Обоснование параметров систем ярусных лиманов

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 626.841.001.12

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ЯРУСНЫХ ЛИМАНОВ

А. А. Кузьмичев

ФГБНУ «Российский НИИ проблем мелиорации»

Приведены результаты исследований по обоснованию параметров и расположения систем ярусных лиманов. Проведён анализ уклонов и направлений стока, составлена блок-схема и разработан алгоритм определения конструктивных параметров систем ярусных лиманов. Получены теоретические зависимости, описывающие поверхности регрессии Ьпр/(г,И) и Упр/(г).

Ключевые слова: системы ярусных лиманов, конструкции лиманов, глубина затопления, комбинированные системы орошения, местный сток.

Исследованиям в области применения местного стока и проектирования систем лиманного орошения посвятили свои работы Б. Б. Шумаков, Н. С. Тимченко, Б. И. Тук-таров и другие [3, 4, 5]. Оценивая практические результаты этих работ, следует отметить достаточно высокий экономический эффект от внедрения лиманного орошения в засушливых районах, где в качестве источника орошения использовались воды местного стока и оросительно-обводнительных систем. Теоретическое обоснование элементов техники лиманного орошения заложил в своих работах Б. Б. Шумаков. Тем не менее, в современных нормативных документах, вопрос проектирования систем лиманного орошения весьма упрощен [2]. А, между тем, сложность проектирования таких систем связана с особенностями рельефа, так как лиманное орошение не предполагает значительных планировок поверхности орошаемого участка. В связи с чем, на наш взгляд, вопрос анализа рельефа местности требует более детальной проработки.

Для повышения эффективности использования местного стока и снижения стоимости гидротехнических сооружений на системах ярусных лиманов необходимо оптимизировать расчёт их конструктивных параметров. Для решения данной задачи составлена блок-схема и разработан алгоритм расчета (рисунки 1, 2). Проводилось моделирование различных сочетаний уклонов и направлений стока элементарных водосборов, для которых рассчитывались наиболее эффективные параметры конструктивных элементов систем ярусных лиманов.

Площадь водосбора разбивалась условной сеткой на клетки (г, у) (рисунок 3). Расчет проводился для каждой клетки (г, у), г = 1...П, у = 1...т. Вычисление значения интенсивности стока для клетки (г, у) начиналось с анализа её уклона и направления стока. Далее совершался переход из клетки (г, у) в клетку (г1, у^) в соответствии с направлением уклона, при этом значение интенсивности (счетчик) для (г1, у^) увеличивалось на единицу. Таким образом, переходя от одной клетки к другой, осуществлялось передвижение по сетке до границы области. Анализ заканчивался после просмотра всех клеток сетки элементарного водосбора. Значение счётчика каждой клетки рассчитывалось как сумма значений счётчиков всех соседних клеток, откуда идёт сток в анализируемую клетку, плюс число таких клеток. По окончании анализа был получен набор значений интенсивности потока, проходящего через соответствующую клетку.

Для дальнейшего анализа было целесообразно разделить элементарную водосборную площадь на склоны и водотоки. Анализ начинается с ячеек, имеющих нулевое значение интенсивности стока.

Рисунок 1 - Блок-схема определения конструктивных параметров системы ярусных лиманов

Рисунок 2 - Алгоритм расчета конструктивных параметров системы ярусных лиманов

г 0 0

] 1

0 1 2  6 0 0 0

1 *

0 0 1 2 —» 11 1 1 0 0 0

ч *

0 2 3 10 25 2 1 1 1

1 .

0 1 5 0 30 2 2 2

' 1 .

0 1 0 0 35 3 3

* 1

0 2 40 4

1

49

Рисунок 3 - Обоснование размещения системы ярусных лиманов на элементарном водосборе

Предложенный анализ позволил выделить склоны, относящиеся к водотоку, клетки которого имеют сток в начальную точку.

Согласно представленного алгоритма расчета конструктивных параметров системы ярусных лиманов и на основании эмпирического материала, включающего установленные уклоны элементарных водосборов и рассчитанных интегральных значений максимальных объемов водозадержания, которые приходятся на единицу длины вала, получены теоретические зависимости, описывающие поверхности регрессии Ьпр/(г,И) и Упр / (г) (рисунок 4). Полученные количественные характеристики служат основанием для назначения валиков лимана и позволяют определить глубину яруса лимана.

Ь, м 1100 1050 -1000 -950 -900 -850 -800 -750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 Ь, м

Условные обозначения величин уклонов: * 0,00235  0,00458 * 0,00564

• 0,0061 1 * 0,00049 • 0,00913

Рисунок 4 - Зависимость Ьпр /

Расчёт глубины яруса и длины валика лимана позволяют в дальнейшем определить конструктивные характеристики валика - рабочую и строительную высоты.

Помимо местного стока, интерес для использования в целях орошения представляют технологические сбросы с оросительных систем. Техническая реализация комплексного использования вод местного стока и технологических сбросов с оросительных систем возможна на основе разработанного нами патента № 2467561 «Оросительная система с использованием местного стока».

Ключевым элементом в данном патенте является дифференцированный узел во-дораспределения, который позволяет использовать как воды местного стока с выше-расположенной водосборной площади, так и технологические сбросы с оросительных систем (рисунок 5).

К достоинствам предложенной конструкции относится возможность аккумулирования вод местного стока непосредственно на территории орошаемого участка, а также перераспределение воды между соседними ярусами лиманов. Воды местного стока могут получить дополнительную подготовку к поливу в прудах-распределителях путем отстаивания, фильтрации, прогрева, насыщения водорастворимыми удобрениями и гербицидами, а в случае их недостатка - могут быть дополнены технологическими сбросами с оросительных систем.

3 4

Рисунок 5 - Дифференцированный узел водораспределения:

1 - закрытый распределитель двухстороннего действия; 2 - пруд-распределитель;

3 - поперечный валик; 4 - продольный валик; 5 - водовыпуск-водоспуск;

6 - система задвижек

Таким образом, оптимизация расчетов конструктивных параметров систем ярусных лиманов позволяет решить задачи по снижению водопотребления на лиманное орошение и уменьшению эколого-мелиоративной нагрузки в соответствии с Водной стратегией, утвержденной Распоряжением Правительства РФ от 27 августа 2009 г. №1235-р [1].

Библиографический список

1 Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года: Постановление Правительства РФ от 27 августа 2009 г. № 1235-р. [Электронный ресурс]// Гарант Эксперт 2011. -НПП «Гарант сервис», 2013.

2 Мелиоративные системы и сооружения: СНиП 2.06.03-85: утв. Гос. комитетом СССР по делам строительства 17.01.85: введ. в действие с 1.07.86. - Госстрой России, ГУП ЦПП, 1998. - 128 с.

3. Тимченко, H. С. Использование местных водных ресурсов для орошения [Текст]/ H. С. Тимченко. - М.: Россельхозиздат, 1979. - 152 с.

4. Туктаров, Б. И. Мелиорация естественных лиманов Заволжья [Текст]/ Б. И. Туктаров, С. С. Ермилов, С. H. Косолапов. - Саратов: Саратовский ГАУ им. H. И. Вавилова, 2002. - 124 с.

5. Шумаков, Б. Б. Гидромелиоративные основы лиманного орошения [Текст]/ Б. Б. Шумаков. - М.: Гидрометеоиздат, 1979. - 215 с.

E-mail: rosniipm@yandex.ru