Гидравлическое обоснование конструкции входных участков сбросных лотков в поверхностных водоотводах

УДК 502/504 : 627.83

Д. В. ШТЕРЕНЛИХТ, Н. В. ХАНОВ, И. Ф. ПИКАЛОВА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВХОДНЫХ УЧАСТКОВ СБРОСНЫХ ЛОТКОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДООТВОДАХ

Рассмотрены различные варианты конструкций входных участков сбросных лотков поверхностных водоотводов с автомобильных дорог и мостов. Приведены результаты модельных гидравлических исследований по данному вопросу.

Поверхностный водоотвод, сбросной лоток, пропускная способность, входной участок, сточные воды.

Various design variants of entrance sections of discharge flumes of surface drainage systems from highways and bridges are considered. There are given results of model hydraulic tests on this question.

Surface drainage system, discharge flume, carrying capacity, entrance section, waste water.

Анализ существующих конструкций водоотвода с поверхности автомобильных дорог и мостов показал их неудовлетворительную работоспособность, из-за которой возрастают ежегодные затраты на восстановление размытых насыпей, на ремонт автодорожного покрытия и самих водоотводных сооружений. А ущерб, наносимый окружающей среде (загрязнением прилегающей местности, заилением, заболачиванием и т.д.), вообще невозможно точно оценить и очень тяжело ликвидировать. Одной из причин плохой работы водоотво-дящих сооружений является их недостаточная пропускная способность, которая зависит главным образом от конструкции входных участков сбросных откосных лотков [1].

Целью исследований была разработка новых конструкций входных участков сбросных лотков, которые обеспечат наибольшую пропускную способность и благоприятные с точки зрения гидравлики условия входа воды на лоток без стоячих волн и выплескивания воды за сооружение.

Гидравлические исследования проводились на экспериментальной установке в лаборатории кафедры гидравлики ФГБОУ ВПО МГУП. Модель представляла собой прикромочный лоток с входным участком сбросного откосного лотка и была выпол-

нена в масштабе 1:2 Продольный уклон прикромочного лотка io = 0,02, поперечный in = 0,02; уклон дна сопрягающего участка iв = 0,1. Основные геометрические линейные размеры модели следующие: длина и ширина лотка - 8 и 0,45 м соответственно; ширина входного участка в местах сопряжений с прикромочным и сбросным лотками - 1,4 и 0,2 м соответственно; длина входного участка - 0,5 м (рис. 1) [1].

В опытах изменялась ширина входного участка Ввх, угол расширения а и глубина воды в прикромочном лотке ho, которая устанавливалась путем изменения подаваемого на модель расхода Q. При этом измеряли расходы Q*, поступающие в сбросной лоток, а также производили замеры глубин воды и зарисовку линий токов на входном участке.

Первый этап исследований заключался в изучении работы типовой схемы входного участка (см. рис. 1а). В результате лабораторных исследований были получены зависимости для определения пропускной способности и размеров входных участков сбросных лотков [2]. Однако при данной схеме входного участка во всех опытах наблюдался локальный подъем уровня воды, который мог в реальных условиях привести к ее переливу через борт лотка. С целью выявления лучших

гидравлических режимов на сооружении исследования сопрягающего участка были проведены при изменении очертания левого борта. Взамен прямоугольного очертания левой сопрягающей стенки входного участка использовали конструкцию бортов с углами сопряжения 9 меньше 90°. Для этого применяли треугольные вставки из фанеры со сторонами (катетами) а и с, при этом острый угол 9 треугольника был обращен навстречу потоку и его значения изменялись от 40° до 80° (см. рис. 1б). Исследования предлагаемой конструкции входной части сбросного канала проводили при изменении значений а и с.

Прикромочный лоток

Водозаборный фронт

Сопрягающий участок

Откосный сбросной лоток

Прикромочный лоток

Откосный сбросной лоток

б

Рис. 1. План входного участка сбросного лотка: а - прямоугольное очертание левой сопрягающей стенки; б - треугольное очертание левой сопрягающей стенки

Параметры входного участка с треугольной вставкой и результаты его пропускной способности приведены в табл. 1.

