Определение расчетного расхода магистрального канала М-19 в Славском районе Калининградской области

УДК 532.543

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО РАСХОДА МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА М-19 В СЛАВСКОМ РАЙОНЕ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Н.Д. Ледянкина, В.Г. Пунтусов

DETERMINATION OF SETTLEMENT FLOW OF THE MAIN CHANNEL M-19 IN SLAVSKY DISTRICT OF THE KALININGRAD REGION

N.D. Ledyankina, V.G. Puntusov

Аннотация. Объектом исследования является магистральный канал М-19 в Славском районе Калининградской области. Канал М-19 является водоприемником поверхностного стока, образующегося в результате выпадения осадков и таяния снега, существующей мелиоративной сети. Цель данного исследования - определение расчетного расхода магистрального канала М-19. В процессе работы обработаны данные об атмосферных осадках изучаемого района и рассчитан расчетный расход магистрального канала М-19. Произведена оценка существующей насосной станции 19Б в Славском районе.

Ключевые слова: водные ресурсы; река; канал; магистральный канал; реконструкция; мелиорация; польдерные системы; расчетный расход; гидротехническое сооружение.

Abstract. The object of the study is the main channel M-19 in the Slavsky district of the Kaliningrad region. The channel M-19 is a water receiver of the surface runoff formed as a result of precipitation and snow melting, the existing reclamation network. The purpose of this study is to determine the estimated flow rate of the main channel M-19. In the course of work, data on atmospheric precipitation of the studied area were processed and the calculated flow rate of the main channel M-19 was calculated. The assessment of the existing pump station 19B in Slavsky district was made.

Keywords: water resources; river; channel; trunk canal; reconstruction; land reclamation; polder systems; estimated consumption; hydraulic structure.

Введение

Особенностью Калининградской области является наличие польдерных систем. Около 100 тыс. га территории области занимают польдерные системы [1].

Польдерные земли являются благоприятными для ведения сельского хозяйства, так как они отличаются высоким плодородием. Для защиты этих земель в Калининградской области построены водоотводящие каналы и дамбы [2, 3].

Цель данной работы заключается в определении расчетного расхода магистрального канала М-19 в Славском районе. Для достижения данной цели нужно решить ряд задач:

- обработать данные об атмосферных осадках в районе исследования;

- рассчитать расчетный расход магистрального канала М-19 методом водного баланса;

- оценить работу насосов существующей станции 19Б на магистральном канале М-19.

Атмосферные осадки в районе исследования

Были исследованы суммы осадков по многолетним наблюдениям на ближайшей метеостанции Советск (табл. 1). В теплый период года выпадает большее количество осадков, чем в холодный. Максимальное количество осадков (159 мм) приходится на июль. За год выпадает в среднем 1012 мм осадков. По количеству осадков рассматриваемая территория относится к хорошо увлажненной зоне.

Атмосферные осадки, особенно зимой, тесно связаны с циклонической деятельностью. H распределение осадков по территории преобладающее влияние

оказывают орографические особенности и характер подстилающей поверхности. Изменчивость осадков из года в год велика. В отдельные годы сумма выпавших осадков в зависимости от условий атмосферной циркуляции может значительно отклоняться от многолетнего среднего значения. В наиболее дождливые годы количество осадков может составлять более 200% суммы осадков за засушливый год.

Таблица 1 - Средние месячные и годовые суммы осадков 10%-обеспеченности [4]

Период I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год

Я, мм 41,8 74,5 62,8 51,0 4,8 82,6 159,7 44,4 151,9 194,8 65,0 78,6 1011,9

Расчет расхода канала М-19 методом водного баланса

Расчетный расход магистральных каналов при их реконструкции в настоящее время выполняется с учетом нормативных требований [5]. Сложность использования приведенной в [5] методики состоит в том, что для определения расчетного расхода с польдерных земель нет рек-аналогов с длинным рядом наблюдений, которые бы удовлетворяли необходимым требованиям. В связи с этим дополнительно для расчета расходов с польдерных земель может использоваться балансовый метод, учитывающий опыт эксплуатации польдерных систем [6]. В этом случае расчетный расход определяется по формуле Т.А. Кадревич [7]:

=

£Р(1-К)Р

Т-п

где - осадки зимнего периода (принимаются январь-март) 10% обеспеченности табл. 1, м; К - коэффициент откачки зимнего периода, показывающий долю выпавших атмосферных осадков, которые откачиваются насосными станциями в зимний период, К=0,6 [7]; Б -площадь водосбора (польдера) насосной станции, Б=13,44 км2 [8]; Т - расчетное время откачки, с. Принимают Т = 7-10 суток; п - безразмерный коэффициент использования суточного времени, показывающий долю суточного времени, в течении которой ведется откачка воды насосными станциями, п = 0,8 [7].

Рассчитанный по формуле (1) расход корректируется безразмерным коэффициентом а= 1,1, который показывает увеличение расчетного расхода за счет приточности фильтрационных вод через оградительные дамбы польдерной системы [7].

Кроме того, для учета запаздывания стока на водосборе необходимо расчетный расход умножить на безразмерный коэффициент замедления стока ф, который определяется по формуле (2) А.Н. Костякова [7]:

Для площадЬ водосбора (польдера) насосной станции, Б=1344 га получим:

4

<Р

УТ344

= 0,95.

В итоге окончательная формула для расчета максимального расхода насосной станции 19Б приводится к следующему виду:

(} =

£Р (1-К) Р а-ф _ 0,1791 -(1-0,6)-13440000-1,1-0,95

Т-п

7-24-3600-0.8

= 2,07.

В рассматриваемом случае, этот расход должен быть отведен сетью открытых проводящих и магистральных каналов в их бровках, т.е. без выхода паводковых вод на поверхность земли согласно требованиям [9].

Дополнительный расход за счет понижения грунтовых вод при этом не должен учитываться, так как понижение грунтовых вод начинается после отвода указанного в формуле (3) максимального расхода.

Оценка насосов существующей станции 19Б на магистральном канале М-19

Для поддержания требуемой нормы осушения на площади 1344 га насосная станция №19Б забирает воду из канала М-19 и подает ее по двум напорным водоводам: стальному (ё=426 мм) и полиэтиленовому (ё=560 мм). На насосной станции 19Б производилась реконструкция, установлено новое насосное оборудования, предохранительная арматура. В качестве основного насосного оборудования выступает два погружных осевых насосных агрегатов шведской фирмы «FLYGT» [8]:

1. Насосный агрегат №1 большой камеры - РЬ7061/605 3-735В4, обеспечивающий производительность 0,670 м3/с с напором 3,6 м при КПД 82,5 % и номинальной мощности электродвигателя 45 кВт (потребляемая из сети мощность 31,6 кВт). На рис.1 показана кривая рабочей характеристики насоса FLYGT РЬ7061/605 3-735В4 [10].

m

700 750 800 850 [I/3

Рисунок 1 - Кривая рабочей характеристики насоса FLYGT PL7061/605 3-735B4

2. Насосный

№2 малой

камеры - РЬ7030.180.654, обеспечивающий м при КПД 83 % и номинальной мощности электродвигателя 24 кВт (потребляемая из сети мощность 20,5 кВт). На рис. 2 показана кривая рабочей характеристики насоса FLYGT РЬ7030.180.654 [10].

агрегат

о

производительность 0,399 м /с, напор 3,87

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 [l/sj

Рисунок 2 - Кривая рабочей характеристики насоса FLYGT PL7030.180.654

Насосная станция работает в автоматическом режиме в зависимости от периода откачки и сигналов датчиков уровня.

В период весеннего половодья (апрель-май) наблюдается максимальный расход. В это время работают два насоса одновременно. Службой эксплуатации насосной станции устанавливаются датчики уровня на отметку включения равной -1,95м для насоса №1 и отметку -1,85 для насоса №2, отметки отключения -2,25м для насоса №1, и -2,05м для насоса №2, соответственно [8].

