В статье излагаются результаты экспериментальных исследований по определению пропускной способности правобережного водозаборного сооружения и донных галерей, гидравлического режима в галереях и движения донных наносов в них.
The article presents the results of experimental studies to determine the capacity of the right bank diversion structure and bottom galleries, hydraulic regime in galleries and movement of bottom sediment in them.
Тюямуюнский гидроузел на р Амударье состоит из глухой земляной плотины, водосливной плотины, здания ГЭС, левобережного и правобережного водозаборов с донными галереями.
Водосливная плотина имеет 10 пролетов из которых 9 однотипных в виде донных отверстий размеров 12х6м, а крайний правобережный пролет выполнен как поверхностный водослив практического профиля. Регулирование расходов во всех водосбросных отверстиях гидроузла осуществляется сегментными затворами. Водобойная часть имеет уклон 1: 20 и заканчивается зубом. Между водосливной плотиной и зданием ГЭС в нижнем бьефе установлена раздельная стенка. Донные галереи здания ГЭС и двух водозаборов выходят непосредственно в нижний бьеф плотины. Максимальный расход, пропускаемый плотиной, составляет 13000м3/с при отметке горизонта воды в верхнем бьефе 130.0м и 7300м3/с при отметке 120.0м. Расходы воды, проходящие через левобережный и правобережный водозаборы соответственно равны 500м3/с и 120м3/с.
В нижнем бьефе возможны два уровня горизонтов воды — максимальный 116,6м минимальный 112,4м, а с учетом общего размыва 104,75м.
Водозаборные сооружения предназначены для подачи воды в каналы на ирригационные нужды.
Исследуемый водозаборный узел представляет собой, двухпролетное головное сооружение с забральной стенкой. Отверстия имеют сечение размером 5х4м каждое. Расходы воды регулируются сегментными затворами. Непосредственно за затворами размещается водобойный колодец глубиной 2м длиной 3м шириной 5м в каждом пролете. За колодцем после прямой вставки длиной 8м начинается поворот на 500, затем прямоугольный отводящий канал длиной 213м.
Отводящий канал за сегментными затворами на длине 163м разделен бычком далее канал идет одним сечением с шириной b=12м.
Непосредственно под порогом водозаборного сооружения находятся две донные галереи замкнутого прямоугольного сечения размером 5х2,5м с отметкой порога 110,0м отметка дна галерей на выходе равна 105.0м. В конце галерей размещены камеры с двумя рядами плоских затворов.
Сброс наносов осуществляется непосредственно в нижний бьеф плотины.
Основным вопросами исследований было:
- Определение пропускной способности водозабора и донных галерей.
- Определение оптимальных соотношений между расходами в водозабор и донными галереями.
- Исследование гидравлического режима движения донных наосов в галереях.
Опыты проводилась на пространственной размываемой модели в масштабе 1: 40 натуральной величины.
Был воспроизведен участок р. Амударьи в створе гидроузла длиной 400м, из которых 80м выше створа и 320м ниже. Моделирование производилось по методике, основанной на принципе гравитационного подобия (по Фруду).
Ниже кратко приведены результаты исследований.
а) По водозаборному сооружению.
Пропускная способность водозаборного сооружения определялась как с открытыми, так и закрытыми донными галереями. При этом, на модели поддерживался постоянный горизонт воды в верхнем бьефе. 119,0; 122,0; 124,0; и т. д. Изменялись только величина открытия сегментных затворов и расходы.
Рис. 1. Кривые зависимости расхода воды от горизонта воды в верхнем бьефе и величины открытия затвора.
Были получены серия кривых зависимости расхода от горизонта воды в верхнем бьефе и величина открытия затвора.
На рис приведены кривые пропускной способности водозабора совмещенные с расчетными.
Рис. 2. Кривые пропускной способности водозабора совмещенные с расчетными
Их отличие друг от друга объясняется завышением в формулах коэффициента расхода и неучетом пространственных условий подхода потока к сооружению. Данные о пропускной способности явились основанием для подсчета коэффициента расхода водозабора.