Таблица 1 Значения расходов, подаваемых на фрагмент прикромочного лотка ф, л/с, и принимаемых сопрягающим участком с треугольной вставкой ф*, л/с

Угол сопряжения правого борта входного Ширина входного участка сбросного Глубина воды в прикро-

откосного лотка мочном

В , см. Значения вх7 а, с, см лотке h0, м

участка а 0,02

1 2 3

В = 100 9,22

а = 10; с = 25 2,14

В = 90 9,22

а = 220; с = 25 1,97

В =90 9,22

а = 20; с = 40 1,97

61° В = 90 9,22

а = 20; с = 50 1,96

В = 80 9,22

а = 30; с=25 1,8

В = 80 9,22

а = 350; с=40 1,8

В = 80 9,22

а = 350; с = 50 1,8

В = 60 9,22

а = 20; с = 50 1,1

В = 60 9,22

а = 20; с = 40 1,1

В = 60 9,22

а = 20; с = 25 1,1

В = 50 9,22

а = 30; с = 50 0,86

50° В = 50 9,22

а = 30; с = 40 0,86

В = 50 9,22

а = 30; с = 25 0,86

В = 70 9,22

а = 10; с = 50 1,3

В = 70 9,22

а = 10; с = 40 1,3

В = 70 9,22

а = 10; с = 25 1,3

Примечание: в числителе - Q, в знаменателе - Q*, л/с.

Анализ данных табл. 1 подтвердил ранее сделанный вывод о том, что на величину расхода входного участка Q* оказывает влияние только его ширина В

А вх

[2]. Изменение длины треугольной вставки с не влияет на значение расхода воды.

а

В табл. 2 приводятся результаты сравне- ми компоновочными решениями при ния расходов входных участков с разны- одинаковой ширине входа Bвх.

Таблица 2

Значения расходов, принимаемых входным участком сбросного лотка

Без треугольных вставок Со вставками Относительная разница

Угол сопряжения В , см вх7 й0, см Я*, л/с Я*, л/с %

61 80 2 1,46 1,8 23,29

61 100 2 2 2,14 7,00

61 90 2 1,7 1,97 15,88

50 50 2 0,76 0,86 13,16

50 70 2 1,2 1,3 8,33

50 60 2 1 1,1 10,00

Из табл. 2 видно, что при остром угле сопряжения левого борта обеспечивается большая пропускная способность входного участка. Это, возможно, связано с более плавным входом потока в этом случае на сопрягающий участок.

Используя данные, полученные ранее для типовой схемы входного участка и приведенные в табл. 1, построены графические зависимости для определения пропускной способности входных участков в виде 2 = ^/Ю (рис. 2).

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Ь/В.

Рис. 2. Зависимость О*/О = £(Ь/Ввх):

о - без треугольной вставки;  - с треугольной вставкой

Сравнение гидравлических режимов показывает, что при наличии острой левой сопрягающей стенки возможная локальная максимальная глубина h сни-

^ макс

жается, хотя таких мест с максимальной глубиной может быть уже не одно, а два. При этом глубина снижается при уменьшении острого угла 9. Это хорошо видно на графике, где представлена зависимость отношения максимальных глубин с треугольной вставкой к'„ и без нее h от

^ макс макс

угла 9 (рис. 3). Также видно, что наличие вставки способствует возможному уменьшению глубин до 50 %. Возникновение ниже по течению второго места с повы-

шенной глубиной у левой стенки связано с короткой длиной вставки c, т. е. это было во всех опытах при с/1^ = 0,5 , а при с/1в_к = 0,8; 1,0 такого явления не наблюдалось. По предварительным данным оптимальным является размер вставки c = 0,8 I и величина угла 9 = 50° .

