УДК 658:556
Теория и конструктивные предложения по созданию нового водомерного прибора для открытых самотечных русл
, А. Г Шеров, В. Ахмеджанов
Ташкентский институт ирригации и мелиорации, г. Ташкент, Узбекистан
В настоящее время в Узбекистане наблюдается дефицит водных ресурсов, что вынуждает проводить лимитное водопользование. Поэтому каждый участник АВП заинтересован в правильном учете выделяемой ему воды. Для этого необходимо иметь хорошо отлаженную систему водоучета. Однако эта система должна учитывать не только водоподачу, но и водоотвод с орошаемой территории, что необходимо для определения водного баланса, несоблюдение которого ведет к ухудшению мелиоративного состояния земель, а следовательно, и к низкой урожайности. С переходом на рыночные отношения каждый фермер заинтересован в правильном учете используемой им воды, так как за каждый кубометр воды ему придется платить из своего кармана. Водоучет и связанное с ним распределение водных ресурсов имеет непосредственное отношение к экологической обстановке. Ведь неправильный водоучет приводит к засолению, заболачиванию и опустыниванию огромных территорий нашего региона.
Проведенные нами на ряде объектов внутрихозяйственной сети Республики Каракалпакистан в Узбекистане показали следующее: из построенных водомерных устройств предпочтение отдано главным образом давно известным и надежным в эксплуатации водомерам Томсона, Чиполетти, Иванова и САНИИРИ; однако замеры фактических показаний этих водомеров свидетельствуют о величинах погрешности более 25…30%. Причиной этого является некачественное строительство и неудовлетворительная эксплуатация водомеров, построенных без соблюдения элементарных требований стандарта.
Во-первых, шероховатость дна и откосов этих устройств неоднородна по длине сооружения, поперечник зарос камышом и заилен, водомерная рейка установлена в самом русле и не строго вертикальна. Проверочные замеры расходов через такой водослив при помощи вертушек и рейки показали погрешность 47%. На коллекторной сети водомерных устройств нет. Забираемая для орошения вода здесь никем не фиксируется. Учет воды на насосных установках внутри хозяйств ведется при помощи тех же водосливов Чиполетти и Томсона. Это совершенно неверно, насосные установки вместе с оросительной водой поднимают в верхний бьеф, то есть в канал, большое количество наносов, которые на подходе к водосливам и за ними в значительной степени осаждаются и искажают параметры фиксированного русла: дно и откосы приобретают форму занесенных песком русл; не отработан механизм взаиморасчетов АВП с фермерами за услуги по доставке воды как в условиях достаточной, так и недостаточной водообеспеченности, что лишает необходимых средств для выполнения надлежащих эксплуатационных работ; невозможность точного учета воды, выделяемой фермерам из-за отсутствия надежных и защищенных от внешнего несанкционированного вмешательства приборов и устройств; низкая профессиональная квалификация работников АВП.
Следует отметить, что в различных районах Каракалпакии USAID совместно с САНИИРИ построило ряд водомерных сооружений в соответствии с требованиями ГОСТов, эти сооружения используются для обучения методам водоучета и как эталоны строительства.
До 1991 г. (до обретения независимости) в Узбекистане исследовались, испытывались и производились следующие водомерные приборы:
а) датчики расхода воды, в том числе ДРС-60 (датчик расхода САНИИРИ) для трубчатых водовыпусков с сужениями различных конструкций (насадки, кольца, приставки и др). Для этих датчиков источников энергии не требуется, они работают благодаря гидравлическому перепаду напоров воды между верхним и нижним бьефами, усиленными насадками, кольцами и приставками. В Республике всего 35 таких датчиков и стоят они на больших гидроузлах; выпускались заводом Узводприборавтоматика;
б) самописцы Валдай - всего 12 штук, работают за счет часового механизма, завозились из России;
в) ВПГ-54- водомерный прибор Глубшева (САНИИРИ). В производстве его нет;
г) приборы в комплекте с телемеханическими системами «Темир» и «Узбекистан», которые до 1991 г. выпускались Узводприборавтоматикой и были установлены на магистральных каналах Дружба, БФК, Ташканал.
Сейчас выпуск телемеханических систем полностью прекращен, нет ни средств, ни специалистов. Устанавливаются только импортные системы.
После 1991 г. водомерные приборы местного производства не выпускаются. В основном обращено внимание на устройство гидропостов с водомерными рейками местного измерения. До 1991 г. коммерческий интерес в измерении воды практически отсутствовал, поэтому не было и особой заинтересованности к измерению воды. Сейчас этот интерес возрос неимоверно, однако измерение воды сдерживается разрушенной и до сих пор не восстановленной инфраструктурой, выпускающей водомерные устройства. Поэтому, чтобы как-то удовлетворить запросы водопотребителей, особенно в орошаемом земледелии, средства водоучета изготавливаются кустарным способом непосредственно на местах (в областях, районах, ассоциациях фермерских хозяйств). Эти устройства – в основном водосливы Томсона, Чиполетти и водомерные колодцы с рейками – имеют погрешность, превышающую 15…20%.
