Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Совершенствование методов борьбы с ледовыми явлениями на незарегулированных водотоках

Диссертация: Совершенствование методов борьбы с ледовыми явлениями на незарегулированных водотоках
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Цель работы заключалась в оценке ледоразрушающей способности кривых подпора — спада, вызываемых помещением в поток преграды определенных размеров (так называемых, затопленных ледобоев (ЗЛБ)) методами математического и физического моделированияв экспериментальных исследованиях закономерностей деформирования и разрушения льда кривыми подпора-спада для получения физической картины происходящих… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Ледовые процессы на водотоках в период ледохода
    • 1. 1. Ледоход на территории России
    • 1. 2. Ледовые затруднения в период ледохода
    • 1. 3. Ледоход на реках Дальнего Востока
    • 1. 4. Ледовый режим многорукавного русла
    • 1. 5. Заторные явления на незарегулированных участках рек
  • Выводы по главе 1
  • Глава 2. Моделирование ледовых явлений и потоков с ледовыми образованиями
    • 2. 1. Моделирование ледовых явлений
    • 2. 2. Кинематика ледохода
    • 2. 3. Метод борьбы с заторообразованием разломом льдин на «затопленном ледобое»
    • 2. 4. Расчет параметров конструкции широкого порога затопленного ледобоя
    • 2. 5. Расчет напряжений, возникающих в ледовом поле
  • Выводы по главе 2
  • Глава 3. Физическое моделирование ледохода на равнинной реке с инженерным сооружением
    • 3. 1. Постановка задачи. 49 3.2.Описание условий создания модели и проведения лабораторных исследований
    • 3. 3. Планирование эксперимента
    • 3. 4. Результаты моделирования редкого ледохода
    • 3. 5. Статистическая обработка экспериментальных данных
    • 3. 6. Построение исправленных полей скоростей
  • Выводы по главе 3
  • Глава 4. Моделирование ледовых затруднений на мостовом переходе в электронной среде
    • 4. 1. Назначение модели
    • 4. 2. Математическое основание модели и исходные данные
    • 4. 3. Практическая реализация и структура модели
    • 4. 4. Результаты моделирования
  • Выводы по главе 4

Совершенствование методов борьбы с ледовыми явлениями на незарегулированных водотоках (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Для целого ряда населенных пунктов проблема наводнений вообще и зимних в частности существует со времен основания. И если пагубные для хозяйственной деятельности человека последствия летних дождевых паводков удалось значительно снизить путем строительства дамб и защитных сооружений, то в случае с зимними паводками деятельность человека лишь усугубила ситуацию.

Данная ситуация потребует решения весьма сложного комплекса задач, направленных на системное моделирование ледохода и принятие нестандартных инженерных решений, направленных на предотвращение негативных последствий ледовых заторов и зажоров.

Зимние режимы рек нашей страны в целом весьма сходны между собой (различия задаются местными гидрологическими условиями, характером паводковых и меженных периодов, притоками и их размерами, осадками, антропогенным влиянием на водоток или водоем и другими явлениями) [13, 15, 18]. Вместе с тем существуют и определяемые огромными расстояниями различия, в первую очередь — в происхождении самых интенсивных ледоходов и их характере. В последние десятилетия в связи с активным хозяйственным освоением северных и восточных территорий России все более остро встает проблема прогнозирования и предотвращения негативных (в том числе катастрофических) ситуаций, возникающих вследствие зимних наводнений и весенних ледоходов на реках. Поэтому актуальными становятся работы, которые ставят своей целью разработку комплекса мер, как аналитического, так и технического характера, позволяющих свести к минимуму ледовые затруднения на участке незарегулированного водотока.

В качестве объекта исследований автором была выбрана река Амур, характеризующаяся высокой дружностью ледовых паводков, значительными расходами и большим объемом относительно теплых водных масс, приходящих из притоков выше по течению. Это способствует общему ослаблению льда в период до паводка, что, в свою очередь, провоцирует резкое и синхронное вскрытие ледового покрова проток и основного русла.

Объект диссертационного исследования позволил рассмотреть, возможно, наихудший случай возникновения ледовых затруднений, где одновременно взаимодействуют многорукавное русло, ледовая ситуация, осложненная низкой зарегулированностью водотока, и антропогенные факторы.

