RU2487211C1 - Method to protect transit channel against sediments - Google Patents
Method to protect transit channel against sediments Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487211C1 RU2487211C1 RU2012104303/13A RU2012104303A RU2487211C1 RU 2487211 C1 RU2487211 C1 RU 2487211C1 RU 2012104303/13 A RU2012104303/13 A RU 2012104303/13A RU 2012104303 A RU2012104303 A RU 2012104303A RU 2487211 C1 RU2487211 C1 RU 2487211C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- trench
- sediment
- channel
- flow
- shield
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Barrages (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам для захвата наносов на каналах горно-предгорной зоны.The invention relates to hydraulic engineering, and in particular to devices for capturing sediment on the channels of the mountain foothill zone.
Известно водозаборное сооружение, включающее размещенное в русле канала подпорное сооружение с запорным устройством, выполненным в виде авторегулятора предельного уровня, наносопромывное отверстие (Соболин Г.В. Защита сооружений на реках и каналах от наносов. Фрунзе: Кыргыстан, 1968, стр.144).A water intake structure is known, including a retaining structure located in the channel bed with a locking device made in the form of a self-regulating limit level, a nano-irrigation hole (Sobolin G.V. Protection of structures on rivers and channels from sediment. Frunze: Kyrgyzstan, 1968, p. 144).
Недостатками известного устройства является то, что струенаправляющая система порога закреплена непосредственно в дне подводящего канала и ведет к сложному гидравлическому расчету гидравлической структуры переформированию потока. Кроме того, при быстром нарастании уровня воды в верхнем бьефе, наносы сильно взмучиваются и переходят во взвешенное состояние по всей глубине наполнения, что ведет к поступлению наносов также поверх порога. Возникшие при неравномерном неустановившемся движении искривления линий тока, пульсации скоростей и т.п. не дают возможности наносам распределяться по высоте не только с неравномерностью мутности, но и с неравномерностью крупности, т.е. в верхних слоях могут оказаться и такие фракции наносов, которые при равномерном движении всегда были бы влекомыми. Величину сброса при этом без ухудшения качества борьбы с наносами регулировать нельзя: при появлении дополнительной преграды в потоке в виде затвора, возникает экранирующий эффект и наносы не идут в промывник, хотя вода и сбрасывается. Попытки уменьшить величину сброса плавным уменьшением габаритов промывного отверстия удачны только до того момента, когда скорости воды больше или равны скоростям воды перед отверстием, при уменьшении скоростей возникает эффект «водяной подушки», аналогичной экранирующему эффекту. Это говорит о том, что требуется увеличить коэффициент водоотбора более 0,5…0,55, что и является верхней границей пределов применения этого технологического приема. Это предопределяет обязательное создание заранее заданной структуры потока, обеспечивающей прохождение наносов именно у наносоперехватывающих элементов.The disadvantages of the known device is that the threshold guiding system is fixed directly at the bottom of the supply channel and leads to a complex hydraulic calculation of the hydraulic structure of the reformation of the flow. In addition, with a rapid increase in the water level in the upper pool, sediments become very turbid and become suspended throughout the depth of filling, which leads to sediment also entering over the threshold. The curvature of streamlines, ripple of velocities, etc., that arose during irregular unsteady motion. do not allow sediment to be distributed in height not only with uneven turbidity, but also with uneven grain size, i.e. in the upper layers there may also be such sediment fractions that, with uniform movement, would always be attracted. In this case, the discharge value cannot be regulated without deterioration in the quality of sediment control: when an additional obstacle appears in the flow in the form of a shutter, a shielding effect occurs and the sediment does not enter the wash, although water is discharged. Attempts to reduce the amount of discharge by smoothly reducing the size of the wash hole are successful only until the moment when the water speeds are greater than or equal to the water speeds in front of the hole, with a decrease in the speed, a “water cushion” effect similar to the screening effect occurs. This suggests that it is required to increase the coefficient of water withdrawal more than 0.5 ... 0.55, which is the upper limit of the limits of application of this technological technique. This predetermines the mandatory creation of a predetermined flow structure, which ensures the passage of sediment precisely at nanosized elements.
Для лучшего возбуждения циркуляционных и винтовых течений, высота порога должна быть переменной по его длине - в начальной (по течению) части порога больше, в конечной - меньше. Кроме того, высота порога должна быть такой, чтобы при пропуске по подводящему каналу расчетного расхода не происходило подтопления потока в подводящем канале со стороны донного порога, поскольку при этом в канале понизится транспортирующая способность потока, и начнут откладываться наносы, уменьшая его живое сечение. Габариты промывного отверстия должны соответствовать габаритам винтового течения, образующегося вдоль донного порога, при этом увеличиваются затраты воды на промыв. Однако в меженный период транспорт этих наносов ограничивается.For better excitation of circulating and helical currents, the threshold height should be variable along its length - in the initial (downstream) part of the threshold more, in the final - less. In addition, the threshold height should be such that, when the calculated flow rate passes through the supply channel, there is no flooding of the flow in the supply channel from the side of the bottom threshold, since in this case the transporting ability of the stream will decrease in the channel and sediment will be deposited, reducing its live section. The dimensions of the washing hole must correspond to the dimensions of the helical flow formed along the bottom threshold, while the water consumption for washing increases. However, during the low season, the transport of these sediments is limited.
В связи с этим, в зависимости от величины водозабора конструкции устройства, должно быть предложено такое новое устройство, когда образуется не один, а несколько винтообразных вращений в точках отвода наносов, например, у донных порогов. Отсюда необходимо обеспечить нужный запас верха порога над расчетным максимальным уровнем воды.In this regard, depending on the water intake of the device design, such a new device should be proposed when not one but several helical rotations are formed at the sediment discharge points, for example, at bottom thresholds. From here it is necessary to provide the necessary reserve of the upper threshold above the calculated maximum water level.