На крупных гидроузлах магистральных и межхозяйственных каналов и водохранилищ измеряют расходы установленными до 1991 г. устройствами, а также устройствами, предоставленными спонсорами зарубежных фирм (в основном французских и американских), но их считанные единицы и они очень дорогие. Для фермерских ассоциаций, а также малых и средних гидроузлов никаких приборов не производится, за исключением указанных выше реек с постами.
Учитывая изложенное, нами разрабатывается новый, очень простой, дешевый и одновременно высокоточный прибор для измерения расходов и стока воды в открытых руслах и гидроузлах.
Прибор может измерять расход и сток любого уровня от единиц л/с и выше. Прибор может быть с местным и дистанционным отсчетом. Работает от электрической батарейки 12 в без дозарядки в течение 3 месяцев. Он устанавливается в водомерный колодец.
Прибор представляет собой электронную плату с записанной на нее формулой определения расхода и стока воды по одному входящему сигналу – уровню воды в водомерном колодце. Другие параметры потока в русле принимаются const. Поэтому прибор устанавливается в фиксированном русле канала. Этот прибор в первом варианте изготовлен на основе нашей теоретической формулы на заводе «Звезда» (Россия, Москва).
Проведенные нами в Кибрайском районе Ташкентсткой области Узбекистана испытания прибора показали, что он нуждается в доработке.
1. Прибор должен быть дополнен тумблером, позволяющим изменять режим работы прибора в соответствии с входящими постоянными параметрами фиксированного русла, то есть необходимо чтобы он работал при различных фиксированных руслах – трапецеидальных, лотковых, прямоугольных и т. д. Это предложение появилось по причине, что при испытаниях мы вынуждены были искать русло с поперечным сечением, шириной по дну, шероховатостью и откосами, соответствующими тем, которые были заложены в формуле и плате. Сам прибор перенастроить не удалось из-за отсутствия тумблера.
2. Необходимо заменить в приборе датчик уровня на поплавковый с тросом. Прибор должен снимать показания об уровне воды без ограничений глубины воды в русле.
После доработки прибора его вполне можно выпускать у нас в Узбекистане. При серийном производстве прибор будет стоить не более 100 долларов. Мы располагаем достаточным интеллектуальным потенциалом для организации исследований и разработки указанного прибора вплоть до серийного производства.
В целях разработки новой конструкции водомерного устройства нами предложены следующие теоретические проработки, в основе которых лежат известные зависимости гидравлики жидкости.
Прямоугольное и треугольное русла являются частным решением уравнений расхода и стока воды для трапецеидального русла (рис. 1а, рис. 2)
а б |
  
в |
Рис. 1. Типы поперечных сечений:
а - трапецеидальное русло; б - треугольное русло; в – лоток;
b - ширина по дну фиксированного русла; m –внутренние откосы поперечного
сечения фиксированного русла; n – шероховатость дна и внутренних откосов
фиксированного русла; i - уклон дна фиксированного русла
Q t = i1/2 [(b+mh)h]3/2 / [n(b+2h(1+m2 )1/2 ]2/3 , м3/с;
W = Q t = i1/2 t [(b+mh)h]3/2 / [n(b+2h(1+m2 )1/2 ]2/3 , м3 .
Если b = 0, то формула решается как для треугольного фиксированного русла; если m = 0, то формула справедлива для треугольного русла.
Для наиболее распространенного среди фермеров поперечного фиксированного русла из параболического лотка формула имеет вид
W = Qt = wvt = wc(Ri)1/2 t= w5/3 t i1/2 / nc2/3 ,
где w = 4x (2ph3)1/2 /3;
c = p {[ 2h/p (1+2h/P)]1/2 + Ln [(2h/P)1/2 + (1+ 2h/P)1/2]};
р – параметр параболы, для лотков марок ЛР-60 и ЛР-80 параметр р = 0,6 м; для лотков марок ЛР-100, ЛР-120, ЛР-140, ЛР-160; ЛР-180 параметр р = 0,32 м; c - смоченный периметр параболы, м. /см. книгу: . Орошение. М.: Колос,1979/.
Глубина воды в водомерном колодце и русле «h» -одинаковые. Минимальная глубина h может быть 0,3…0,5 м, а максимальное ее значение может быть любым. Для водомерного устройства важно, чтобы был достаточный запас длины троса
 |
Рис. 2. Поперечное сечение трапецеидального канала с водомерным колодцем:
1 - водомерный колодец; 2 – поплавок; 3 - водомерный датчик; 4 - защитная крышка;
5 - водопропускная трубка; 6 - трос, соединяющий поплавок с датчиком