Цель работы заключалась в оценке ледоразрушающей способности кривых подпора — спада, вызываемых помещением в поток преграды определенных размеров (так называемых, затопленных ледобоев (ЗЛБ)) методами математического и физического моделированияв экспериментальных исследованиях закономерностей деформирования и разрушения льда кривыми подпора-спада для получения физической картины происходящих явленийсравнении эффективности различных схем расстановки затопленных ледобоев (ЗЛБ) — в разработке компьютерных программ, предназначенных для прогноза ледовых явлений при различных граничных условиях. Результаты, полученные в рамках работы, применимы и полезны в других схожих ситуациях.

Для достижения указанной цели в работе необходимо было решить следующие задачи: о изучить физические явления, происходящие при взаимодействии препятствия.

ЗЛБ) с ледяным покровомо выделить основные факторы, влияющие на ледоразрушающие свойства ЗЛБо проанализировать и выбрать критерии подобия для моделирования деформирования и разрушения ледового покрова кривыми подпораспадао разработать физическую модель разрушения ледовых полей на основе естественного льда, приготавливаемого в искусственных (лабораторных) условияхисследовать механические характеристики модельного льдао определить алгоритм наивыгоднейшей расстановки ЗЛБ.

Достоверность полученных результатов базируется на том, что исследовались реальные физические процессы, происходящие при взаимодействии ледового покрова и ЗЛБприменялись апробированные формулы и зависимостипроводилось сопоставление результатов моделирования (после пересчета на натуру) с доступными данными по выбранному водотоку (р. Амур — участок в районе г. Хабаровска).

Научная новизна исследований, осуществлявшихся в рамках настоящей диссертации, состоит в следующем:

• исследовано движение, деформирование и разрушение сплошного свободно плавающего ледяного поля под воздействием кривых подпора-спада, вызванных помещенными в поток препятствиями (ЗЛБ) с заданными параметрами;

• предложены новые зависимости для прогнозирования ледоразрушающих свойств ЗЛБ;

• разработана и апробирована методика лабораторного моделирования ледовых полей при отсутствии термолотка.

Практическая значимость работы состоит в следующем. Разработана схема воздействия на отдельные льдины полностью затопленного водослива с широким порогом (ЗЛБ), заключающаяся в предварительном разрушении ледовых полей кривыми подпора — спада. Результаты исследований использовались при выполнении хоздоговорных работ «Математические модели и компьютерные программы для математического моделирования движения льда, образования зажоров и заторов» (для Государственного института прикладной экологии МПР России в 2003;2005 г. г).

Апробация работы. Основные положения выполненных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях МГУП (2003.2006), Международном Конгрессе «Вода: экология и технология» — ЭКВАТЕК (Москва, 2004), Международном Симпозиуме МАГИ по льду (С.-Петербург, 2004), Международной конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей» (ИБП РАН, Москва, 2004).

Инновации, разработанные в данной работе для решения проблемы заторно — зажорных явлений на р. Амур в период ледохода в дальнейшем применимы на любых других равнинных незарегулированных водотоках в схожих ситуациях.

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. Предложенные в работе схемы затопленных ледобоев (ЗЛБ), являясь с гидравлической точки зрения водосливом с широким порогом, способны оказывать существенное влияние на поверхностное распределение уровней и скоростей в речном потоке, что позволяет прогнозировать разрушение ледовых полей во время ледохода на кривых подпора — спада. Получены формулы, позволяющие определять параметры и расположение ЗЛБ.

2. Для равнинных участков рек локальный рост скоростей от воздействия на поток ЗЛБ составляет в паводок 1% обеспеченности порядка 2,5.5 м/с и обеспечивает высоту перепада до 1,926 м, Длина области влияния ЗЛБ составляет примерно200.250 м, что соответствует примерно половине средней длины ледового поля в период ледохода на равнинной реке.

3. Результаты физического моделирования подтвердили высокую эффективность применения затопленных ледобоев как в индивидуальной, так и в групповой схеме расстановки. Наиболее эффективной схемой расстановки ЗЛБ признана трехступенчатая, при которой два ЗЛБ располагаются друг от друга на расстоянии в 0,75 интервала восстановления (расстояния кривой подпора за ледобоем, т. е. порядка 200.250 м), а третий — на дистанции в полтора интервала. Подобная схема обеспечивает эффективное разрушение ледовых полей различной (от 0,3 до 1,0) сплошности и толщины. Увеличение числа групп ЗЛБ, очевидно, повысит общую эффективность противозаторных мероприятий. Кроме того, выявлено, что затопленные ледобои, стоящие под углом к потоку, создают локальные турбулентные потоки, водовороты, обеспечивающие ослабление льда, прошедшего над более эффективными, в целом, нормально расположенными по отношению к оси потока ЗЛБ.