Известно устройство, включающее траншею, порог, привод, затвор, наносоотводящий канал (Авторское свидетельство СССР №655765, кл. Е02В 8/02, 1976).A device is known that includes a trench, a threshold, a drive, a shutter, a nanoreducing channel (USSR Author's Certificate No. 655765, class EB02 8/02, 1976).
Недостатком устройства является малоэффективный перехват наносов из-за слабого развития винтообразного движения в лотке. Кроме того, при частичном открытии затвора требуется большой промывной расход воды, при этом недостаточная надежность даже при ручном маневрировании затвором. Устойчивая циркуляция потока создается при определенных скоростях и не учитывает большую турбулизацию потока при повышении (изменения) уровня воды в подводящем канале, также как и при малой энергии потока, что существенно ограничивает область его применения. В известном устройстве промывное отверстие расположено непосредственно в подвижном полотнище, которое при минимальном наполнении воды в подводящем канале расположено на одном уровне дна подводящего канала. Вследствие этого (при низких уровнях воды), призма отложений наносов не доходит до промывного отверстия в своем максимальном перемещении. В связи с чем идет непроизводительный сброс оросительной воды.The disadvantage of this device is inefficient interception of sediment due to the poor development of helical movement in the tray. In addition, when the shutter is partially opened, a large flushing water flow rate is required, with insufficient reliability even with manual shutter maneuvering. A stable flow circulation is created at certain speeds and does not take into account large turbulization of the flow when the water level in the supply channel rises (changes), as well as at a low flow energy, which significantly limits its scope. In the known device, the washing hole is located directly in the movable panel, which with a minimum filling of water in the supply channel is located at the same level as the bottom of the supply channel. As a result of this (at low water levels), the prism of sediment deposits does not reach the wash hole in its maximum movement. In this connection there is an unproductive discharge of irrigation water.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ защиты наносорегулирующего сооружения от завала наносами, включающий подводящий и транзитный каналы, размещенную между ними траншею с донным промывным отверстием, дно которой расположено ниже дна подводящего и транзитного каналов, затвор выполнен в виде двух жестко скрепленных между собой полотнищ с возбуждением поперечной циркуляции потока, наносоотводящий канал, привод выполнен в виде поплавка, тяг, порог и сливного трубопровода (Авторское свидетельство СССР №1065525, кл. Е02В 8/02, 1981).The closest in technical essence to the proposed one is a method of protecting a nanoregulating structure from obstruction by sediment, which includes a supply and transit channels, a trench with a bottom washing hole located between them, the bottom of which is located below the bottom of the supply and transit channels, the shutter is made in the form of two rigidly bonded to each other panels with the initiation of transverse circulation of the flow, a nano-diverting channel, the drive is made in the form of a float, rods, threshold and drain pipe (USSR Copyright Certificate No. 1065525, class EB02 8/02, 1981).
Недостатками известного способа защиты транзитного канала от наносов является малая эффективность отвода наносов от транзитных каналов, при этом создается гидравлический экран перед неподвижным порогом. Устойчивая циркуляция потока создается только при определенных скоростях потока и не учитывает большую турбулизацию потока при превышении (изменения) уровня воды в подводящем канале, также как и при малой энергии потока, что существенно ограничивает область его применения. Это в свою очередь приводит к непроизводительным промывным расходам в случае увеличения уровня воды в верхнем бьефе больше номинального и не обеспечивает транспорт наносов, когда уровень воды меньше номинального. Высота вальца и интенсивность его вращения зависят от высоты порога и уровня воды в верхнем бьефе сооружения, что не всегда согласуется с другими элементами сооружения в случае изменения характеристик потока. Результатом этого является сбойность течения и дополнительная турбулизация потока, приводящая к ухудшению качества работы всего сооружения. Устройство не предусматривает возможность регулирования скорости вращения жидкости непосредственно как при поступлении в щель траншеи, так и в самой траншеи, в случаях изменения характеристик потока. В известном устройстве промывное отверстие расположено непосредственно в подвижном полотнище, которое при минимальном наполнении воды в подводящем канале расположено на одном уровне дна подводящего канала. Вследствие этого (при низких уровнях воды), призма отложений наносов не доходит до промывного отверстия в своем максимальном перемещении. В связи с этим идет непроизводительный сброс оросительной воды. Работа же в процессе промывки при резком повышении уровня воды в верхнем бьефе канала и при открытии затвора, выполненного из двух полотнищ, приводит к большим непроизводительным сбросам воды, а наличие противовеса ведет только к потери неустойчивости затвора. Это связано с тем, что угол отклонения меняется, соответственно, меняются моменты сил приложения относительно оси вращения затвора как со стороны расположения противовеса, так и со стороны давления воды в верхнем бьефе канала. Возможно заклинивание оси затвора. Это сказывается при изменении высоты вертикального и горизонтального полотнищ затвора. Конструкция дна траншеи задерживает наносы в виде крупного камня, особенно неправильной формы из-за выполнения его в виде углубления в сторону задней стенки траншеи. Все это ведет к завалу сливного трубопровода и необеспечивает работоспособность датчика уровня, вследствие этого затвор полностью не открывается. Другим недостатком является неустойчивость работы подвижного затвора из-за наличия двух отдельных управляющих устройств, трудно согласующихся в процессе работы сооружения, каждый раз необходимо настраивать противовес на определенное положение уравновешивание затвора (идет автоколебательный процесс - неустойчивость), при этом ось затвора в потоке воды всегда имеет возможность заклинивать. Известное устройство не может эффективно отводить наносы от транзитных каналов, при этом создается экранирующий эффект и происходит непроизводительный сброс воды на промыв наносов.The disadvantages of the known method of protecting the transit channel from sediment is the low efficiency of removal of sediment from the transit channels, while creating a hydraulic screen in front of a fixed threshold. A stable flow circulation is created only at certain flow rates and does not take into account large turbulence of the flow when the water level in the supply channel is exceeded (changed), as well as at a low flow energy, which significantly limits its scope. This, in turn, leads to unproductive flushing costs in the event of an increase in the water level in the upstream greater than the nominal and does not provide sediment transport when the water level is less than the nominal. The drum height and its rotation intensity depend on the height of the threshold and the water level in the upper pool of the structure, which is not always consistent with other elements of the structure in case of changes in flow characteristics. The result is a flow failure and additional flow turbulization, leading to a deterioration in the quality of the entire structure. The device does not provide for the possibility of regulating the speed of rotation of the liquid directly, both when it enters the slot in the trench, and in the trench itself, in cases of changing flow characteristics. In the known device, the washing hole is located directly in the movable panel, which with a minimum filling of water in the supply channel is located at the same level as the bottom of the supply channel. As a result of this (at low water levels), the prism of sediment deposits does not reach the wash hole in its maximum movement. In this regard, there is an unproductive discharge of irrigation water. Work in the washing process with a sharp increase in the water level in the upper channel of the channel and when the shutter is made of two panels opens, leads to large unproductive water discharges, and the presence of a counterweight only leads to a loss of shutter instability. This is due to the fact that the angle of deviation varies, respectively, the moments of application forces relative to the axis of rotation of the shutter change both from the side of the counterweight location and from the side of the water pressure in the upper channel of the channel. Jamming of the shutter axis is possible. This affects when changing the height of the vertical and horizontal shutter panels. The design of the bottom of the trench delays sediment in the form of a large stone, especially of irregular shape due to its implementation as a depression in the direction of the back wall of the trench. All this leads to obstruction of the drain pipe and does not ensure the operability of the level sensor, as a result of which the shutter does not open completely. Another disadvantage is the instability of the rolling shutter due to the presence of two separate control devices that are difficult to coordinate during the operation of the structure, each time it is necessary to adjust the counterweight to a certain position to balance the shutter (there is a self-oscillating process - instability), while the axis of the shutter in the water stream always has the ability to jam. The known device cannot effectively divert sediment from the transit channels, while creating a shielding effect and unproductive discharge of water for washing sediment.
Цель изобретения - повышение эффективности регулирования путем уменьшения поступления наносов в транзитный канал и снижение непроизводительных сбросов воды на промыв наносов, а также возможность регулирования гидравлической структуры потока в наносоотводящей траншее.The purpose of the invention is to increase the efficiency of regulation by reducing the flow of sediment into the transit channel and reducing unproductive discharges of water for washing sediment, as well as the ability to control the hydraulic structure of the flow in the nanoreducing trench.
Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты транзитного канала от наносов, включающий траншею, выполненную между подводящим и транзитным каналом, затвор в виде жестко скрепленных между собой пластин с возбуждением поперечной циркуляции потока, наносоотводящий канал, промывное отверстие, одно из которых расположено наклонно по направлению потока, причем привод выполнен в виде поплавка, тяг и сливного трубопровода, порог, затвор выполнен в виде вертикального щита, нижнюю кромку которого размещают ниже дна канала, а при увеличении уровня воды перед вертикальным щитом, выполняющего роль циркуляционного порога, щит перемещают в направляющих с возможностью вертикального перемещения по высоте траншеи, которая разделена на две неравные части, при этом нижняя кромка вертикального щита снабжена двумя жестко соединенными горизонтальными пластинами, верховая из которых имеет длину большую, чем нижняя пластина, размещенных в траншее. Кроме того, верховая пластина обеспечивает возможность наклонного струенаправляющего элемента в сторону наносопромывного отверстия, а нижняя пластина закреплена горизонтально и обеспечивает защитный экран. При этом циркуляционный щит на верхней кромке имеет горизонтальный козырек в сторону навстречу течению потока воды в подводящем канале, а верховая наклонная струенаправляющая и нижняя горизонтальная пластины выполнены расширяющимися по направлению движения промывной наносоотводящей траншеи и расположены таким образом в полости траншеи, что их боковые кромки имеют щели не менее максимального диаметра крупных фракций наносов между боковыми стенками траншеи, и имеющими выходы в сторону дна траншеи.This goal is achieved by the fact that in the method of protecting the transit channel from sediment, including a trench made between the inlet and the transit channel, a shutter in the form of plates rigidly fastened to each other with excitation of transverse circulation of the flow, a nano-outlet channel, a washing hole, one of which is located obliquely along the direction of flow, and the actuator is made in the form of a float, rods and drain pipe, the threshold, the shutter is made in the form of a vertical shield, the lower edge of which is placed below the bottom of the channel, and with increasing the water level in front of a vertical shield, acting as a circulation threshold, the shield is moved in guides with the possibility of vertical movement along the height of the trench, which is divided into two unequal parts, while the lower edge of the vertical shield is equipped with two rigidly connected horizontal plates, the top of which has a length than the bottom plate placed in the trench. In addition, the upper plate provides the possibility of an inclined flow element towards the nanoswashing hole, and the lower plate is fixed horizontally and provides a protective screen. In this case, the circulation board on the upper edge has a horizontal visor towards the direction of the flow of water in the inlet channel, and the upper inclined flow guide and the lower horizontal plate are made expanding in the direction of movement of the washing nanotraining trench and are thus located in the cavity of the trench so that their lateral edges have gaps not less than the maximum diameter of large sediment fractions between the side walls of the trench, and having exits towards the bottom of the trench.
