Результаты экспериментальных исследований диссипации энергии волн на водохранилищах жесткими волногасителями

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

пиломатериалов, пользующихся наибольшим спросом. Такая тенденция характерна для всех рассматриваемых предприятий.

3) Количество вырабатываемых сечений из года в год колеблется от 10 до 44.

4) Возросло количество тонких досок в общем объеме выработанных пиломатериалов, их процентное соотношение в общем количестве выработанных пиломатериалов варьируется от 30 до 45 %, в связи с чем увеличивается количество опилок и отчасти этим объясняется снижение объемного выхода.

Иными словами, отсутствие четкой специализации предприятий по размерам поперечного сечения пиломатериалов лишает их возможности уменьшить общее число типоразмеров вырабатываемой пилопродукции и затрудняет календарное планирование раскроя сырья.

Библиографический список

1. Соломонов, В.Д. Специализация лесопильных предприятий по толщинам вырабатываемых пиломатериалов - важнейший фактор повышения эффективности лесопильного производства/ В.Д. Соломонов //Специализация лесопильных предприятий по толщинам пиломатериалов: материалы конф. ЦНИИМОД. - 1975. - С. 3-13.

2. Соломонов, В.Д. Определение уровня специализации лесопильных предприятий / В.Д. Соломонов, В.А. Клюев // Механическая обработка древесины: реферативная информация 5. - М.: ЦНИИТЭИлес-пром, 1976. - С. 7-8.

3. Клюев, В.А. Исследование влияния уменьшения количества размеров ширины пиломатериалов,

полученных из необрезных досок, на объемный выход пиломатериалов/ В.А. Клюев //Механизация лесопильного производства и новые технологические процессы: науч. тр. ЦНИИМОД. - 1975.

- Вып. 32. - С. 9-11.

4. Васильев, В.Я. Изучение опыта работы предприятий, специализированных по толщинам вырабатываемых пиломатериалов/ В.Я. Васильев, В.А. Клюев /Специализация лесопильных предприятий по толщинам пиломатериалов: материалы конф. ЦНИИМОД. - 1975. - С. 108-125.

5. Покотило, В.П. Специализация лесоэкспортных предприятий по рынкам сбыта и размерам сечений пиломатериалов/ В.П. Покотило // Специализация лесопильных предприятий по толщинам пиломатериалов: материалы конф. ЦНИИМОД. - 1975.

- С. 19-32.

6. Максаков, М.Ф. Специализация лесопильных предприятий/ М.Ф. Максаков // Механическая обработка древесины: реферативная информация 8.

- М.: ЦНИИТЭИлеспром, 1980. - С. 4-5.

7. Ветшева, В.Ф. Раскрой крупномерных бревен с брусовкой на пиломатериалы ограниченного числа сечений / В.Ф. Ветшева, Л.А. Сыпневская // Механизация и автоматизация подготовки сырья к распиловке: науч. тр. ЦНИИМОД. - 1983. - С. 73-76.

8. Лугов, Е.Е. Оптимальная специализация лесопильных предприятий и прикрепление к ним потребителей/ Е.Е. Лугов // Механическая обработка древесины: научно-технический реферативный сборник ВНИПИЭИлеспром. - 1986. - Вып. 1. - С. 11.

9. Специализация лесопильных предприятий по толщинам пиломатериалов: Материалы конференции работников объединений, комбинатов, лесопильных предприятий / Центральный научно-исследовательский институт механической обработки древесины; под ред. Н.В. Мартюшова. - Архангельск, 1975. - 126 с.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

диссипации энергии волн на водохранилищах жесткими волногасителями

В.П. КОРПАЧЕВ, проф. каф. использования водных ресурсов СибГТУ, канд. техн. наук, Г. А. ГАЙДУКОВ, асп. каф. использования водных ресурсов СибГТУ,

А.И. ПЕРЕЖИЛИН, ст. преподаватель каф. использования водных ресурсов СибГТУ, А.А. АНДРИЯС, доц. каф. использования водных ресурсов СибГТУ, канд. техн. наук