4. Разработана и апробирована технология моделирования ледовых масс путем намораживания ледовых полей заданной прочности и толщины в морозильной камере, что позволяет вести моделирование ледовых явлений непосредственно льдом при отсутствии криогенного (термического) лотка. В ряде случаев подобный способ явно предпочтительнее моделирования льда иными материалами.

5. Разработанная компьютерная реализация прогнозирования разрушения ледового покрова ЗЛБ позволяет быстро и с малыми затратами сравнивать различные варианты расстановки опор мостового перехода, формы и угла атаки оголовков ледорезов и ледозащитных сооружений при наличии данных о морфологии русла, что позволяет выбрать наилучшее место расположение инженерного сооружения в районе потенциального затора льда.

Заключение

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. B.C., Гладков Е. Т., Рябов В. П. Пропускная способность крупных водотоков под ледяным покровом. Труды коорд. совещаний по гидродинамике, вып. 42. JI., 1968. — с.85−98
  2. Г. С. Пропускная способность каналов на криволинейных участках под ледяным покровом. Дисс. канд. тех. наук. М.: РУДН им. П. Лумумбы, 1989.
  3. В.Я. Подводный лед. M.-JL: ОНТИ, 1939. — 95с.
  4. В.П., Долгополов Ю. В. Воздействие торосистого льда на отдельно стоящие опоры. Труды коорд. совещаний по гидротехнике. Заторы и зажоры на реках СССР и борьба с ними. Л.: Энергия, 1970. — вып 56
  5. А. Т. Разработка методов расчета вероятностных характеристик ледовых нагрузок для оценки надежности сооружений. Дис. д. т. н. Спб, 1998.
  6. П.Н. Инженерная гидравлика потоков под ледяным покровом. -М.: Госэнергоиздат, 1940
  7. В.П. Условия шугохода в зоне кромки льда при формировании затора. Труды ГГИ, вып. 93. Л., 1962. — с.24−39.
  8. Г. И. Лабораторные исследования воздействия волн попусков на разрушение ледяного покрова в нижних бьефах ГЭС. Труды ГГИ, № 287. Л., 1982. — с.80−84
  9. А.Е. Влияние продольного растяжения на развитие изгибно-гравитационных волн в сплошном ледяном покрове. Морские гидрофизические исследования, № 4. Севастополь, 1978. — с.26−33
  10. И.П. Прочность ледяного покрова по экспериментальным исследованиям в натурных условиях. Труды коорд. совещания по гидротехнике, вып. 10. JL, 1964. — с.29−41
  11. И.П. Прочность льда и ледяного покрова. Новосибирск: Наука, 1966.- 154с.
  12. .Д. Лед. -М. Л.:Гостехиздат, 1940. 524с.
  13. М.А. Динамика русловых потоков. 4-е перераб. изд. Л:-М.: Гидометеоиздат, 1946. — 521 с.
  14. Воздействие льда на речные сооружения: Сборник трудов новосибирского института инженеров железнодорожного транспорта. -Новосибирск, 1969.
  15. К.Д. Механические свойства льда. М.: Издательство АН СССР, 1960. — 100с.
  16. З.А. Расчет взламывания ледяного покрова при весеннем вскрытии рек. Труды коорд. совещания по гидротехнике, вып. 11. Л. 1976. -с.76−78
  17. Гидравлические сооружения: Справочник проектировщика/ Железняков Г. В., Ибад-заде Ю.А., Иванов П. Л. и др. Под общей ред. Подриги В. Н. М.: Стройиздат, 1983. 543 с.
  18. Пропуск льда через гидротехнические сооружения./ Я. Л. Готлиб, К. Н. Коржавин, В. А. Кореньков, И. Н. Соколов. М.:Энергоатомиздат, 1990.-184с.
  19. Я.Л., Донченко Р. В., Пехович А. И., Соколов И. Н. Лед в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. — 200с.
  20. К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.-427с.
  21. М.С. Неустановившееся движение воды в реках и каналах. Л. Гидрометеоиздат, 1982. — 288с.
  22. Е.И. Динамика водных потоков с ледяным покровом. М., МГУП, 2003, 278 с.