Кроме того, в донной траншее расположены набор корректора скорости потока, один из которых закреплен заподлицо с дном подводящего канала, имеющего скос в виде козырька, а другой закреплен к внутренней средней части верховой струенаправляющей пластины в виде криволинейных в поперечном сечении пластин, обеспечивающих возможность образования струенаправляющих систем. При этом наносоотводящее отверстие у дна траншеи снабжено затвором в виде пластины с изогнутым концом, направленным в сторону промывного канала и жестко связанным с наклонным вертикальным щитом со стороны промывного отверстия.In addition, a set of flow rate corrector is located in the bottom trench, one of which is fixed flush with the bottom of the inlet channel having a bevel in the form of a visor, and the other is fixed to the inner middle part of the upper flow guide plate in the form of curvilinear cross-sectional plates, providing the possibility of formation of flow guiding systems. In this case, the nano-outlet hole at the bottom of the trench is equipped with a shutter in the form of a plate with a curved end directed towards the washing channel and rigidly connected to the inclined vertical shield from the washing hole.
Такое выполнение способа защиты транзитного канала от наносов позволяет, по сравнению с прототипом, автоматизировать процесс защиты также наносорегулирующего сооружения от завала наносами. При этом осуществление защиты производится дифференцированно: более эффективно отводить наносы от транзитных каналов - перемещением наклонного щита с возможностью его вертикального перемещения в направляющих по команде поплавков, настроенных на максимально допустимую расчетную отметку уровня воды в канале (ее перелив), на создание перераспределения воды по длине наносоотводящей траншеи, обуславливая активную поперечную циркуляцию, и отжима донных крупных наносов в сторону промывного отверстия. Это происходит при наличии набора корректора скорости потока, а также защиты транзитного канала от попадания в него наносов из траншей через просветы (щели) боковой кромки горизонтальной пластины, выполненной экранирующим экраном при наличии корректора скорости потока. Траншея и пластины, выполненные в виде расширяющихся по направлению движения промывного наносоотводящего водовода в сочетании с криволинейным в поперечном сечении пластин, дают возможность увеличить скорость вращения и стабилизировать режим истечения жидкости в промывное отверстие (перемещение наносов обуславливается радиальной циркуляцией потока, возникающей при вращательном его движении в траншее). Остаток чистой воды при разности давлений в траншее направляется через отводящую трубку в транзитный канал со стороны порога, расположенного в начале транзитного канала. Это способствует дополнительному всасывающему эффекту отвода части потока чистой воды из верхних слоев со стороны задней стенки траншеи через отводящую трубу, т.е. над горизонтальной защитной пластиной. Таким образом, сама траншея остается очищенной от наносов и отсутствует непроизводительный промывной сброс воды и происходит экономия воды. Это обусловлено за счет последовательного действий элементов, размещенных в траншее, когда все наносы концентрируются в зоне влияния корректора скорости потока, обеспечивая благоприятную структуру потока при переводе наносов с участка на участок и далее в наносоотводяший канал. В то же время, участок ширины канала ниже дна его, поток освобождается от наносов, чем предотвращается заиление ими канала. Благодаря использованию двух независимых винтовых течений в траншее, перехват влекомых наносов из отводящего канала увеличивается, попадающих в траншею и далее в отвод в наносопромывной канал. Отсутствие неподвижного порога в конце подводящего канала (перед траншеей) образует перед вертикальным щитом с козырьком водяной валец с винтовым движением воды, который выносит наносы в отверстие траншеи.This embodiment of the method of protecting the transit channel from sediment allows, in comparison with the prototype, to automate the process of protecting also the nanoregulating structure from obstruction by sediment. At the same time, the protection is carried out differentially: it is more efficient to remove sediment from the transit channels by moving the inclined shield with the possibility of its vertical movement in the guides at the command of the floats configured for the maximum permissible calculated water level in the channel (overflow), to create a redistribution of water along the length of the sedimentary trench, causing active transverse circulation, and the extraction of coarse sediment in the direction of the wash hole. This occurs when there is a set of flow velocity corrector, as well as protection of the transit channel from sediment from trenches through the gaps (slits) of the lateral edge of the horizontal plate made by a screen in the presence of a flow velocity corrector. The trench and plates, made in the form of expanding in the direction of movement of the washing nano-discharge water conduit in combination with curvilinear plates in the cross section, make it possible to increase the speed of rotation and stabilize the flow of liquid into the washing hole (the movement of sediments is caused by the radial circulation of the flow that occurs when it rotates in trench). The residual clean water at a pressure difference in the trench is directed through a discharge pipe into the transit channel from the side of the threshold located at the beginning of the transit channel. This contributes to the additional suction effect of diverting part of the flow of pure water from the upper layers from the back wall of the trench through the discharge pipe, i.e. above the horizontal protective plate. Thus, the trench itself remains cleaned of sediment and there is no unproductive flushing discharge of water and water is saved. This is due to the sequential action of the elements located in the trench, when all the sediment is concentrated in the zone of influence of the flow rate corrector, providing a favorable flow structure when transferring sediment from site to site and further into the nasal discharge channel. At the same time, the section of the channel width below its bottom, the flow is freed from sediment, which prevents siltation of the channel by them. Due to the use of two independent helical flows in the trench, the interception of entrained sediments from the discharge channel increases, falling into the trench and then into the discharge into the nanowashing channel. The absence of a fixed threshold at the end of the supply channel (in front of the trench) forms a water roller with a helical movement of water in front of the vertical shield with a visor, which carries sediment into the hole of the trench.
Экономическая эффективность предлагаемого способа защиты транзитного канала от наносов заключается в объединении в одном технологическом цикле задач оптимального пропуска воды в транзитный канал и эффективной двухэтапной очистки воды от наносов.The economic efficiency of the proposed method of protecting the transit channel from sediment consists in combining in one technological cycle the tasks of optimal water passage into the transit channel and effective two-stage purification of water from sediment.
