными данными дают формулы Карасёва и автора (с отклонением от 7 до 21 %).

Для облицованных русел каналов близкие значения с натурными данными получены по зависимостям А. Д. Альтшуля (степенной), А. П. Зегжды (с уточнением автора) и эмпирической формуле автора (20). Расхождение по ним составляет от 0,5 до 10 %.

Таким образом, для условий эксплуатации каналов Северного Кавказа могут быть рекомендованы наиболее точные формулы, дающие наилучшее приближение к натурным данным, в том числе и ряд эмпирических формул автора.

В пятой главе рассматривается методика оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов и расчет экономического эффекта от внедрения предлагаемого комплекса мероприятий по повышению их надежности при эксплуатации.

По результатам исследований и накопленного опыта эксплуатации каналов Юга России для практического использования разработана методика оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов, общая структура которой представлена на рисунке 5.

Основные этапы методики включают:

- сбор исходных данных;

- определение показателей гидравлической эффективности: расхода воды Q (при необходимости), КПД канала η, коэффициента шероховатости n и коэффициента гидравлических сопротивлений λ, параметра относительной ширины канала по дну β и др.;

- определение показателей эксплуатационной надежности: показателя технического состояния канала Рэ, вероятности безотказной работы Р, прогнозного срока службы τ0 и др.;

- оценку выполнения критериев гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности по условиям (1)…(4);

- разработку мероприятий по повышению гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов.

Рисунок 5 – Общая структура методики оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов оросительных систем

На основании обобщения опыта эксплуатации оросительных каналов предложен комплекс мероприятий, направленных на повышение гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов в земляном русле и в облицовке.

Так, комплекс мероприятий для облицованных каналов включает: соблюдение минимальных и максимальных скоростей течения, исключение различных колебаний и быстрого опускания уровней, устройство на участках с высоким стоянием УГВ дренажных выводов в канал и дренажно-разгрузочных устройств в облицовке, проведение очистки русел от наносов с помощью землесосных установок, не нарушающих целостность облицовки, применение при ремонте разрушенных поверхностей облицовки полимерных покрытий на основе эпоксидных смол, устройство при реконструкции облицовок покрытий из натяжных геомембран, типа Карпи, обеспечивающих снижение шероховатости облицованных русел в 1,5 раза до значений 0,012-0,013 и продление их срока службы на 25-50 лет.

Экономическая эффективность от внедрения результатов исследований рассчитывается по приведенным затратам в сравнении с базовым вариантом и с учетом чистого дохода от повышения пропускной способности канала, чистого дохода от повышения КПД, уменьшения потерь и орошения дополнительной площади за счет сэкономленной воды.

Разработанная методика и предлагаемый комплекс мероприятий, направленных на повышение эксплуатационной надежности каналов, были внедрены на двух объектах в Ростовской области и Ставропольском крае: на канале в земляном русле БтМК на Азовской ОС и на канале в облицованном русле Р-19 Право-Егорлыкской ОС. Общий ожидаемый экономический эффект от внедрения на этих объектах составит более 10,0 млн. руб. в ценах 2008 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе анализа опыта эксплуатации оросительных каналов и крупных каналов комплексного назначения установлены основные причины их ненадежной работы: деформации русла, заиление, обрушение откосов, подмывы берегов, зарастание водной растительностью, повреждения облицовок, разрушения стыков плит, значительная фильтрация, которые приводят к снижению гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов, ухудшению их технического состояния, уменьшению их КПД и срока службы.

2. Предложены критерии эксплуатационной надежности каналов, учитывающие как гидравлические показатели работы (скорости, расходы), так и комплексные показатели (КПД, показатель технического состояния), а также показатели безопасности (вероятность безотказной работы).

В соответствии с данными статистической обработки выборки, включающей 25 объектов с нормальным состоянием русла, получено среднее значение показателя снижения пропускной способности крупных каналов ´ = 0,936 при среднеквадратическом отклонении значений σα´ = 0,097, что свидетельствует о снижении расходов при их эксплуатации для условий нормального технического состояния по сравнению с проектными в среднем на 6,4 %.

3. Обоснованы значения коэффициентов допустимого снижения нормативных показателей, входящие в условия эксплуатационной надежности, значения которых в результате статистической обработки натурных данных составляют: коэффициент допустимого снижения пропускной способности крупных каналов α0 = 0,047; коэффициент допустимого снижения КПД для каналов в земляном русле β0 = 0,044 при среднем значении КПД = 0,838, для каналов в облицовке β0 = 0,031 при = 0,947; коэффициент допустимого снижения показателя технического состояния каналов σ0 = 0,029.

4. Разработана вероятностная модель эксплуатационной надежности крупного канала при разделении его на отдельные элементы с последовательным, параллельным и комбинированным (последовательно-параллельным) соединением для условий независимости их отказов и наличия статистической связи, которая проиллюстрирована примерами расчета.

5. Предложена вероятностная модель эксплуатационной надежности распределительных каналов различного порядка расходом до 10 м3/с. В результате статистической обработки данных наблюдений установлены значения коэффициентов допустимого снижения: пропускной способности α0 = 0,03, КПД распределительных каналов в земляном русле β0 = 0,015 при = 0,754, в облицовке β0 = 0,035 при = 0,854. Для оценки эксплуатационной надежности распределительных каналов предложены зависимости с учетом приведенных коэффициентов допустимого снижения основных показателей работы каналов, в том числе расчетных расходов, требуемых КПД и уровней воды, обеспечивающих командование.