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Рис. 3. Зависимость 1гмакс/кмякс = ОД при

О = 9,22 л/с , а = 61°

Выводы

В результате исследований получена качественная картина обтекания потоком различных конструкций входного участка сбросного канала. Доказано, что при применении левосторонних сопрягающих стенок, установленных под острым углом к набегающему потоку, в отличие от прямоугольных стенок в плане, происходит уменьшение опасных для перелива максимальных глубин и увеличение расходов, забираемых входным участком. Это связано с более плавным входом на сопрягающий участок. Даны рекомендации по определению основных размеров предлагаемой конструкции входного участка.

1. Разработка усовершенствованных конструкций и методик расчета сооружений для отвода и очистки вод поверхностного стока с покрытий дорог и мостов с составлением рекомендаций: отчет о НИР НИЧ ФГОУ ВПО МГУП. Этап 3. Разработка и гидравлическое исследование конструкций поверхностного водоотвода / Д. В. Штеренлихт,

(80

№ 3' 2012

Н. В. Ханов, М. В. Беспрозванный, Е. В. Иса-ихина. - № гос. регистрации 01.2.00306430. - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2004. - 45 с.

2. Разработка усовершенствованных конструкций и методик расчета сооружений для отвода и очистки вод поверхностного стока с покрытий дорог и мостов с составлением рекомендаций: отчет о НИР НИЧ ФГОУ ВПО МГУП. Этап 5. Гидравлическое исследование сопрягающего участка откосного сбросного лотка и рекомендации по их проектированию / Д. В. Штеренлихт, Н. В. Ханов, М. В. Беспрозванный, Е. В. Исаихина. - № гос. регистрации 01.2.00306430. - М.: ФГОУ

ВПО МГУП, 2004.- 31 с.

Материал поступил в редакцию 10.05.12. Штеренлихт Давид Вениаминович, док -тор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Гидравлика» Тел. 8 (499) 976-10-46

Ханов Нартмир Владимирович, доктор

технических наук, профессор кафедры

«Гидравлика»

Тел. 8 (499) 976-10-46

E-mail: www.msuee.ru

Пикалова Ирина Федоровна, кандидат технических наук, профессор кафедры «Гидравлика» Тел. 8 (499) 976-00-19

УДК 502/504 : 628.1 : 556.1 : 631.67

С. Д. ИСАЕВА, Н. Н. РЫБИНА, Н. С. БЫСТРИЦКАЯ

Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А. Н. Костикова

ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ

Рассмотрены необходимые аспекты повышения эффективности использования водных ресурсов при функционировании агропромышленного комплекса для гарантированного обеспечения сельского населения и предприятий водой нормативного качества в требуемых объемах. Важное значение для решения этой задачи имеет эффективность использования подземных вод в водоснабжении АПК, совершенствование организационно-экономического механизма водопользования, развитие системы эколого-мелиоративного мониторинга.

Водные ресурсы, водные объекты, агропромышленный комплекс, сельскохозяйственное водоснабжение, эколого-мелиоративный мониторинг, экономический механизм водопользования.

There are considered some aspects of improving the efficiency of using water resources under agro-industrial complex functioning for the guaranteed provision of the rural population and enterprises with the water of normal quality in the required quantities. The efficiency of ground water usage is of great importance for the AIC water supply as well as improvement of the organizational-economic mechanism of water consumption, development of the system of ecological-reclamation monitoring.

Water resources, water bodies, agro-industrial complex, agricultural water supply, ecological-reclamation monitoring, economic mechanism of water consumption.

Россия - одна из наиболее обеспечен- По данным на 1 января 2010 года,

ных водными ресурсами стран мира: объем суммарный водоотбор в стране из природ-

пресных природных вод в расчете на одно- ных водных объектов составил около

го человека составляет 31,° тыс. м3/год*. 76, 5 млн км3 (таблица) [1]. Существенной

* По определению Европейской Экономиче- динамики с 2005 года в изъятых объемах и

ской Комиссии ООН малообеспеченной счи- ___________________________________________________

я их распределении по видам использования

тается страна, в которой приходится менее f f ^ ^

1,7 тыс. м3/год воды на одного человека. водных ресурсов не наблюдается.