Основную роль в переформировании берегов водохранилища играют гидрологические факторы: волнение, течения, колебания уровня, как режимные, так и сгонно-нагонные, лед, температура и физико-химические свойс-

ivr@sibstu.kts.ru

тва воды. Переформированию берегов способствуют геологические процессы: выветривание, оползневые явления, карст, овражная и склоновая эрозия. Замедляют или ускоряют процесс переформирования берегов состав и прочность

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

73

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

горных пород, направление залегания пластов, рельеф новых берегов водохранилищ, характер и мощность растительности на берегах, размеры водохранилищ и др. Переформирование берегов происходит в два этапа: становление новых берегов и их стабилизация. В первый период наблюдается интенсивное разрушение берегов, формирование аккумулятивных форм и замедление переформирования берегов. Наиболее интенсивно берега водохранилищ разрушаются в первые годы после затопления водохранилищ. Скорость отступления берегов составляет десятки и сотни метров в год: на Братском водохранилище берег с 1962 по 1967 г. отступил на 759 м; на Каховском водохранилище к концу четвертого года наполнения общая ширина зоны переработки берега составила от 90 до 100 м; на водохранилище Днепрогэс за 18 лет ширина зоны переработки составила от 140 до 180 м [1].

Переработка берегов в значительной мере процесс дискретный, наиболее активно

развивающийся во время штормов - это говорит о том, что волнение является основной причиной абразии берегов водохранилищ. Перемещение и переотложение продуктов происходит под воздействием волнения и вдоль береговых, генерируемых волнением течений. В результате этого формируются абразионные и аккумулятивные берега. Первые обычно представляют собой обрывистые образования с узкими пляжами в бухточках между мысами и быстрым нарастанием глубин, вторые - пологие берега с широкими песчаными пляжами и медленно нарастающими глубинами. На водохранилищах эти формы берегов весьма динамичны и изменчивы, так как процесс их формирования происходит при частом изменении уровня, иногда весьма значительном (на некоторых равнинных водохранилищах уровень при сработке меняется более чем на 7-8 м). Такой уровенный режим усиливает абразию берегов и их протяженность, которая на некоторых водохранилищах составляет более

Рис. 1. Жесткие плавучие волногасители: I - с элементами шероховатости в виде водобойной стенки; II - без элементов шероховатости; а - жестко закрепленные в береговой зоне; б - заякоренные; L - длина волногасителя; hj - высота волны перед волногасителем; h2 - высота волны за волногасителем; a - высота шероховатостей; e - расстояние между шероховатостями; z - толщина волногасителя

74

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

50-70 % от общей длины береговой линии водохранилища. Так, длина абразионных участков на цимлянском водохранилище составляет 70 %, Каховском - 85 %, Братском - 41 % [2].

Размыв берегов водохранилищ лесопокрытых регионов служит причиной поступления значительных объемов древесной массы и органических веществ в воды водохранилищ.

В связи с отмеченными особенностями одним из основных факторов, позволяющих снизить величину абразии берегов водохранилищ, является устройство волногасителей, обеспечивающих диссипацию энергии волн и, следовательно, снижение интенсивности размыва берегов.

На кафедре использования водных ресурсов ФГБОУ ВПО «СибГТУ» проведен

ряд экспериментальных лабораторных исследований жестких плавучих волногасителей, обеспечивающих наибольшую величину диссипации энергии волн в отличие от эластичных [3]. Теоретические основы взаимодействия волн с плавающими телами достаточно подробно изложены в работе [4].

В ходе исследований рассматривались жесткие плавучие волногасители (рис. 1):

- имеющие элементы шероховатости в виде водобойной стенки и жесткое крепление в береговой зоне;

- не имеющие элементов шероховатости и жесткого крепления в береговой зоне;

- имеющие элементы шероховатости в виде водобойной стенки, заякоренные;

- не имеющие элементов шероховатости, заякоренные.