Подобное исполнение способа защиты транзитного канала от наносов и завала сооружения, по мнению авторов, ранее не было известно и отвечает критерию «Существенные отличия».According to the authors, such a method of protecting the transit channel from sediment and blockage was not previously known and meets the criterion of “Significant Differences”.
На фиг.1 изображено наносорегулирующее сооружение, вид в плане; на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б - Б на фиг.1 (вдоль наносопромывной траншеи).Figure 1 shows a nanoregulating structure, a plan view; figure 2 - section a - a in figure 1; figure 3 - section B - B in figure 1 (along the nanoswashing trench).
Схема реализации способа защиты содержит наносорегулирующее сооружение, включающее перегораживающее устройство 1 (щит), состоящего из вертикальной, наклонной передней 2 и горизонтальной 3 пластин. Наклонная передняя плоскость пластины 2 имеет промывное отверстие 4 и затвор 5, выполненный с изгибом на конце в виде пластины, улучшающим условия прохождения потока в наносоотводящий канал 6. Перегораживающее устройство выполнено в виде щита 1 с возможностью вертикального перемещения в направляющих (на чертеже не показано) в траншее 7 посредством тяг 8 и 9 с шарнирами 10 и 11 с винтовыми устройствами 12 и 13 соединены с приводом достаточных размеров поплавков 14 и 15, расположенных в поплавковых камерах 20 и 21. При этом вертикальное перемещение без смещений и перекосов обеспечивается системой направляющих и катков, расположенных выше максимального уровня воды в канале (на рисунке не показано). Наносоотводящая траншея 7 имеет переменное поперечное сечение в форме прямоугольной траншеи, увеличивающейся (расширяющейся) в сторону наносоотводящего канала 16. При этом угол наклона боковой грани равен углу наклона передней (верховой) пластины 2 перегораживающего устройства 1. В нижней наиболее глубокой части траншеи 7 дно ее плавно переходит в наносоотводящий канал 6, а в боковой задней стенке траншеи устроен трубопровод 17, обеспечивающий отвод воды из заднего объема наносоотводящей траншеи 7 в транзитный канал 18 за пониженную часть циркуляционного порога 19. Это способствует как бы высасыванию части потока чистой воды из верхних слоев траншеи выше потолка горизонтальной пластины 3 в транзитный канал 18. Каждая поплавковая камера 20 и 21 соединена с подводящим каналом 24 и транзитным каналом 18 посредством входных трубок 22 и 23. Выходные трубки 25 и 26 соединяются с наносоотводящей траншеей 7, сопряженной с наносоотводящим каналом 6. В верхней части перегораживающего щита 1 выполнен горизонтальный козырек 27.The implementation scheme of the protection method includes a nanoregulating structure, including a partitioning device 1 (shield), consisting of a vertical, inclined front 2 and horizontal 3 plates. The inclined front plane of the plate 2 has a
Боковая стенка траншеи 7 снабжена корректором скорости 28, который своим основанием закреплен к козырьку 29 (скос передней стенки траншеи), другой корректор скорости потока 30 закреплен к внутренней средней части наклонной верховой (передней) пластины 2 в виде криволинейной в поперечном сечении пластины, изогнутой в сторону наносоотводящего отверстия.The side wall of the
Траншея 7 разделена по ширине на две неравные секции перегораживающим устройством в виде щита 1 с козырьком 27, в которых размещены наклонная струенаправляющая пластина 2 и горизонтальная защитная пластина 3, соединенные жестко к нижнему торцу вертикального щита 1 и выполненные в виде понижающейся и расширяющейся по ширине траншеи 7 в сторону донного промывного отверстия 4.The
Защита наносорегулирующего сооружения от завала наносами представляет собой одну из разновидностей метода решения более общей задачи - борьбы с наносами на гидротехнических сооружениях, а именно динамический способ, заключающийся в создании специфических гидравлических условий организации движения наносов.Protection of a nanoregulating structure from blockage by sediment is one of the varieties of a method for solving a more general problem - controlling sediment in hydraulic structures, namely, a dynamic method consisting in creating specific hydraulic conditions for organizing sediment movement.
Необходимость защиты наносорегулирующего сооружения от завала наносами проявляется следующим образом. В рабочем технологическом режиме наносорегулирующее сооружение обеспечивает подачу в транзитный канал осветленной воды с незначительным количеством наносов (при этом через сбросной тракт траншеи беспрепятственно сбрасывается промывная вода с подавляющей частью наносов).The need to protect the nanoregulating structure from blockage by sediment is manifested as follows. In the operating technological mode, the nanoregulating structure ensures the supply of clarified water with a small amount of sediment to the transit channel (at the same time, the washing water with the overwhelming part of the sediment is freely discharged through the discharge path of the trench).
В случаях повышенного содержания наносов в водоисточнике или аномально быстрого увеличения их возникает явление завала наносами. В этих случаях возникает разработка устройств и необходимость защиты их от завала наносами, ибо в противном случае наносорегулирующее сооружение не в состоянии выполнять свою основную функцию, так как наносы в больших количествах попадают в транзитный канал (в связи с их перераспределением по глубине наполнения в подводящем канале или в предельном случае особо крупных размеров фракций влекомых наносов происходит повреждение самого сооружения).In cases of increased sediment content in the water source or an abnormally rapid increase in them, sediment obstruction occurs. In these cases, there arises the development of devices and the need to protect them from obstruction by sediment, because otherwise the nanoregulating structure is not able to fulfill its main function, since sediment in large quantities enters the transit channel (due to their redistribution along the filling depth in the supply channel or in the extreme case of especially large sizes of sediment fractions, damage to the structure itself occurs).