В летний период (июнь-сентябрь) работает один насос №2. Отметка включения устанавливается -1,00м, отключения -1,30м. В зимний период (октябрь-март) работают два насоса. Отметка включения устанавливается -1,80м для насоса №1, отключения -2,10м, отметка включения -1,70м для насоса №2, отключения -2,00м [6].

Работа насосной станции в течение года представлена на графиках рис. 3 [8].

Рисунок 3 - График работы насосной станции и насосных агрегатов

Отметки включения и отключения уточняются в процессе эксплуатации насосной станции в зависимости от требуемого эксплуатационного режима.

Таким образом, насосное оборудование, установленное на станции 19Б, достаточно для пропуска части расчетного расхода канала М-19, посчитанного методом водного баланса. Остальная часть расхода уходит на насосную станцию 19А.

Заключение

1. Для проведения реконструкции канала М-19 в Славском районе, рассчитан расчетный расход магистрального канала М-19.

2. Результаты исследований могут использоваться при разработке проектов по реконструкции каналов.

%;')#0&.+%*+*$;$&$ +!(0)(+4%&)$))"+%&#'$)$)$)%5%'*!#

000527040903160604110410080904090406040008010405101609081104100510070904060914111308010420270409050905210507101303

3. Наносы на насосной станции 19Б справляются со своей задачей, пропускают часть расчетного расхода канала М-19, посчитанную методом водного баланса. Оставшаяся часть расхода уходит на насосную станция 19А.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пунтусов В.Г., Диваков О.В., Лапин В.Г. Перспективы развития мелиорации земель Калининградской области // Состояние и перспективы развития водохозяйственного комплекса региона: сб. науч. тр. Калининград: ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2012. С. 102-106.

2. Костяков А.Н. Основы мелиорации. Москва: Сельхозгиз, 1960. 621 с.

3. Наумов В.А., Ахмедова Н.Р. Инженерные изыскания в бассейне реки Преголи: монография. Калининград: Изд-во ФГБОУ ВО «КГТУ», 2017. 183 с.

4. Аисори - Удаленный доступ к ЯОД-архивам [Электронный ресурс]. URL: http://aisori-m.meteo.ru/waisori/index.xhtml (дата обращения: 01.11.2018).

5. Свод правил СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. Одобрен для применения в качестве нормативного документа постановлением Госстроя России № 218 от 26 декабря 2003 г.

6. Наумов В.А., Ковалев В.П., Пунтусов В.Г. Применение математического моделирования для совершенствования проектных расчетов польдерных систем // Известия КГТУ, 2013. № 31. С. 171-176.

7. Рекомендации по применению польдерных систем. Вильнюс: Периодика, 1975. 51 с.

8. Тендер: Реконструкция осушительной насосной станции № 19 Б и магистральных каналов, Славский район, Калининградская область [Электронный ресурс]. URL: http://rostender.info/region/kaliningradskaya-oblast/slavsk/26255155-tender-rekonstrukciya-osushitelnoj-nasosnoj-stancii-19-b-i-magistralnyh-kanalov-slavskij-rajon-kaliningradskaya-oblast (дата обращения: 01.11.2018).

9. Свод правил СП 100.13330.2016. Строительные нормы и правила. Мелиоративные системы и сооружения. Утвержден Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 16 декабря 2016 г. № 953/пр.

10. Xylem Water Solutions Russia [Электронный ресурс]. URL: http://www.xylemwatersolutions.com/scs/russia/en-us/Pages/default.aspx (дата обращения: 01.11.2018).

REFERENCES

1. Puntusov V.G., Divakov O.V., Lapin V.G. Perspektivy razvitiya melioratsyi zemel' Kaliningradskoj oblasti [Prospects for the development of land reclamation of the Kaliningrad region]. Sostoyanie i perspektivy razvitiya vodohozyajstvennogo kompleksa regiona: sb. nauch. tr. Kaliningrad: FGBOU VPO "KSTU", 2012, pp. 102-106.