K

ML

а)

♦ опыт при a=h/2, e=2h

—— модель при a=h/2, e=2h

—А— опыт при a=h/2, e=4h

----модель при a=h/2, e=4h

—°— опыт при a=h, e=2h

модель при a=h, e=2h

—::— опыт при a=h, e=4h

---1---модель при a=h, e=4h

_ "°" _ опыт без

шероховатостей

б)

ML

~♦----опыт при a=h/2, e=2h

-----модель при a=h/2, e=2h

—А----опыт при a=h/2, e=4h

--модель при a=h/2, e=4h

------опыт при a=h, e=2h

модель при a=h, e=2h

---::-опыт при a=h, e=4h

---1--модель при a=h, e=4h

— "°" — опыт без

шероховaтостей

Рис. 2. Зависимость коэффициента гашения волны К от величины X/L для волногасителя: а) жестко закрепленного, б) заякоренного; L - длина волногасителя, X - длина волны, a - высота шероховатости, h - высота волны

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

75

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

В ходе исследований были получены качественный и количественный эффекты взаимодействия волн с плавучими волногасителями:

- определен коэффициент гашения волн в зависимости от их характеристик и геометрических параметров плавающего волногасителя;

- установлены математические модели взаимодействия волн с плавучим волногасителем.

Достоверность экспериментальных исследований обеспечивалась выполнением физического моделирования (закон Фруда) с волногасителями, планированием и реализацией многофакторных исследований по определению коэффициента гашения волны, K = h2/h при прохождении через волногаситель [5].

В качестве методологической основы экспериментальных исследований принята реализация построения математической модели изучаемого явления типа В-плана второго порядка [5, 6].

Программа экспериментальных исследований реализована комплексом активных многофакторных опытов. В основе обработки результатов эксперимента лежали корреляционные и регрессионные анализы, включающие методы наименьших квадратов и статистическую обработку данных [6-10].

Основные результаты экспериментальных исследований наглядно представлены на рис. 2.

Имеющиеся экспериментальные данные позволяют сделать ряд выводов.

1. Полученные математические модели достаточно точно описывают изучаемый процесс.

2. Применение волногасителей с шероховатостями более эффективно в сравнении с гладкими, т. к. позволяет повысить коэффициент гашения волны.

3. Для жестко зафиксированного волногасителя с шероховатостями при К = 0,5 значение X/L = 1,15, т. е. для того, чтобы погасить волну в два раза, нужна меньшая длина волногасителя (по сравнению с длиной волны); при увеличении длины волногасителя значение коэффициента К возрастает. Аналогичная за-

висимость прослеживается для заякоренного волногасителя с элементами шероховатости, но К = 0,5 достигается при значении X/L = 0,51 при а = h и VL = 0,67 при а = h/2. Таким образом, жестко закрепленные волногасители позволяют увеличить эффективность диссипации энергии волн до 50 % в сравнении с заякоренными, однако их использование в условиях водохранилищ достаточно проблематично в связи с высокой амплитудой колебания уровней воды в водохранилищах.

В заключение необходимо отметить, что рассмотренные в статье материалы могут являться эталонными для анализа эффективности волногашения другими типами волногасителей (эластичные, пористые и т. п.), которые будут исследованы в дальнейших экспериментах.

Библиографический список

1. Корпачев, В.П. Проблемы засорения водохранилищ ГЭС Сибири древесной массой: монография / В.П. Корпачев, А.И. Пережилин, А.А. Андрияс.

- Красноярск: СибГТУ 2010. - 114 с.

2. Смирнов, Г.Н. Гидрология и гидротехнические сооружения / Г.Н. Смирнов и др. - М.: Высшая школа, 1988. - 472 с.

3. Корпачев, В.П. Экспериментальные исследования диссипации волновой энергии жесткими и эластичными волногасителями / В.П. Корпачев // Лесоэксплуатация: Межвузовский сб. науч. тр.

- Красноярск, 1995. - С. 43-53.

4. Корпачев, В.П. Теоретические основы водного транспорта леса: монография / В.П. Корпачев.

- М.: Академия естествознания, 2009. - 237 с.

5. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маринова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 254 с.

6. Пижурин, А.А. Исследование процессов деревообработки / А.А. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 232 с.

7. Пен, Р.З. Статистические методы в целлюлознобумажном производстве / РЗ. Пен, Э.М. Менчер.

- М. : Лесн.пром-сть, 1973. - 119 с.

8. Хартман, К. и др. Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов / К. Хартман и др. - М.: Мир, 1977. - 552с.

9. Налимов, В.В. Логические основания планирования эксперимента / В.В. Налимов, Г.И. Голинова.

- М.: Металлургия, 1976. - 128 с.

10. Вознесенский, В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях / В.А. Вознесенский. - М.: Статистика, 1974. - 191 с.

76

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013