  23. Е.И. Современные представления о динамике русловых подледных потоков. Гидрофизические процессы в реках, водохранилищах и окраинных морях. -М.: Наука, 1989.
  24. В.К., Долгополова Е. Н., Неймарк Р. К. Трехслойная модель подледного течения в реках. Гидротехническое строительство, № 11, 1999. -с.119−122
  25. Е.Н. Гидравлическое трение в течении под льдом. Водные ресурсы, № 6,1997. с.698−702
  26. Ю.П., Хейсин Д. Е. Морской лед. Л. ТМИ, 1975. — 317с.
  27. Н.С. Гидравлическое моделирование русловых процессов. С-П.: Гидрометеоиздат, 1992. — 240с.
  28. В.А., Ковалев А. Н. Использование изгибно-гравитационных волн с целью борьбы с ледовыми затруднениями на акваториях. Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей. V конференция. Труды. М.: ИВП РАН, 1999. — с. 127−130
  29. Инструкция по учету условий пропуска льда при эксплуатации, проектировании и строительстве гидроузлов. Л., 1977. 18 с.
  30. П.Г. Гидравлика. Основы механики жидкости: Учеб пособие для вузов. -М.: Энергия, 1980. 360 с.
  31. Л.М. Расчеты зимнего стока рек с ледяным покровом. М.: Государственное Энергетическое издательство, 1950. — 104с.
  32. В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Автореферат дис. доктора техн. наук. Владивосток: Институт машиноведения и металлургии, 1993. — 26с.
  33. Д.В. Воздействие льда на речные сооружения с вертикальной и наклонной гранями. Гидротехническое строительство, 1997. № 12 с.40−42
  34. Д.В. Волновые процессы в водоемах и водотоках с ледяным покровом. М.: Издательство МГУП, 2001. — 225с.
  35. Д.В. Гидравлические и термические особенности зимнего режима бьефов речных гидроузлов. Автореферат дисс. канд. тех. наук. М.: МГМИ, 1992.-21с.
  36. Д.В. Лед пресноводных водоемов и водотоков. М.: МГУП, 2000.-263с.
  37. Д.В. Развитие теории и методов гидравлических ледотехнических и гидротермических расчетов водоемов и водотоков с ледяным покровом. Дисс. доктора тех. наук. М.:МГУП, 2001. — 361с.
  38. Д.В. Развитие теории и методов гидравлических, ледотермических и гидротермических расчетов водоемов и водотоков с ледяным покровом. Автореферат дисс. доктора тех. наук. М.: МГУП, 2002.
  39. Д.В. Расчеты ледового режима рек. Ледовый режим зарегулированных рек. Пособие с СНиП 2.05.03−84 2 Мосты и трубы". М.: ГК «Трансстрой», 1992. -с.172−176, с.188−192
  40. Д.В., Сабодаш П. Ф. Действие подводного взрыва на ледовую пластину, лежащую на поверхности воды. Экологические проблемы водного хозяйства и мелиорации. Материалы научно-технической конференции МГУП. М.: МГУП, 2000. с.91−92
  41. А.Н. Структура и физические свойства ледяного покрова пресных вод. М.: Государственное энергетическое издательство, 1932. -51с.
  42. В.И. Математические модели в прогнозах речного стока: Монография. Л. Гидрометеоиздат, 1991. — 199с.
  43. В.А. Назначение ширины ледосбросных пролетов в гребенках бетонных плотин. Труды V совещания-семинара по обмену опытом строительства в суровых климатических условиях / т. VIII, вып. II. Красноярск, 1968. С. 29−31.
  44. В.А. Пропуск льда через сооружения гидроузлов Сибири в строительный период. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Новосибирск, 1969. С. 13−14.
  45. К.Н. Особенности физико-механических свойств пресноводного льда. Труды коорд. Совещаний по гидротехнике, вып. 10. -Л., 1964.-с.15−27
  46. К.Н. Пропуск льда при строительстве и эксплуатации гидроузлов. М., 1973. 160 с.
  47. К.Н. Воздействия льда на инженерные сооружения. Новосибирск: 1962. -203 с.
  48. В.Н. О возбуждении изгибно-гравитационных волн. Акустический журнал АН СССР, Т VIII, вып. 1, 1962
  49. В.Н. Рефракция изгибных волн. Акустический журнал АН СССР, Т VIII, вып. 1, 1962