Их величина определялась по формуле:
Опыты проводись при постоянных горизонтах воды в верхнем бьефе (130.0 и 120.0м) и различных открытиях затворов. Установлено,что величина µ зависит от открытия затворов и горизонтов воды в верхнем бьефе.
Рис. 3. Кривые зависимости коэффициента µ от расхода воды
б) По донным галереям.
Пропускная способность донных галерей определялась как без учета влияния работы отверстий водозаборного сооружения и водосливной плотины, так и при работе последних.
При этом горизонт воды в нижнем бьефе плотины устанавливался в двух положениях: 115,70 — бытовые условия и на отметке 106, 0 м с учетом общего размыва русла.
В опытах горизонты воды в верхнем бьефе устанавливались постоянными от отметки 110,0 до 130,0 с интервалом 2,0 м, соответственно менялись и расходы воды.
На основании данных опытов построены кривые зависимости расхода воды от горизонта воды верхнего бьефа.
Рис. 4. Кривые зависимости расхода воды от горизонта воды верхнего и нижнего бьефов донных галерей
Опытами также установлено, что при максимальной отметке верхнего бьефа — 130,0 м и полностью открытых отверстиях через донные галереи проходит расход воды равный Q= 272 м3 /с, при горизонте воды в нижнем бьефе 115,7, и Qгил= 345 м3 /с при горизонте воды в нижнем бьефе 106,0м
Проверка работы галерей совместно с работающими отверстиями водозабора показала, что взаимное влияние их друг на друга отсутствует. Суммарный расход пропускаемой через водозабор и галереи практически равен сумме расходов воды пропускаемых через эти сооружения в отдельности
Рис. 5. Кривые зависимости расхода воды от горизонта воды верхнего и нижнего бьефов при совместной работе донных галерей и водозабора
В процессе опытов производились наблюдения за режимом работы донных галерей при разных расходах и горизонтах воды в нижнем бьефе.
Так, при пропуске малых расходов (до Q = 60 м3/с) галереи работают неполным сечением, со спадом кривой свободной поверхности на входе и бурным выходом потока из галерей. При расходах Q=80–100 м3/с поток периодически захлестывает вход, а при Q=120 м3/с вход в галереи затапливается на 1,0м. При горизонте воды в нижнем бьефе 106,0 галереи на выходе работают не полным сечением.
Когда же горизонт воды в нижнем бьефе устанавливается на отметке 115,7,выход из галерей полностью затапливается, и они работают как напорные трубы.
в) По режиму движению донных наносов
Опытами было установлено, что основное количество наносов скапливаемых в верхнем бьефе попадет в левую галерею, в правый же пролет попадет несколько меньше (примерно одна треть) и только небольшой остаток уходит через водосливное отверстие. Расходы воды при этом распределялись как 
С увеличением числа работающих отверстий водосливной плотины доля отвлеченная ими наносов несколько увеличивалась, но по-прежнему основная масса наносов устремляются в галереи.
На основании исследований можно сделать следующие выводы:
‒ при определении пропускной способности водозабора значение коэффициента расхода в формуле (1) следует принимать согласно экспериментальным данным, приведенных на рис.3
‒ проверка работы галерей совместно с работающими отверстиями водозабора показало, что взаимное влияние их друг на друга отсутствует. Суммарный расход волы пропускаемый через водозабор и галереи равен сумме расходов воды, пропускаемые через эти сооружения в отдельности.
‒ рекомендуемое соотношение между расходами воды водозабора и галерей составляет Qгал. =1.6 Qвод., что позволит сбрасывать почти все донные наносы в нижний бьеф.
Литература:
- Рассказов Л. Н. и др. Гидротехнические сооружения. Т. I, II. М.: Стройиздат,2010– 880 с.
- Гольдин А. Л., Рассказов Л. Н. Проектирование грунтовых плотин. М.: Изд.Ассоциация строительных вузов, 2001. — 375 с.
- Киселев П. Г. и др. Справочник по гидравлическим расчетам. М.: Энергия,1972. — 350 с.
- Вызго.М. С. Эксплуатационные мероприятия, прогнозы и способы уменьшения местных размывов за гидротехническими сооружениями. Ташкент.”Наука”1966г.280с