2. Kostyakov A.N. Osnovy melioratsyi [The basics of land reclamation]. Moscow: Selhozgiz, 1960. 621 p.

3. Naumov V.A., Ahmedova N.R. Inzhenernye izyskaniya v bassejne reki Pregoli: monografiya [Engineering surveys in the basin of the Pregel river]. Kaliningrad: KGTU Publ., 2017. 183 p.

4. Aisori - Udalyonnyj dustup k YAOD-arhivam [Aisori-Remote access to YAOD archives]. [Electronic resource]. URL: http://aisori-m.meteo.ru/waisori/index.xhtml (date accessed: 01.11.2018).

5. Svod pravil SP 33-101-2003 Opredelenie osnovnyh raschyotnyh gidrologicheskih harakteristik [Set of rules SP 33-101-2003. Determination of basic design hydrological characteristics]. Odobren dlya primeneniya v kachestve normativnogo dokumenta postanovleniem

GosstroyaRossii, No 218 26.12.2003.

6. Naumov V.A., Kovalev V.P., Puntusov V.G. Primenenie matematicheskogo modelirovaniya dlya sovershenstvovaniya proektnykh raschetov pol'dernykh sistem [Mathematical modeling application for improving the design calculations of polder systems]. Izvestiya KGTU,, 2013. No. 31, pp. 171-176.

7. Recomendatsyi po primeneniyu pol'dernyh zemel' [Recommendations for the use of polder systems]. Vil'nyus: Periodika, 1975. 51 p.

8. Tender: Rekonstruktsiya osushitel'noj nasosnoj stantsyi No 19B i magistral'nyh kanalov, Slavsky rajon, Kaliningradskaya oblast' [Tender: Reconstruction of the drainage pump station No. 19B and main canals, Slavsky district, Kaliningrad region]. [Electronic resource]. URL: http://rostender.info/region/kaliningradskaya-oblast/slavsk/26255155-tender-rekonstrukciya-osushitelnoi-nasosnoi-stancii-19-bi-magistralnyh-kanalov-slavskii-raion-kaliningradskaya-oblast (date accessed: 01.11.2018).

9. Svodpravil SP 100.13330.2016 Stroitel'nye normy Ipravila. Meliorativnye sistemy I sooruzheniya [Set of rules SP 100.13330.2016 Building codes and regulations. Land reclamation systems and facilities]. Utverzhden Prikazom Ministerstva sproitel'stva I zhilischno-kommunal'nogo hozyajstva Rossijskoj Federatsyi 16.12.2016 No 953.

10. Xylem Water Solutions Russia [Electronic resource]. URL: http://www.xylemwatersolutions.com/scs/russia/en-us/Pages/default.aspx (date accessed: 01.11.2018).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Ледянкина Наталья Дмитриевна Калининградский государственный технический университет, г. Калининград, Россия, студент магистратуры направления «Природообустройство и водопользование», E-mail: mynatka@mail.ru

Ledyankina Natalya Dmitrievna Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia, The undergraduate student, field of study «Environmental engineering and Water management», E-mail: mynatka@mail.ru

Пунтусов Владимир Григорьевич Управление «Калининградмелиоводхоз г. Калининград, Россия, заместитель директора; Калининградский государственный технический университет, кандидат технических наук, доцент кафедры водных ресурсов и водопользования, E-mail: amber7@baltnet.ru

Puntusov Vladimir Grigorevich Kaliningradmeliovodkhoz Management Kaliningrad, Russia, Deputy Director; Kaliningrad State Technical University, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Chair of Water Resources and Water Use, E-mail: amber7@baltnet.ru

Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 236022, Россия, Калининград, Советский пр., 1, КГТУ, ГУК, каб. 322. Ледянкина Н.Д.

8(4012)99-53-37