  50. С.Н., Меркель М. Ф., Россинский К. И. Зимний термический режим водохранилищ, рек и каналов. М.: Государственное энергетическое издательство, 1947. 155с.
  51. .А., Холи Ф. М., Вервей А. Численные методы в задачах речной гидравлики. М.: Энергоатомиздат, 1985. — 265с.
  52. A.M. Сравнение величин предмостового подпора по формулам различных авторов с замеренными в натуре. Труды, гидравлич. лаб. ВНИИ ВОДГЕО, № 11,1965. — С. 290−295.
  53. И.И. Динамика русловых потоков. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1957. -252 с.
  54. Ледотермические вопросы в гидроэнергетике. Сборник статей под ред. Бибикова Д. Н. М.: Государственное энергетическое издательство, 1954. -264с.
  55. Я.И. Влияние ледовых образований на гидравлическое сопротивление потоков рек и каналов. Киев.: Вища школа, 1981. — 159с.
  56. Наставления по изысканиям и проектированию мостовых переходов через водотоки. М, Транспорт, 1972., 280с.
  57. Ю.М. Вопросы мелиоративного регулирования русловых процессов на пойме при свободном меандрировании. Автореферат дисс. канд. тех. наук. М.: МГМИ, 1978.
  58. А.В. Исследование ледоразрушающей способности изгибно -гравитационных волн, возбуждаемых в ледяном покрове движением подводного судна. Дис. к. т. н. Комсомольск-на-Амуре, 1999.
  59. Н.Н. Гидравлический справочник. 2-е изд. М.-Л.: Госэнергиздат., 1937. 890 с. — Сборник номограмм.
  60. Д.В. Расчет ледяного покрова на прочность. Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура, 1969, № 10
  61. Д.Ф. К теории изгиба ледяного покрова. Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура, 1969, № 10
  62. Д.Ф. Разрушение ледяных полей под влиянием местных изменений уровня воды. Гидротехническое строительство, № 12, 1965. С. 2125.
  63. Э. Физика льда. М.: Мир, 1967. — 189с.
  64. Проектирование сооружений для забора поверхностных вод. Справочное пособие к СНиП. М.: Стройиздат, 1990. 256 с.
  65. Пропуск льда через гидротехнические сооружения./ Я. Л. Готлиб, К. Н. Коржавин, В. А. Кореньков, И. Н. Соколов. М.:Энергоатомиздат, 1990.184 с.
  66. С.И. Развитие методов расчета волновых и ледовых воздействий на морские гидротехнические сооружения. Автореферат дисс доктора тех. наук. М.: МГСУ, 2003
  67. В.П. Автоматизация математического моделирования движения воды и примесей в системах водотоков. Л. Гидрометеоиздат, 1989.-264с.
  68. Руководство по определению нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения (волновых, ледовых и от судов). Л.: Энергия, 1997.- 309с.
  69. M.JI. Влияние ледяного покрова на скорость распространения волн попусков. Труды ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1964. — вып.117
  70. .А. Гляциология. М.: Издательство МГУ, 1991. — 288с.
  71. СНиП 2.06.04−82* нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Минстрой России. М.6 ГП ЦПП, 1995.-48с.
  72. Труды VI Конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей». Институт водных проблем РАН, М. 2004. 579с.
  73. .С. Расчет разлома ледяных полей на сосредоточенном перепаде. / Мелиорация и водное хозяйство: Экспресс информация, вып. 2. М.: ЦБНТИ, 1985. С. 6−11.
  74. Д.Е. Динамика ледяного покрова. Механика и физика льда. -М.: Наука, 1983. с. 12−163
  75. Дж. Гидравлическое моделирование, М., Мир, 1984, 280с.
  76. И.Н. Теплообмен в процессах намораживания и таянья льда. -Л.: Энергоатомиздат, 1990. 120с.
  77. Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов. М. Энергоатомиздат, 1984. — 640с.
  78. М.В. Гидравлика открытого потока. М.: Энергоатомиздат, 1983. -215с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!