Оснащение оросительных систем новыми конструкциями сооружений в качестве противонаносных устройств на каналах гарантирует эффективную борьбу с наносами при минимуме затрат воды на промыв наносов и уменьшает примерно вдвое затраты средств на очистку от наносов. Здесь донные наносы полностью промываются в наносоотводящий канал 6 при незначительных расходах.Equipping irrigation systems with new structures of constructions as anti-bearing devices on the channels ensures effective sediment control with a minimum of water consumption for washing sediment and reduces the cost of sediment cleaning by about half. Here, bottom sediments are completely washed into the
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
Перед включением в работу производят наладку сооружения. Перегораживающее устройство 1 (щит) с козырьком 27 обеспечивает образование в придонном слое потока винтового вальца, транспортирующего наносы сразу из подводящего канала во входную часть наносоотводящей траншеи 7. Дальше поток воды с наносами поступает в корректор скорости потока 28, что значительно уменьшает поступление наносов в транзитный канал 18 (отсутствуют вверх восходящие токи воды с наносами перед перегораживающим устройством 1). Поплавки 14 и 15 посредством изменения уровня воды в водотоке изменяют свое положение и поднимают или опускают перегораживающее устройство 1 (щит), которые устанавливаются на отметке заданного уровня в бьефах каналов, соответствующего максимальному расчетному расходу через подвижной вертикальный щит 1 с козырьком 27. При этом в зависимости от перепада Z между уровнем воды в верхнем и нижнем бьефах каналов 24 и 18, а также при помощи изменения длины тяг 9 и 10 винтовым устройством 12 и 13 устанавливается соответствующий уклон перегораживающего устройства 1. Таким образом, при повышении уровня воды в верхнем бьефе канала повышаются уровни и в поплавковых камерах, что соответствует определенному положению перегораживающего устройства 1 (щита) и открытию промывной наносоотводящей траншеи 7. При снижении уровня происходит обратный процесс, то есть сработка уровня воды в поплавковых камерах и опускание вертикального щита 1. При этом объем наносоотводящей траншеи 7 соответственно перераспределяется, увеличиваясь в нижней области и уменьшаясь в передней и задней областях. Наибольшему уровню воды в водотоке соответствует наибольший объем нижней области наносоотодящей траншеи 7.Before inclusion in the work, the adjustment of the structure is carried out. The partitioning device 1 (shield) with a visor 27 ensures the formation of a helical roller flow in the bottom layer transporting sediment directly from the inlet channel to the inlet of the
С увеличением уровня воды в водотоке увеличивается пропускная способность и, соответственно изменяется наносный режим в сторону увеличения. Для отделения наносов из подводящего потока воды увеличивается высота циркуляционного порога за счет поднятия вертикального перегораживающего устройства 1, выполненного в виде щита с козырьком 27. Расширяется зона его влияния и соответственно увеличивается интенсивность циркуляции потока верхней части объема наносоотвдящей траншеи 7, что существенно расширяет класс наносов по фракционному составу, способных отделяться от потока. Переменное сечение траншеи 7 по высоте в сочетании с набором пакета корректора скорости потока 29 обеспечивает увеличение площади входного отверстия траншеи по потоку с наносами и к внутренней средней части наклонной струенаправляющей верховой (передней) пластины 2 корректора скорости потока 30, выполненных в виде криволинейной в поперечном сечении пластины и изогнутых в сторону наносоотводящего отверстия, ограничивающих винт в каждой своей области объема траншеи 7, что исключает влияние на поднятие наносов вверх в водоток. Проходя через промывное отверстие и зазор между вертикальной стенкой наносоотвдящей траншеи 7 и боковых кромок (ребром) наклонной струенаправляющей пластины 2 перегораживающего устройства 1, поток с наносами резко расширяется. Его энергия уменьшается, а наносы по инерции скапливаются у дна промывной траншеи 7 и под действием циркуляции направляются в сторону наносоотводящего канала 6. Часть потока без наносов проходит через зазор (щель) между задней вертикальной стенкой траншеи 7 и боковой стенки (ребром) горизонтальной защитной пластины 3 с перегораживающим устройством 1, отводятся трубой 17 в транзитный канал 18, имеющий пониженный циркуляционный порог 19. Это способствует дополнительно отсосу части потока чистой воды из верхних слоев задней стенки траншеи 7. Любой технологический процесс состоит из совокупности определенных технологических операций, каждая из которых характеризует некоторую сторону процесса. Например, борьба с наносами выполняется в два действия: сначала нужно отделить наносы от потока воды, а затем удалить их за пределы сооружения. В нашем случае отделение наносов происходит динамическим способом. Поэтому, прежде чем знать, чем осуществлять забор воды, т.е. какими сооружениями, какими конструкциями, мы должны знать - как правильно осуществлять его, чтобы затраты были минимальными. Отсюда процесс подсказывает, что конструкция сооружения и компоновка его определяется только технологией (т.е. совокупностью и последовательностью операций) и техникой (т.е. совокупностью технологических приемов) осуществления процесса.With an increase in the water level in a watercourse, throughput increases and, accordingly, the alluvial regime changes in the direction of increase. To separate the sediment from the inlet water stream, the height of the circulation threshold is increased by raising the
Следует заметить, что при безнапорном режиме (когда габариты винта или вальца ограничены с двух сторон, например донным порогом и фиксированным дном) препятствием для наносов является тело самого винта или вальца, наносы почти не проникают внутрь и не вовлекаются извне. Они останавливаются перед винтом и, если продольный вектор скорости мал, накапливаются в виде гряды, растущей вверх до тех пор, пока глубина воды на участке перед порогом не уменьшится настолько, что скорость на подходе к порогу станет недостаточной для поддержания первоначальных габаритов винта. При уменьшении габаритов винта гряда постепенно надвигается на порог и, в конце концов, заваливает его.It should be noted that in the non-pressure mode (when the dimensions of the screw or roller are limited on both sides, for example, the bottom threshold and the fixed bottom), the body of the screw or roller itself is an obstacle to sediment, the sediment hardly penetrates inside and is not involved from the outside. They stop in front of the screw and, if the longitudinal velocity vector is small, they accumulate in the form of a ridge growing up until the water depth in the area in front of the threshold decreases so that the speed on the approach to the threshold becomes insufficient to maintain the screw's initial dimensions. With a decrease in screw size, the ridge gradually approaches the threshold and, in the end, heaps it.
