УСТРОЙСТВО ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ ХРАНИЛИЩА НАНОСОВ

Полезная модель относится к области гидротехнических сооружений, предназначенных для сбора наносов в хранилище, вызываемых талыми и ливневыми водами в эрозионно-опасных балках и оврагах (далее оврагах) с целью улучшения режима малых рек защитой от наносов.
Хранилище наносов - это небольшой пруд с кратковременным наполнением в процессе притока талых и ливневых вод, предназначенный для трансформации стока с целью осаждения фракций крупных наносов.
Известно устройство для сбора наносов, вызываемых талыми и ливневыми водами в эрозионно-опасных оврагах, выполненных в виде запруд. В запруде предусмотрены водосливы в виде асбоцементных труб диаметром 400 мм. Количество водосливов соответствовало числу перегораживаемых запрудами русел (Авт. свид. СССР №1667651. Опубл. БИ №29, 1991 г.).
Недостатком такого сооружения является то, что водослив работает при заполнении запруд до уровня высоты труб.
Наиболее близкое техническое решение к заявляемому устройству водосбросного сооружения хранилища наносов, образованного земляной плотиной, установленной поперек русла оврага, содержащее железобетонный лоток, расположенный на грани плотины со стороны подпора воды наклонно к горизонтали для обеспечения установки и надежного удержания на нем закрывающих его шандор с зазорами друг относительно друга, при этом лоток установлен на водоприемном колодце, расположенном ниже дна оврага и сопряженного с водоотводной трубой, водоприемный колодец имеет фильтрационные отверстия и обсыпан фильтрующим материалом.
(Мордвинцев М.М. Восстановление рек и водоемов. Новочеркасск, 2003 г., с.100-101).
Его недостатком является то, что в известном устройстве зазоры между шандорами были одинаковой величины, что не обеспечивало нужного подпора в начальный момент заполнения водой хранилища наносов или при малых расходах притока. Этим самым не обеспечивалось условие осаждения наносов расчетных фракций.
Задача полезной модели - повышение эффективности осаждения наносов, разработкой простого и более экономичного устройства, обеспечивающего сбор наносов в эрозионно-опасных оврагах в автоматическом режиме и тем самым защиту малых рек от заиливания путем образования хранилищ наносов, представляющих собой пруды с кратковременным наполнением в процессе притока талых и ливневых вод.
Поставленная задача решается тем, что в известное устройство, водосбросного сооружения хранилища наносов, образованного земляной плотиной, установленной поперек русла оврага, содержащее железобетонный лоток, расположенный на грани плотины со стороны подпора воды наклонно к горизонтали для обеспечения установки и надежного удержания на нем закрывающих его шандор с зазором друг относительно друга, при этом лоток установлен на водоприемном колодце, расположенном ниже дна оврага и сопряженного с водоотводной трубой, водоприемный колодец имеет фильтрационные отверстия и обсыпан фильтрующим материалом, введены новые признаки: для выполнения условий осаждения расчетных фракций наносов при любых расходах воды зазоры между шандорами необходимо уменьшать по высоте от дна сооружения до поверхности воды по эмпирической зависимости:
-0,8
δ=0,0115·h, м,
где h - глубина воды перед шандорным перекрытием, м;
где
p
U - расчетная гидравлическая крупность наносов, м/с;
2
q - удельный расход сооружения, м/с;
б
K - коэффициент формы балки;
α=2 - показатель степени.
За счет новых признаков устройство обеспечивает более эффективное осаждение наносов в хранилище в эрозионно-опасных оврагах в автоматическом режиме и тем самым защиту малых рек от заиливания путем образования хранилища для наносов. Это достигается тем, что в начальный момент заполнения хранилища водой или при малых расходах притока обеспечивается оптимальный подпор для осаждения наносов за счет величины зазоров. При дальнейшем заполнении хранилища водой обеспечивается необходимый подпор воды за счет оптимальных размеров зазоров между шандорами при соблюдении условий осаждения наносов.
На фигуре изображено устройство водосбросного сооружения хранилища наносов.
