Оптимизация параметров трапецеидальных оросительных каналов в земляном русле тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат технических наук Патрина, Мария Юрьевна

• Патрина, Мария Юрьевна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Патрина, Мария Юрьевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ

1.1 Классификации каналов.,

1.2 Основные задачи гидравлического расчета оросительных каналов и методы их решения.

1.3 Рекомендации по выбору геометрических характеристик каналов

1.4 Методы определения оптимальных уклонов каналов в выемке.

1.5 Выбор высотного положения каналов систем самотечного орошения

2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ УКЛОНОВ ХОЛОСТЫХ ЧАСТЕЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ КАНАЛОВ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Исходные данные и расчетные схемы.

2.3. Решение задачи для берегового рельефа типа «речная долина»' (1-ый расчетный случай).

2.4. Решение задачи для «предгорной равнины» (2-ой расчетный случай)

3. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ХОЛОСТЫХ ЧАСТЕЙ МК.

3.1. Анализ зависимости уклонов от относительной ширины канала по дну и заложения откосов.

3.2. Исследование зависимости объема выемки от геометрических характеристик канала.

3.3. Оценка приемлемости уклонов по условиям неразмываемости и незаиляемости русла.

3.4. Рекомендации по выбору оптимальных геометрических характеристик и проектированию холостых частей МК.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ШИРИНЫ ПО ДНУ И ВЫСОТНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОРОСИЕЛЬНОГО КАНАЛА.

4.1. Постановка задачи. Предварительная оценка влияния (3 и Ъ.к на стоимость строительства канала.

4.2. Разработка методики выбора оптимальных [3 и hk для идеального» канала.

4.3. Корректировка методики выбора (3 и hk применительно к реальным каналам.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «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 рек -источников 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 канала; составлены 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 результатов; разработка 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.

Заключение диссертации по теме «Гидротехническое строительство», Патрина, Мария Юрьевна

ВЫВОДЫ.

1.Выделены основные, характерные типы берегового рельефа рек -источников 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 выемки; получены простые зависимости для вычисления Л.0пт при различных типах берегового рельефа.

4. Показана пренебрежимо малая зависимость величины 10пт от от~ носительной ширины канала по дну; установлены 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 „оросительных каналов с продольными профилями различной сложности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Патрина, Мария Юрьевна, 1999 год

1. Абальянц С.Х. Наблюдения гидравлических элементов в оросительных каналах Средней Азии. Тр. САНИИРИ. Ташкент, I960, вып. 108.

2. Абальянц С.Х. Каналы в песчаных руслах. Гидротехническое строительство, 1981, №8.

3. Азатян A.M. Технико-экономический расчет оросительных каналов и сооружений на них. Сб. Научных трудов Ереванского политехнического института, 1956, №14, вып. 2.4 .Алтунин B.C. Мелиоративные каналы в земляных руслах. М. : Колос, 1979.

4. Ь.Аннаев С.А. Русловые процессы в крупных каналах (Отв. ред. B.C. Алтунин. А.: Ылым, 1986. -164с.

5. Аннаев С. А., Халлыклычев Б. Р. Временные рекомендации по гидравлическому расчету крупных каналов. Ашхабад: Знание, 1981.

6. Антроповский В. И. Определение параметров больших земляных каналов на основе гидролого-морфологической аналогии. Гидротехническое строительство, 1981, №10, с. 37-40.

7. Безменов А.И. и др. Сельскохозяйственные мелиорации. М., Колос, 1974, 575с.

8. Брудастов А.Д., Бородин П.В. и др. Производство гидромелиоративных работ. «Сельхозгиз», М., 1941.

9. Ю.Васильев Ю.С. Оптимизация параметров каналов. Тезисы докладов. XVI Межвузовская научно-техническая конференция «Пути повышения эффективности мелиоративных мероприятий на орошаемых и осушаемых землях в Украинской ССР» Львовский университет, 1967.

10. И.Вызго М.С. К вопросу о расчете уклона и ширины устойчивого самоформирующегося канала. В кн.: вопросы гидротехники. -Ташкент: Изд-во АНУзССР, 1955, вып. 1.

11. Галузин В.М., Телешев В.И. Выбор строительных машин для производства земляных работ. Учебное пособие. JT., 1987.13„Герарди И.А., Зарубаев Н.В., Турсунов A.A. Опыт проектирования и строительство крупных каналов. «Труды ЛПИ». Л., 1976, №351.

