Оптимизация параметров трапецеидальных оросительных каналов в земляном русле

Актуальность проблемы. Канал — одно из древнейших и наиболее распространенных гидротехнических сооружений. Каналы как водопроводные, ирригационные, транспортные артерии начали строиться тысячелетия тому назад.

Многочисленные исследования, посвященные каналам, позволили решить многие проблемы, связанные с их расчетом, проектированием и строительством. Установлены закономерности равномерного и неравномерного, установившегося и неустановившегося движений, изучены вопросы движения наносов и устойчивости русел, формы русловых процессов в необлицованных каналах и т. д. В то же время до сих пор отсутствуют или крайне расплывчаты рекомендации по выбору некоторых геометрических характеристик даже простейших, наиболее распространенных трапецеидальных каналов .

Так, например, в редких работах, рассматривающих вопрос выбора уклона канала, транспортирующего воду из ее источника в заданную точку, рекомендуется в основном «слепой» перебор вариантов с целью поиска наиболее экономичного решения/ характер зависимости объемов выемки от уклонов исследован только качественно .

Очень неопределенны рекомендации по выбору относительной ширины некоторых трапецеидальных каналов по дну. Хорошо известно, что для каналов в выемке наименьшие объемы работ характерны при малой их ширине по дну. Исследователями гидравлики русловых потоков установлен факт появления вторичных течений в широких и даже сбойности течения в очень широких руслах. Специалисты в области технологии и организации строительства отмечают снижение единичной стоимости выемки грунта при уменьшении глубины, то есть увеличении ширины канала. Большинство рекомендаций по выбору относительных размеров сводится к тому, что их поперечные сечения следует проектировать близкими к гидравлически наивыгоднейшим.

Еще в 60-е годы Угинчус A.A. показал, что, когда канал трассируется с уклоном поверхности земли, в принципе существует оптимальное с экономической точки зрения высотное положение канала по отношению к этой поверхности. Например, при одинаковой единичной стоимости выемки и насыпи оптимальное превышение уровня воды в канале над поверхностью земли является в общем случае положительным. Между тем, подавляющее большинство специалистов до сих пор уверены в том, что канал в неглубокой выемке всегда дешевле, чем канал в полувыемке-полунасыпи.

Настоящая работа является попыткой разрешения некоторых из указанных выше проблем и противоречий применительно к трапецеидальным оросительным каналам с расходами от 10 до 150 м3/с.

Цель работы. Более конкретно основные задачи исследований были сформулированы следующим образом:

— выявление преобладающих форм берегового рельефа рекисточников самотечного орошения;

— решение задач прямого вычисления оптимальных уклонов холостых частей магистральных каналов;

— исследование зависимости оптимальных уклонов и объемов от расхода и характеристик поперечного сечения канала/.

— разработка рекомендаций по выбору геометрических характеристик магистральных каналов систем самотечного орошения.

Все перечисленные задачи в той или иной мере реализованы.

Научная новизна работы. Разработана методика определения диапазона уклонов, отвечающих минимумам объемов работ по холостой части магистральных каналов для береговых рельефов типа «речная долина» и «предгорная равнина" — исследована зависимость оптимальных уклонов и объемов работ от характеристик каналасоставлены практические рекомендации по выбору оптимальных, с точки зрения капитальных затрат, геометрических характеристик крупных оросительных каналов.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенная методика позволяет прямым путем определить оптимальный уклон холостой части и высотное положение магистрального канала. Применение данной методики обеспечит экономический эффект от снижения стоимости строительства канала.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждена многочисленными сравнительными вычислениями объемов (а иногда и приближенных стоимостей работ) с использованием предложенных автором рекомендаций и по традиционным методикам поиска оптимальных вариантов методом итераций.

Реализация работы. Результаты работы обсуждены на заседаниях научных семинаров кафедр гидравлики, инженерных мелиора-ций, гидрологии и охраны окружающей среды, совместном семинаре кафедр гидротехнических сооружений и экономики и организации гидротехнического строительства СПбГТУ. Основные положения диссертации отражены в 3 печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из 86 страниц машинописного текста, включающего введение, 4 главы (глава 1 — существующие рекомендации по расчету и проектированию оросительных каналов — 27 стр.- глава 2 — решение задач оптимизации уклонов холостых частей магистральных каналов — 21 стр./ глава 3 — анализ полученных результатовразработка рекомендаций по оптимизации геометрических характеристик холостых частей МК.

21 стр.- глава 4 — разработка методики оптимизации относительной ширины по дну и высотного положения оросительного канала.

22 стр.), выводы, библиографию из 4 6 наименований и восьми приложений на 29 страницах.

ВЫВОДЫ.

1.Выделены основные, характерные типы берегового рельефа рекисточников орошения.

2.Изучено влияние различных параметров на объемы работ по строительству необлицованных трапецеидальных холостых частей магистральных каналов с расходами от 10 до 150м3/с.

3.Выявлены комплексные параметры, которые однозначно определяют величины оптимальных уклонов холостых частей магистральных каналов ¿-опт/ отвечающих минимальным объемам выемкиполучены простые зависимости для вычисления Л.0пт при различных типах берегового рельефа.

4. Показана пренебрежимо малая зависимость величины 10пт от от~ носительной ширины канала по днуустановлены примерные границы изменения 2. опт/ в пределах которых объемы выемки и стоимость строительства ХМК практически не увеличиваются.

5.Исследовано влияние относительной ширины по дну и коэффициентов заложения откосов ХМК в выемке на объемы работ.

6.Предложены практические рекомендации по проектированию трапецеидальных ХМК в условиях различных типов берегового рельефа и их комбинаций.

7.Проанализировано влияние высотного положения и относительной ширины по дну на стоимость основных видов земляных работ при строительстве крупных трапецеидальных оросительных каналов в полувыемке-полунасыпи без противофильтрационных покрытий.

8.Разработана методика определения «экономичной» высоты командования «идеального» канала, отвечающей минимуму капитальных затрат.

9.Составлены рекомендации по выбору оптимальных высоты командования и относительной ширины по дну реальных &bdquo-оросительных каналов с продольными профилями различной сложности.