Устройство содержит водосброс автоматического действия, выполненный в виде железобетонного лотка 1 П-образной формы, размещенного на грани земляной плотины 2 со стороны подпора воды 3. Лоток 1 закрыт шандорами 4, установленными с зазором 5 друг от друга, предназначенным для пропуска воды 3 в лоток 1. Зазор 5 между шандорами 4 выполнен разной величины в соответствии с соотношением:
-0,8
δ=0,0115·h, м,
где h - глубина воды перед шандорным перекрытием, м;
где
p
U - расчетная гидравлическая крупность наносов, м/с;
2
q - удельный расход сооружения, м/с;
б
K - коэффициент формы балки;
α=2 - показатель степени.
У дна 9 оврага зазор 5 будет большим, чем последующие зазоры. Величины зазоров выбраны из условия обеспечения оптимального осаждения наносов расчетных фракций. Лоток 1 расположен на водоприемном колодце 6 наклонно к горизонтали для обеспечения установки и надежного удержания на нем шандор 4. Приемный колодец 6 имеет фильтрационные отверстия 7 и сопряжен с водоотводной трубой 8. Колодец 6 расположен ниже уровня дна оврага 9 и обсыпан фильтрующим материалом 10, например, щебнем и т.п. В зависимости от расчетных расходов воды 3 в овраге может быть установлено несколько «ниток» лотков 1 и водоотводных труб 8.
I
Общая кривая расходов такого сооружения 13 в начальной части имеет крутой подъем, а затем на отметке верхней шандоры z, перегиб, так как начинается свободный перелив через шандорное перекрытие.
Пропускная способность водосбросного сооружения рассчитывается по зависимости:
где b- ширина подпорного сооружения, м;
i
δ=f(h) - вертикальная проекция i -того отверстия шандорного перекрытия, м;
i
h - напор над центром тяжести i -того отверстия, м;
µ - коэффициент расхода.
Работает устройство следующим образом. Во время ливня или интенсивного таяния снега смесь воды 3 с наносом 11 в виде песка и крупных фракций, продвигаясь по дну 9 оврага в виде потока, встречает на своем пути плотину 2, выполняющую роль подпора, для снижения скорости его продвижения и тем самым осаждения наносов 11. Величина подпора регулируется пропускной способностью за счет величины зазоров 5 между щандорами 4 и размерами: лотка 1, водоприемного колодца 6 и водоотводной трубы 8. Пропускная способность должна автоматически управлять подпором уровня 12, не допуская переполнения (выше плотины 2) хранилища наносов 11 и полностью отводить воду 3 после осаждения наносов 11. При этом наносы 11, содержащие крупные фракции, будут осаждаться на дне 9 оврага, а вода 3 будет проходить в зазоры 5 между шандорами 4 и через верхний шандор 4 стекая по лотку 1 в водоприемный колодец 6, а затем из колодца 6 в водоотводную трубу 8. В этом случае за счет зазоров, определенных вышеуказанным соотношением, обеспечивается оптимальный режим осаждения наносов расчетных фракций. При прекращении поступления воды 3 в виде ливня или обильного таяния снега она полностью стекает из хранилища наносов 11. Чтобы в последующем после заполнения части объема хранилища расчетные крупные фракции наносов 11 не выносились из него, шандорное перекрытие наращивают укладкой шандора 4 до новой отметки.
II
III
В дальнейшем сохранение наносозадерживающей способности обеспечивается назначением других отметок подпора (z, z и т.д.).
Определение их производится с помощью построения батиграфических кривых по суммарному объему аккумулированных за время эксплуатации наносов и необходимого для осаждения объема воды. Объем аккумулированных наносов определяется непосредственно измерениями или по формулам для прогнозирования заиления водохранилищ.
Хранилища наносов требуют периодической очистки, которая зависит от морфологии оврага (балки) и количества поступающего твердого стока. В межочистной период сооружения допускают поэтапное увеличение подпора наращивания шандор, при проявлении признаков выноса из балок наносов крупнее расчетной фракции.
Эффективность полезной модели выражается в том, что за счет оптимальных размеров зазоров между шандорами обеспечиваются условия осаждения наносов расчетных фракций. Собранные наносы 11 с помощью простого и надежного устройства не попадут в русла малых рек и тем самым улучшится в числе прочих мероприятий регулирование наносного режима рек.