12. Гинко С.С., Королев A.A. Открытые подводящие каналы гидростанций. М., ОНТИ, 1937, -ЗЗбс.

13. Гиршкан С.А. Устойчивое сечение оросительных каналов. Гидравлика и мелиорация, 1950, №5.

14. Горчин И.К., Чертоусов М.Д. Гидравлика в задачах. Л., 1933.

15. Гришин М.М. Гидротехнические сооружения. ч.2, Гос. изд-во литературы по строительству и архитектуре, М., 1955.

16. Данелия Н.Ф. Водозаборные сооружения на реках с обильными донными наносами. Колос, М., 1964, 336с.»

17. Дементьев В.Г. Орошение. -М. : Колос, 1979. -300с., ил. -(Учебник и учебное пособие для высших с.-х. учеб. Заведений) .

18. Дементьев В.Г. Орошение (Проектирование и расчет оросительных систем). Курс лекций, JI., 1972.

19. Знаменский И. И. Организация и механизация гидромелиоративных работ. Гос. издательство с/х литературы, М., 1952.

20. Ибад-Заде Ю.А. Водопроводные каналы. -М.: Стройиздат, 1975.

21. Королев A.A. Каналы гидроэлектрических станций. M.-JI. Гос-энергоиздат, 1956. >

22. Кузьминов KJ.M. Мелиоративные каналы в легкоразмываемых грунтах. М.: Колос, 1977. - 192с.

23. Латышенков A.M. Наивыгоднейшие размеры каналов трапецеидальной формы. «Гидротехника и мелиорация», 1966, №5.

24. Лосиевский А.И. Лабораторные исследования процессов образования перекатов. ОГИЗ, Гострансиздат, Л.,1934.

25. Маслов B.C., Минаев И.В., Губер К.В. Справочник по мелиорации. М.: Росагропромиздат, 1989. - 384с.

26. Михалев М.А. Гидравлический расчет русла необлицованного канала большой пропускной способности (Речная гидравлика и русловые процессы) Часть 2, М. : Издательство Московского университета, 1976, с. 85-98.

27. Михалев М.А. Гидротехнический расчет необлицованных каналов большой пропускной способности в несвязных грунтах без покрытий. -Гидротехническое строительство, 1976, №4.

28. ОСТ «Поперечные сечения оросительных каналов».

29. Полетаев Ю.Б. Проектирование и гидравлический расчет внутрихозяйственных распределителей. Метод, указания. Л., 1978.

30. Полетаев Ю.Б. Проектирование и расчет межхозяйственных оросительных каналов. Метод, указания по курсовому и дипл. проектированию. СПб, 1992.

31. Попов К.В. Мелиоративные каналы. М. Колос, 1969.

32. Рекомендации по гидравлическому расчету крупных каналов. М., «Союзгипроводхоз», 1988.

33. Ржаницин H.A. О методах расчета каналов /УДН им. П.Лумумыбы. Труды. 1976, т. 78, сер. Строительство, вып. 9.

34. Руководство по проектированию магистральных и межхозяйственных каналов оросительных систем. М., «Союзводпроект», 1975.

35. Сборник укрупненных показателей стоимости для обосновывающих материалов строительства ГЭС и ГАС (УПС ГЭС 84) . М., 1986.

36. СНиП 2.06.03-85 Мелиоративные системы и сооружения. М. 1986.

37. Строительные машины. Справочник, 2т., «Машиностроение», М.,1977.

38. Угинчус A.A. Гидравлические и технико-экономические расчеты каналов. Издательство литературы по строительству. М. 1965.

39. Угинчус A.A. Каналы и сооружения на них. Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре -М. . : 1953.

40. Чертоусов М.Д. Гидравлика. Специальный курс. Госэнергоиз-дат, 1962.

41. Чирикина Ю.И. Оптимизация параметров земляных каналов. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук, СПб, 1996.

42. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов (Перевод с английского). М., Стройиздат, 1969.

43. Чугаев P.P. 'Гидравлика (Теоретическая механика жидкости), Энергия, Л. 1975.4б.Чугаев P.P., Алтунин B.C. Рациональная схема проектирования крупных земляных каналов. «Гидротехническое строительство». 1979, №1.

44. Сравнение результатов вычислений оптимального уклона тремя методами (ХОПт по уравнению 2.14; 2.21, Х1 2.9а; 2.19, Х2 -методом итераций)