Завал донного порога или преграды неизбежен во всех случаях, если наносы, поступившие к этим элементам и останавливаемые ими, не будут транспортироваться дальше, т.е. если будет отсутствовать продольный вектор скорости. Чем больше поступает к порогу наносов, тем больше должен быть продольный вектор скорости и наоборот. При винтовом движении сюда добавляется и продольный вектор скорости винта. Величина его зависит от величины перераспределения расходов по длине порога, которое достигается выполнением порога с высотой, переменной по длине.The obstruction of the bottom threshold or obstacle is inevitable in all cases if the sediment arriving at these elements and stopped by them will not be transported further, i.e. if there is no longitudinal velocity vector. The more it arrives at the sediment threshold, the greater should be the longitudinal velocity vector and vice versa. In the case of screw movement, the longitudinal vector of the screw speed is added here. Its value depends on the size of the redistribution of expenses along the length of the threshold, which is achieved by performing the threshold with a height variable in length.
При напорном режиме (когда габариты винта ограничены с четырех сторон при вертикальном расположении винта) наносы за счет центростремительной силы отбрасываются к центру траншеи, где расположено промывное отверстие. Во всех случаях полный отвод наносов возможен только при наличии достаточного количества воды на промыв.In the pressure mode (when the screw’s dimensions are limited on four sides with the screw vertical), sediments are discarded due to the centripetal force to the center of the trench where the washing hole is located. In all cases, a complete removal of sediment is possible only if there is a sufficient amount of water for washing.
Неравномерность распределения наносов по высоте потока предопределяет обязательное создание заранее заданной структуры потока, обеспечивающей прохождение наносов. Поэтому для лучшего возбуждения циркуляционных и винтовых течений высота перегораживающего устройства должна быть переменной по его длине и изменяется по высоте наполнения водотока.The uneven distribution of sediment along the height of the flow determines the mandatory creation of a predetermined flow structure that ensures the passage of sediment. Therefore, for better excitation of circulation and screw flows, the height of the partitioning device should be variable along its length and varies along the height of the filling of the watercourse.
Важно отметить то, чтобы при пропуске по подводящему каналу расчетного расхода не происходило подтопления потока в подводящем канале со стороны донной траншеи, поскольку при этом в канале понизится транспортирующая способность потока, уменьшая его живое сечение, т.е. должно соблюдаться условие Pi ср.≤h (где h - наполнение в подводящем канале при пропуске расчетного расхода, определяется гидравлическим расчетом; Pi ср. - высота донного порога в его средней части определяется как среднеарифметическое от Pi нач. и Pi кон.).It is important to note that when the calculated flow rate passes through the supply channel, there is no flooding of the flow in the supply channel from the bottom of the trench, since the flowing capacity of the stream will decrease in the channel, reducing its live section, i.e. the condition P i cf. ≤h (where h is the filling in the supply channel when the calculated flow rate is missed, it is determined by hydraulic calculation; P i avg - the height of the bottom threshold in its middle part is determined as the arithmetic mean of P i beginning and P i end. ).
В отношении промывного отверстия можно отметить следующее. Габариты промывного отверстия должны соответствовать габаритам винтового течения, образующегося вдоль донной траншеи. Ширина промывного отверстия должна быть не менее Pi кон. и, для обеспечения незабиваемости отверстия наносами - не менее 1,5…2d мак (здесь d макс. - максимальный диаметр наносов). Минимальная высота промывного отверстия назначается равной его ширине.With regard to the washing hole, the following can be noted. The dimensions of the washing hole should correspond to the dimensions of the helical flow formed along the bottom trench. The width of the wash hole must be at least P i con. and, to ensure unbreakability of the hole with sediment - not less than 1.5 ... 2d poppy (here d max. is the maximum diameter of sediment). The minimum height of the wash hole is set equal to its width.
Промывное отверстие с такими габаритами обеспечивает надежную и бесперебойную работу наносоотводящей траншеи, и использование затвора (щит), изменяющего на ширину промывного отверстия. Образование в одной траншее нескольких винтов улучшает транспорт, и удаление наносов в наносоотводящий канал.A washing hole with such dimensions ensures reliable and uninterrupted operation of the nanoreducing trench, and the use of a shutter (shield) that changes the width of the washing hole. The formation of several screws in one trench improves transport, and the removal of sediment into the nanoreducing channel.
Преимущество предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в расширении диапазона регулирования с улучшением качества очистки воды от наносов, так как определенному уровню воды в канале соответствует и определенная интенсивность циркуляции потока. Все это в целом способствует захвату наносов и направлению их в нижнюю часть объема траншеи и далее, в наносотводящий канал за счет рационального конструирования перегораживающего устройства. Это означает то, что в наносоотводящей траншее особую роль имеет постоянство энергетичности потока за счет перераспределения объемов.The advantage of the proposed method compared to the prototype is to expand the control range with improving the quality of water treatment from sediment, as a certain level of water in the channel corresponds to a certain intensity of the circulation of the stream. All this as a whole contributes to the capture of sediments and their direction to the lower part of the volume of the trench and further, to the nanoreducing channel due to the rational design of the partitioning device. This means that the constancy of the flow energy due to the redistribution of volumes plays a special role in the nanoreducing trench.
Преимущество по сравнению с прототипом заключается в осуществлении способа автоматического регулирования и снижении непроизводительных сбросов воды на промыв наносов до 5…10% в зависимости от изменения уровня воды в водотоках и позволяет более эффективно отводить наносы от транзитных каналов 18, не создавая гидравлического экрана.An advantage compared to the prototype is the implementation of a method of automatic regulation and reduction of unproductive water discharges for leaching sediment to 5 ... 10% depending on changes in the water level in streams and allows more efficient to remove sediment from the
Экономическая эффективность предлагаемого способа защиты транзитного канала заключается в объединении в одном технологическом цикле задач оптимального пропуска воды в транзитный канал и эффективной двухэтапной очистки воды от наносов.The economic efficiency of the proposed method of protecting the transit channel consists in combining in one technological cycle the tasks of the optimal passage of water into the transit channel and effective two-stage purification of water from sediment.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012104303/13A RU2487211C1 (en) | 2012-02-07 | 2012-02-07 | Method to protect transit channel against sediments |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012104303/13A RU2487211C1 (en) | 2012-02-07 | 2012-02-07 | Method to protect transit channel against sediments |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2487211C1 true RU2487211C1 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=48788265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012104303/13A RU2487211C1 (en) | 2012-02-07 | 2012-02-07 | Method to protect transit channel against sediments |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2487211C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU583234A1 (en) * | 1976-03-29 | 1977-12-05 | Таджикский Государственный Институт По Проектированию Водохозяйственных Объектов "Таджикгипроводхоз" | Sediment arrester |
| SU655765A1 (en) * | 1976-11-24 | 1979-04-05 | Киргизский Сельскохозяйственный Институт Им. К.И.Скрябина | Sand and gravel trap |
| SU990945A1 (en) * | 1980-12-04 | 1983-01-23 | Кубанский Ордена Трудового Красного Знамени Сельскохозяйственный Институт | Stone trap |
| SU1065525A1 (en) * | 1981-12-25 | 1984-01-07 | Киргизский сельскохозяйственный институт им.К.И.Скрябина | Arrangement for flushing alluvia |
| SU1728355A1 (en) * | 1989-11-27 | 1992-04-23 | Киргизский сельскохозяйственный институт им.К.И.Скрябина | Inlet of water intake structure |
| JP2011179190A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | Method for discharging sediment in gate groove |
-
2012
- 2012-02-07 RU RU2012104303/13A patent/RU2487211C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU583234A1 (en) * | 1976-03-29 | 1977-12-05 | Таджикский Государственный Институт По Проектированию Водохозяйственных Объектов "Таджикгипроводхоз" | Sediment arrester |
| SU655765A1 (en) * | 1976-11-24 | 1979-04-05 | Киргизский Сельскохозяйственный Институт Им. К.И.Скрябина | Sand and gravel trap |
| SU990945A1 (en) * | 1980-12-04 | 1983-01-23 | Кубанский Ордена Трудового Красного Знамени Сельскохозяйственный Институт | Stone trap |
| SU1065525A1 (en) * | 1981-12-25 | 1984-01-07 | Киргизский сельскохозяйственный институт им.К.И.Скрябина | Arrangement for flushing alluvia |
| SU1728355A1 (en) * | 1989-11-27 | 1992-04-23 | Киргизский сельскохозяйственный институт им.К.И.Скрябина | Inlet of water intake structure |
| JP2011179190A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | Method for discharging sediment in gate groove |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2893173C (en) | Energy dissipator and associated system for use in sumped flow-through manholes | |
| WO2014201742A1 (en) | Debris flow drainage trough planning and designing method and application thereof | |
| CN104863098B (en) | Danger-elimination refitting method for stilling pool downstream energy dissipater | |
| CN104712010B (en) | A kind of anti-silting system of convex bank diversion | |
| KR101267438B1 (en) | Structure and method for removing sediment at the upper region of intake dam | |
| KR102021973B1 (en) | Hydrological structure that can prevent accumulation of foreign matter | |
| RU2487211C1 (en) | Method to protect transit channel against sediments | |
| RU2592414C1 (en) | Water intake | |
| RU2501907C1 (en) | Method to control hydraulic structure of water flow in water-receiving chamber from sediments | |
| CN109260776A (en) | A kind of settling pit | |
| KR101155744B1 (en) | Riverbed structure having accelerating flow path for preventing accumulation | |
| KR101517588B1 (en) | Dam and Fishway device | |
| JP2008308894A (en) | Triple lake dam structure | |
| CN104963379A (en) | Water taking structure for mountainous area river course | |
| CN112813922B (en) | Active-passive debris flow water-stone separation-energy dissipation disaster reduction device | |
| JP2010001698A (en) | Sediment discharge of head works | |
| JP2016003548A (en) | Drainage structure and catchment basin | |
| JP7212581B2 (en) | Debris flow sedimentary work | |
| CN114197411B (en) | Water conservancy water and electricity sand washing system | |
| RU2708529C1 (en) | Water intake unit of irrigation system | |
| Jafar | The Friction Resistance Effect on The Hydraulic Jump Location and Energy Dissipation, A Laboratory Study | |
| RU2816532C2 (en) | Method of controlling hydraulic structure of water flow at circulation threshold in watercourse bed with water intake structure | |
| CN209636749U (en) | Structure is choked water in a kind of combination of labyrinth weir | |
| CN205637091U (en) | Sediment device is blocked to horizontal floating of vatch basin | |
| RU2661748C1 (en) | Method of regulation of hydraulic structure of water flow near circulating threshold in channel of water intake with diversion facility |