6. Используя закон редких явлений Пуассона, получены расчетные зависимости для оценки прогнозного срока службы каналов в земляном русле и в облицовке. Анализ результатов проведения расчетов позволил установить существенное влияния на продление срока службы каналов проведение ремонтно-профилактических мероприятий.

7. По результатам проведённых натурных гидравлических исследований, а также обобщения ранее полученных натурных данных других авторов путем компьютерной обработки установлены новые эмпирические зависимости для определения значений коэффициентов шероховатости и гидравлических сопротивлений вида n = n(Q), и λ = λ(Re) для земляных и облицованных русел в нормальном состоянии и при влиянии биопомех.

8. Выполненное сопоставление полученных зависимостей для определения значений коэффициентов шероховатости и гидравлических сопротивлений для облицованных русел каналов при нормальном их состоянии с формулами других авторов, показало близкое совпадение результатов, полученных по нашим формулам с результатами, полученными по формулам А. Д. Альтшуля, О. М. Айвазяна, А. П. Зегжды с уточнением автора, а также с данными натурных наблюдений на пяти каналах расхождение не превышает ± 10 %.

Для земляных русел каналов как при отсутствии, так и при наличии их зарастания наиболее близкие значения коэффициента λ с натурными данными получены по формулам И. Ф. Карасёва и автора (отклонение не превышает ± 11 %).

9. Проведенный анализ натурных данных показал, что на оросительных каналах Юга России при расходах до 10…30 м3/с превалирующим фактором влияния на их гидравлическую эффективность является образование биопомех (зарастание русел водной растительностью и развитие макрофитов – сине-зеленых водорослей), которые приводят к увеличению гидравлических сопротивлений земляных и облицованных русел в 2-6 раз.

10. Для практического использования разработана методика оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов и предложен комплекс мероприятий по повышению работоспособности каналов при их эксплуатации, которые внедрены на двух объектах.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих работах:

Публикации в изданиях по перечню ВАК Российской Федерации

1. Косиченко Ю. М. Вероятностная модель эксплуатационной надежности крупных каналов [Текст] / Ю. М. Косиченко, Ю. И. Иовчу, М. Ю. Косиченко// Гидротехническое строительство. – 2007. – № 12. – С. 39-45.

Публикации в других изданиях

2. Косиченко Ю. М. Эксплуатационная надежность оросительных каналов [Текст] / Ю. М. Косиченко, Ю. И. Иовчу, М. Ю. Косиченко //Мелиорация и водное хозяйство. – 2007. – №4. – С. 49-50.

3. Косиченко Ю. М. Гидравлическая эффективность и надежность функционирования каналов оросительных систем [Текст] / М. Ю. Косиченко, Ю. И. Иовчу // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки, – 2008. – № 1. – С. 75-79.

4. Косиченко. М. Критерии эксплуатационной надежности оросительных каналов [Текст] / Ю. М. Косиченко, Ю. И. Иовчу, М. Ю. Косиченко // Природообустройство. Научно-практический журнал. – М.: МГУП, – 2008. – №1. – С. 70-74.

5. Косиченко Ю. М. Гидравлическая эффективность и эксплуатационная надежность каналов и лотков по данным эксплуатации [Текст] / Ю. М. Косиченко, Ю. И. Иовчу // Совершенствование технологий и техники орошения в современных условиях землепользования: Сборник научных трудов ФГНУ «РосНИИПМ» // Под. ред. В. Н. Щедрина – Новочеркасск, 2005. – С. 32-41.

6. Косиченко Ю. М. Критерии эксплуатационной надежности оросительных каналов [Текст] / Ю. М. Косиченко, Ю. И. Иовчу // Новые технологии и экологическая безопасность в мелиорации: Сборник научных докладов Международной (4-ой Всероссийской) конференции молодых ученых и специалистов «Новые технологии и экологическая безопасность в мелиорации». – 2007.

7. Иовчу Ю. И. Анализ натурных данных шероховатости и гидравлических сопротивлений каналов Юга России [Текст] / Ю. И. Иовчу // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. ст. ФГНУ «РосНИИПМ» / Под ред. В. Н. Щедрина. – Новочеркасск: ООО «Геликон», 2007. – Вып. 38. – С. 53-60.

8. Иовчу Ю. И. Влияние условий эксплуатации на гидравлические сопротивления русел оросительных каналов [Текст] / Ю. И. Иовчу // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб ст. ФГНУ «РосНИИПМ» / Под ред. В. Н. Щедрина. – Новочеркасск: ООО «Геликон», 2007. – Вып. 38. – С.60-64.

9. Иовчу Ю. И. Оценка прогнозного срока службы канала [Текст] / Ю. И. Иовчу // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. ст. ФГНУ «РосНИИПМ» / Под ред. В. Н. Щедрина. – Новочеркасск: ООО «Геликон», 2009. – Вып. 40. – Ч. I. – С. 83-90.

Сельское хозяйство      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника