НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

МЕЛЬНИЧУК ІННА МИКОЛАЇВНА

УДК 556.536: 626.882

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ ГІДРАВЛІЧНОГО РОЗРАХУНКУ

РИБОЗАХИСНОЇ СПОРУДИ ТИПУ

“ПЛАВУЧИЙ ЗАПЛАВЕНЬ”

05.23.16 – гідравліка та інженерна гідрологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Рівне – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті водного господарства та природокористування (НУВГП) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент

Рогалевич Юрій Петрович,

Національний університет водного господарства

та природокористування,

доцент кафедри гідравліки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Рябенко Олександр Антонович,

Національний університет водного господарства

та природокористування, завідувач кафедри

гідроенергетики та гідромашин;

кандидат технічних наук, доцент

Жук Володимир Михайлович,

Національний університет “Львівська політехніка”,

завідувач кафедри гідравліки і сантехніки.

Захист відбудеться “16” листопада 2007 р. о 11.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 47.104.01 в Національному університеті водного господарства та природокористування (НУВГП) за адресою: 33028, м. Рівне, вул. Соборна, 11.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці НУВГП за адресою:

м. Рівне, вул. Приходька, 75.

Автореферат розісланий “28” вересня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., доцент В.П. Востріков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. |обсяг||із|При заборі води з|із| відкритих|відчинених| водоймищ для потреб зрошення, водопостачання та промисловості,|із| разом з певною кількістю води вилучаються гідробіонти (планктон, бентос|, риба), порушуючи цим екологічну рівновагу у водоймищі і завда-ючи істотних|суттєвого| збитків рибному господарству України. Особливо це стосується крупних водозаборів. Тому нормами проектування і експлуатації водозаборів передбачено обладнувати їх спеціальними рибозахисними пристроями (РЗП).

Найбільші збитки рибному господарству завдаються тоді, коли риба знаходиться на ранніх стадіях онтогенезу, тобто коли вона не здатна протидіяти течіям, спрямованим у водозабір. Проте,|тому що| більшість рибозахисних пристроїв,|із| побудованих|споруджених| в нашій країні, не|лише| захищають молодь риби взагалі.

Однією з причин такого стану|становища| є|з'являється,являється| гідравлічна недосконалість існуючих конструкцій, а також відсутність науково-обґрунтова-них рекомендацій по проектуванню рибозахисних| пристроїв|устроїв| і створенню|створінню| умов їх надійної роботи. Тому в плані з науки і нової техніки Держводгоспу України на 2007 рік передбачається необхідність наукового обґрунтування облаштування головних насосних станцій, зокрема Північно-Кримського каналу, рибозахисними пристроями. Отже,|створіння|| |усНаНпитання розробки науково-обґрунтованих методів гідравлічного розрахунку рибозахисних| пристроїв для|устроїв| крупних|великих| водозаборів залишається досить|дуже| актуальним.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота відповідає положенням Водного Кодексу України (Стаття 97. Умови розміщення, проектування, будівництва, реконструкції і введення в дію підприємств, споруд та інших об'єктів, що можуть впливати на стан рибогосподарських водних об'єктів) N 214/95-ВР від 06.06.95. Робота узгоджується з “Комплексною програмою розвитку меліорації земель і поліпшення екологічного стану зрошуваних та осушених угідь у 2001-2005 роках і прогнозу до 2010 року” та виконувалась у рамках науково-дослідних робіт кафедри гідравліки Національного університету водного господарства та природокористування “Удосконалення методів гідравлічних розрахунків гідротехнічних споруд і впровадження результатів розробок у підготовку науково-педагогічних кадрів і навчальний процес” (2005-2010рр.), державний реєстраційний номер теми №1070U007185, в якій здобувач приймала участь як виконавець.

Мета|ціль||задачі| роботи. Метою|ціль| роботи є удосконалення методів гідравлічного розрахунку рибозахисного| пристрою|устрою| типу |“плавучий заплавень” для крупних водозаборів.

Задачі досліджень. Досягнення поставленої мети здійснювалось вирішенням наступних завдань:

– виконати аналіз ефективності існуючих рибозахисних пристроїв;

– отримати теоретичну залежність для знаходження довжини вирізу щілини в екрані, який забезпечить пропуск необхідної витрати води;

– експериментально визначити довжини зони захвату води і середніх швидкостей в щілині вирізу водонепроникного екрана рибозахисного пристрою для різних умов роботи;

– порівняти експериментальні значення параметрів екрана зі значеннями визначеними теоретично, та подати практичні рекомендації для їх визначення;

– розробити методику розрахунку рибозахисного| пристрою|устрою||рогу,кутка||устрою| типу |“плавучий заплавень”;

– визначити економічну ефективність від впровадження даного пристрою на крупних водозаборах.

Об’єкт дослідження. Об’єктом дослідження є процеси руху води через рибозахисні пристрої, що влаштовані на водотоках з боковим забором води.

Предмет дослідження. Предметом досліджень є методи гідравлічного розрахунку рибозахисного| пристрою|устрою||рогу,кутка||устрою| типу |“плавучий заплавень”, що підвищують ефективність захисту молоді риби та забезпечують економію матеріальних ресурсів.

Meтоди дослідження. Теоретичні дослідження проводились із застосуванням методів математичного аналізу (диференціальні рівняння). При проведенні експериментальних досліджень та аналізі результатів досліджень використовували методи гідромеханічної подібності гідравлічних явищ, методи теорії ймовірностей, методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів:

– розроблено новий метод гідравлічного розрахунку рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень”, який базується на використанні диференціального рівняння руху рідини зі змінною витратою уздовж водозабору та диференціального рівняння витрати витікання з-під плоского вертикального щита;

– отримані нові експериментальні величини середньої швидкості води у вирізі екрана та довжини зони захвату води у водозабір, на основі яких створюються умови для відводу молоді риби і пропуску розрахункової витрати з головної водотоки у водозабір.

Достовірність отриманих результатів підтверджена сучасним методом планування дослідів та обробки дослідних даних, порівнянням теоретичних і експериментальних досліджень, порівнянням з результатами інших авторів.

Практичне значення отриманих результатів:

– удосконалена методика гідравлічного розрахунку непроникного екрана рибозахисного| пристрою|устрою||рогу,кутка| типу “плавучий заплавень”, яка дозволяє розрахувати параметри екрана пристрою для різних умов роботи водозабору та, порівняно з існуючими методиками, скоротити довжину пристрою на 8-14%;

– результати досліджень і розробок впроваджено в інституті “Укррибпроект” в рекомендаціях по проектуванню рибозахисних пристроїв для крупних водозабірних споруд.

Особистий внесок здобувача. Особисто автором зроблено наступне:

– виконано аналіз літературних джерел, присвячених проблемі захисту риби на водозабірних спорудах;

– для розрахунку розмірів вирізу екрана отримані теоретичні залежності, які відображають фізичну картину явища;

– запроектована модель РЗП типу ”плавучий заплавень” в масштабі 1:50 для головного водозабору Сірогозького магістрального каналу на якій проведені експериментальні дослідження;

– кінцева розрахункова залежність, отримана шляхом використання диференціального рівняння руху рідини зі змінною масою та рівняння витрати при витіканні з-під щита, підтверджена та уточнена експериментальними дослідженнями;

– на основі теоретичних та експериментальних досліджень удосконалена методика розрахунку та рекомендації по проектуванню рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень”;

– визначена економічна ефективність від впровадження РЗП на крупних водозаборах.

У спільних працях, опублікованих у співавторстві, автору належить наступне: у статті [1] наведена характеристика різних типів РЗП, їх переваги та недоліки; у статтях [2], [3] виведені залежності для знаходження довжини вирізу в екрані на основі диференціального рівняння руху рідини зі змінною витратою; у статті [5] розроблена методика розрахунку РЗП типу “плавучий заплавень”; у статті [6] обґрунтовано використання РЗП типу “плавучий заплавень” для крупних водозаборів.

Апробація|випробування| результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на Міжнародній науково-практичній конференції присвяченій 75-річчю кафедри гідротехнічних споруд НУВГП (м. Рівне, 2006 р.), на нараді головних інженерів управлінь водного господарства та басейнових управлінь 24-26 вересня 2003р у м. Каховка Херсонської області та на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу УДУВГП, НУВГП (Рівне, 2003; 2004; 2005; 2006 р.).

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 6 статей у фахових виданнях.

|обсяг|Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 170 сторінках, містить|утримує| 23 малюнки, 3 фото, 16 таблиць і складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаної літератури із 192 найменувань, з|із| них іноземної – 19 найменувань та додатку на 32 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі “Аналіз проблеми рибозахисту і завдання досліджень” розглянуто сучасний стан крупних водозабірних споруд України, сучасний стан рибозахисних пристроїв на Україні та закордоном та їх необхідність для рибного господарства, основні недоліки і переваги різних видів рибозахисних пристроїв та сформульовані завдання досліджень.

Рибозахисні пристрої|устрої| проектують і експлуатують на основі знань біології риби. Тому у дисертації розглянуті механізми попадання риби у водозабори і принципи обґрунтування гідравліко-технічних параметрів рибозахисних| споруд|споруджень|.

Наведені різні класифікації РЗП, основною з яких є класифікація за способом дії на рибу.

Якщо конструкція РЗП має замкнену форму захисного елемента (конус, циліндр та ін.), то вона практично не може мати великих габаритів на внутрішніх прісноводних водоймах через їх обмежену глибину, а тому відповідно не може пропускати через себе великі об’єми води. Тільки не замкнуті, розгорнуті форми загороджень, якими можна перекрити будь-якої довжини і глибини водопідвідний фронт, знаходять найбільш широке застосування на водозабірних спорудах з великими відборами води.

Відомо, що масовий скат більшості видів риби на ранніх стадіях розвитку, проходить з поверхневого|поверхового,зверхнього| шару (1,5-2,0 м). Тому з біологічної позиції найбільш прийнятною|допустимої| є така конструкція рибозахисного| пристрою|устрою|, яка запобігає попаданню у водоприймач|водоприймальник| насичених молоддю поверхневих|поверхових,зверхніх| шарів потоку. Так працюють РЗП по типу заплавні| або забральної балки. З технічних позицій заплавні| прості у виготовленні і експлуатації, мають зрозумілий механізм захисту риби, володіють високою пропускною спроможністю та довговічні. Встановлений|установлена| під кутом|рогом,кутком| до потоку заплавень| формує поздовжньо-гвинтові течії, що транспортують молодь риби у напрямку безпечної зони. Оскільки,|тому що| екран непроникний, то для відбору розрахункової витрати з|із| головної водотоки повинен бути влаштований виріз при дні. Такий РЗП|устрої| може бути використаний в комплексі з|із| повітряно-бульбашковою завісою (ПБЗ|).

Також РЗП| повинен мати рибовідвідну лотоку, що має бути розташована|схильний| вище вирізу в екрані,|устрій| яка допомагатиме молоді, що ослабла і втратила рефлекторну реакцію |згубила,змарнувала,загубила|, відійти від екрана вздовж|вздовж,уподовж| потоку головного каналу. Оскільки|тому що| в цю лотоку може потрапляти|попадати| не тільки|не лише| молодь риби, що ослабла, але і плаваюче сміття, то в лотоці необхідно запроектувати гідроприскорювач|, що забезпечить примусове проштовхування вмісту лотоки за межі дії водозабору.|загал

Пристрій|устрої| для створення|створіння| ПБЗ та гідроприскорювача вже мають апробовані методи розрахунку. А непроникний екран з вирізом біля дна, ще не мав досконалого методу по визначенню його розмірів. Це і стало предметом наших досліджень.

В цьому ж розділі||устрою||рогу,кутка| наведено аналіз існуючих методів розрахунку РЗП типу “плавучий заплавень”. Розробкою методів розрахунку даного пристрою займалася тільки одна група дослідників таких, як Кравчук Р.М., Рогалевич Ю.П., Романько М.І. Розроблений ними емпіричний метод розрахунку параметрів вирізу в екрані, потребує відповідного теоретичного обґрунтування. Теоретичний метод розрахунку не підтверджений експериментальними даними, а сама теорія є дуже відносною, оскільки вона містить ряд припущень та спрощень. Тому, була необхідність створення математичної моделі руху води через виріз в екрані.

У другому розділі “Теоретичні основи розрахунку РЗП типу “плавучий заплавень”” наведено кілька шляхів виведення теоретичної залежності для розрахунку довжини вирізу в екрані. Оскільки, рибозахисний пристрій типу “плавучий заплавень”, проектується для використання на каналах з боковим водозабором, то, на нашу думку, для вирішення поставлених задач необхідно використовувати диференціальне рівняння руху рідини із змінною витратою. Спочатку для розрахунку використовували диференціальне рівняння зі змінною витратою за Петровим Г.А., потім за Кисельовим П.Г. Пізніше, виведені залежності були перевірені експериментально і, оскільки, вони не підтвердились, то ці теоретичні основи були відкинуті. Тому використання одного диференціального рівняння зі змінною витратою не відображає фізичної картини явища.

Традиційно при проектуванні бокових водозаборів розраховують довжину бокового водозливу. При цьому використовують систему з двох рівнянь, одне з яких – диференціальне рівняння руху рідини зі змінною витратою, а інше являє собою рівняння витрати водозливу певної форми (наприклад, водозливу з широким порогом). В нашому випадку відбувається витікання з-під екрана, тому крім диференціального рівняння руху рідини зі змінною витратою, необхідно використовувати ще й рівняння витрати при витіканні з-під щита, яке має вигляд

, (1)

де – коефіцієнт витрати =; – коефіцієнт швидкості; – коефіцієнт вертикального стиснення; а – висота отвору, а=hвир; b – ширина ділянки витікання, b=l; H0 – швидкісний напір, який можна визначити за формулою , тут Н – напір перед екраном; – відповідно середня витрата основного потоку та середнє значення поперечного перерізу головного каналу перед екраном; hz – глибина в стисненому перерізі при затопленому витіканні з-під щита , де hб – глибина потоку за щитом, яка в нашому випадку, фактично рівна глибині води перед екраном; .

Отже, на ділянці витікання dl, витрата буде рівною

. (2)

З другого боку диференціальне рівняння зі змінною витратою має вигляд

, (3)

де dh – різниці глибин на ділянці dl; Q – витрата основного потоку; – площа живого перерізу потоку; і – похил дна русла; іf – похил гідравлічного тертя ; ш – відношення проекції повної швидкості маси, що відбирається на напрямок руху до швидкості основного потоку; B – ширина каналу по верху.

Якщо прийняти, що коефіцієнт кінетичної енергії б=б0 і коефіцієнт зміни мас ш=u/v=1 (тобто u=v), тоді (3) матиме вигляд

. (4)

Підставивши в (4) праву частину рівняння (2), отримаємо

. (5)

Оскільки ми маємо не пряме витікання з-під щита, а під кутом і з від’єднанням витрати, то не можна використовувати значення коефіцієнта вертикального стиснення по Жуковському М.Е. Тому, необхідно знайти залежності для коефіцієнтів вертикального стиснення та швидкості. Щоб розв’язати рівняння (5), необхідно було також знайти спосіб визначення різниць глибин Дh, а також експериментально визначити середню швидкість в щілині вирізу та довжину зони захвату води у вирізі екрана.

У третьому розділі “Експериментальні дослідження рибозахисного| пристрою|устрою||рогу,кутка| типу “плавучий заплавень”” описується методика проведення лабораторних досліджень по визначенню середньої швидкості в щілині вирізу екрана та довжини зони захвату води у вирізі екрана, зокрема, обґрунтовується вибір схеми і масштабу моделі, описується експериментальна установка та вимірювальні прилади, проводиться порівняння теоретичних та лабораторних досліджень та виконується обробка дослідних даних.

Оскільки нашою задачею була розробка методики розрахунку для крупних водозаборів, то для виготовлення моделі був вибраний Головний Каховський магістральний канал (ГКМК|) і водозабір в Сірогозький магістральний канал. За основний критерій гідродинамічної подібності дослідної установки взято критерій Фруда. Був прийнятий лінійний масштаб моделі .

Для вимірювання|виміру| витрати, що поступала|надходить| в головний канал, використовувався трапецеїдальний мірний водозлив Чіполетті, встановлений|установлений| в голові лотоки. Регулювання витрати відбору виконувалось сифонними трубками з контролем витрат об’ємним способом. Глибини вимірювалися мірною голкою. Осереднені швидкості вимірювалися спеціально сконструйованою і виготовленою мікровертушкою Х-6 з|із| електронним лічильником обертів|зворотів,обертів|.

Згідно рекомендацій попередніх дослідників| кут установки екрана в потоці прийняли рівний

ц = 9о30'ч10o.

Приймаючи п'ять значень вирізу Kвир= hвир/hг.к = 0,1; 0,15; 0,20; 0,25 і 0,30 та приймаючи хоча б 4 значення витрати головного каналу і 3 значення витрати відбору, визначилась потрібна кількість дослідів – 60.

У кожному досліді|досліді| вимірювалися наступні|слідуючі| величини:

– загальна|спільна| витрата в головному каналі – Qг.к;

– витрата, що відбирається у відвід – Qвідб;

– глибина в головному каналі – hг.к;

– величина середньої швидкості від'єднання потоку в щілині вирізу через кожні 10 см, а на кожній вертикалі у трьох точках (0,25hвир; 0,5hвир; 0,75hвир) – Vвідб;

– довжина робочої частини вирізу в екрані, через яку проходив потік, що стовідсотково забирався |минає,спливу відвід – lр;

– довжина кінцевої частини вирізу в екрані, через яку проходив потік, що частково забирався у відвід – Дl.

Кінець захоплення|захвата| потоку, який забирався у відвід, визначався точковим впуском барвника|барвника| безпосередньо в щілину вирізу.

Досліди показали, що для величини вирізу 0,1hг.к при великих витратах водозабору, довжина зони захвату води у цей водозабір виходить за межі вирізу постійної висоти hвир. Така ситуація може привести до того, що молодь риби поза вирізом постійної висоти буде затягуватись у водозабір. Тому було прийнято рішення не користуватися величиною вирізу 0,1hг.к при проектуванні даних пристроїв.

Для виконання перевірки теоретичних залежностей необхідно було визначитись щодо величин коефіцієнтів вертикального стиснення та способу знаходження різниць глибин. Оскільки, значення коефіцієнтів вертикального стиснення експериментально визначити практично неможливо, то можна скористатися дослідженнями Науменка І.І. та Єрошкіна Ю.М. згідно яких коефіцієнт швидкості =0,99, а коефіцієнт вертикального стиснення , для умов просторової задачі при витіканні із-під щита визначається за формулами:

(6)

Так, як значення різниць глибин лабораторним шляхом також визначити неможливо, навіть на натурі, то можна скористатися рівнянням (4), підставивши в нього дослідні значення довжин робочої частини вирізу в екрані.

В дисертаційній роботі перевірка рівняння (5) виконувалась у вигляді двох таблиць. В першій визначали різницю глибин між початком та кінцем робочої довжини вирізу, яка була знайдена експериментально. Ці різниці глибин мали від’ємні значення тому, що відбувалось зниження глибин через від’єднання витрати. В другій таблиці знаходили робочі довжини вирізу в екрані за рівнянням (5). Середнє значення відхилення розрахункової робочої довжини вирізу в екрані від експериментальної склало приблизно 7%, що є цілком прийнятним і тому можна стверджувати, що рівняння (5) можна використовувати для розробки методики розрахунку рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень”.

Наступним кроком було отримання залежностей для визначення орієнтовної довжини вирізу в екрані для подальшого знаходження різниць глибин на цій довжині та залежностей для визначення кінцевої частини вирізу Дl. Ми порівняли також між собою робочу довжину вирізу в екрані, визначену по розрахунку та цю ж довжину визначену експериментально.

Після обробки всіх дослідних даних при висоті вирізу 0,15hг.к середнє відхилення розрахункової величини робочої довжини вирізу в екрані від експериментальної склало – 1,9%; для 0,2hг.к – 4,9%; для 0,25hг.к – 4,3%; для 0,3hг.к – 7,9%. З цього можна зробити висновок, що чим більший виріз щілини в екрані, тим більша похибка. Середня похибка для всіх висот вирізу в екрані приблизно дорівнює 4,8%.

Похибка визначення робочої довжини вирізу в екрані lp за залежністю (2.5) з імовірністю довіри 95%, може бути в межах 16…22%. Оскільки максимальні відхилення дослідних точок lр=f(в) від осереднених кривих не перевищують 0..18%, то можна вважати, що ці відхилення являються випадковими і обумовлені вони випадковими похибками визначення витрат та робочих довжин вирізу в екрані.

У четвертому розділі “Методика гідравлічного розрахунку РЗП типу “плавучий заплавень”” наведено узагальнення наукових результатів, які були нами отримані у розділах 2-3 та практичне їх застосування для проектування рибозахисних пристроїв.

Виконані теоретичні та лабораторні дослідження дозволяють запропонувати методику розрахунку екрана рибозахисного пристрою | типу "плавучий заплавень|".

Повна довжина щілини вирізу рівна lп=lр+Дl, де lр – це довжина щілини вирізу, в межах якої 100 % витрати прямує у відвід (робоча частина щілини вирізу); Дl – це довжина кінцевої частини|частки| щілини вирізу, де інколи якась частина витрати попадає у водозабір. Для розрахунку була прийнята умовна схема від’єднання витрати. А саме, вважалося, що вся витрата від’єднання

проходила через ділянку lр, а через ділянку Дl, що залишилася, витрата зовсім не поступала у водозабір. Теоретично, можна визначити тільки|лише| довжину робочої (активної) частини|частки| щілини вирізу в екрані (lр), за допомогою рівняння (5), а ділянка Дl просто додаватиметься до знайденої по розрахунку.

Часто для спрощення розрахунків (наприклад бокових водозливів) припускають, що . Кінцевий результат, отриманий з диференціального рівняння, що враховує дане припущення мало відрізняється від результату отриманого на основі повного рівняння.

Тому залежність (2.5) наближено можна записати у вигляді

. (7) |суворо|

При визначенні lр по рівнянню (5) або (7) необхідно обов'язково підставляти максимальну витрату у водозабір, тобто Qвідб.max. Тоді

.

При цьому послідовність розв’язку рівняння (5) буде наступною|слідуючим|:

1. Визначається коефіцієнт відбору витрати

.

2. По обрахованому|обчисляти,вичисленому| значенню в з|із| графіка |, знаходимо|добираємо| мінімально можливе значення Квир (Квир=hвир/hг.к) і для цієї висоти вирізу коефіцієнт відношення довжини вирізу до висоти вирізу . Мінімально можливе значення Квир вибирається для того, щоб в подальшому|наступному| визначити мінімально можливу висоту вирізу щілини екрана. Мінімально можлива висота вирізу в екрані дозволить забезпечити надійніше запобігання попадання молоді риби у водозабір.

3. Потім, знаючи Qг.к.max і Qг.к.min визначаємо відповідні їм глибини hг.к.max, і hг.к.min . Цілком імовірно, що при виконанні гідравлічного розрахунку водозабору ці глибини вже були визначені. Нам необхідно визначити середню глибину води в головному каналі:

, .

Визначивши hвир, можна знайти наближене значення lр.набл

.

4. Підставляючи у формулу (4) замість dl – lр.набл та враховуючи, що визначимо різницю глибин між початком та кінцем орієнтовної довжини вирізу щілини

.

5. Тепер, користуючись рівнянням (5), можна знайти величину довжини робочої частини щілини вирізу – lp.

6. Використовуючи графічну залежність , яка основана на емпіричних даних, знаходимо поправочний коефіцієнт л. Робочу довжину знайдену за формулою (5) ділимо на цей коефіцієнт і отримуємо остаточне значення довжини робочої (активної) частини|частки| щілини вирізу lp

.

7. Це ще не буде вся необхідна довжина щілини. Вся довжина щілини буде рівна

.

Довжина кінцевої| ділянки щілини Дl може бути визначена з|із| графіка

.

8. Виріз рекомендується виконувати постійної висоти, рівної hвир.

9. Ділянка з'єднання|сполучення,сполуки| – l0., яка являє собою відстань по горизонталі від точки перетину лінії укосу і лінії дна по осі екрана, до вирізу постійної ширини визначається двома параметрами: висотою вирізу – hвир і кутом|рогом,кутком| вирізу , який рекомендується приймати постійним і рівним и = 45о.

10. Довжина укісної частини|частки| екрана – lук, визначається місцевими характеристиками поперечного перерізу головного каналу в місці з'єднання|сполучення,сполуки| її з|із| боковим водозабором, а саме:

– початок встановлення екрана – корінь, розміщується в точці перетину урізу води перерізу головного каналу, де починається|розпочинається,зачинається| заокруглення вхідного перерізу відводу по максимальному рівню води в головному каналі;

– сама довжина укісної частини|частки|, таким чином, буде рівна горизонтальній проекції відрізка від кореня (початкової точки) екрана до точки перетину укосу з|із| дном каналу; ця частина|частка| екрана повинна бути непроникною (без вирізу), оскільки|тому що| виконує роль біологічної початкової ділянки, що забезпечує переорієнтацію риби, яка скочується|скочується|, в потоці головного каналу.

11. Хвостова (скісна|) частина|частка| вирізу (lхв) екрана починається|розпочинається,зачинається| в перетині закінчення довжини вирізу постійної висоти і являє собою виріз, розміри якого збільшуються так, щоб в кінці|у кінці,наприкінці| екрана залишалася величина заглиблення екрана під вільну поверхню не менше hхв=0,3hг.к, але і збільшувати істотно|суттєво| цю величину понад рекомендовану не можна. Оскільки,|тому що| при цьому погіршуються умови протікання потоку в головному каналі по виходу з-під РЗП|.

Довжина хвостової частини|частки| (lхв) визначається за формулою

,

кут|ріг,куток| укосу г рекомендується приймати рівним г=10о ч12о.

12. Кут|ріг,куток| установки (орієнтації) екрана в плані до основного потоку головного каналу рекомендується приймати рівним ц = 9оч10о.

Контролем правильного проектування екрана і його установки на водозаборі є|з'являються,являються| такі вимоги:

– довжина екрана по верху повинна бути така, щоб хвостова частина екрана|частка| доходила до кінцевої частини|частки| закруглення правого берега водозабору;

– якщо ж довжина екрана виявилася менше або більше рекомендованої, то це свідчить про неправильний розрахунок екрана; в цьому випадку необхідно змінити|поміняти| (збільшити або зменшити) Квир, і виконати всі розрахунки кожної частини|частки| екрана.

В дисертації наводиться оцінка економічної ефективності від впровадження рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень” на крупних водозаборах за такими показниками:

- Чистий дисконтований дохід(прибуток) ЧДД=1169 тис.

- Індекс дохідності(прибутковості) ІД=1,64, оскільки індекс дохідності більший за одиницю, то використання даного пристрою є економічно вигідним, а проект слід визнати прибутковим.

- Період окупності інвестицій у реалізацію проектів Т=2,5 роки

- Внутрішня норма дохідності становить 17 відсотків і являється більшою за норму рефінансування капіталовкладень (16 відсотків), тобто інвестиції в запропонований захід виправдані, а проект може розглядатися до впровадження.

- Економічний ефект Е=455 тис. грн.

В роботі також показана оцінка науково-технічного рівня результатів теоретичних та лабораторних досліджень рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень”.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі вирішено науково-прикладну задачу, яка полягає у вдосконалені методу гідравлічного розрахунку рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень”, що враховує одночасно і процес від’єднання витрати, і процес витікання з-під щита та підтверджується чисельними розрахунками і фізичними експериментами.

2. За результатами теоретичних досліджень для розрахунку довжини вирізу екрана рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень” необхідно використовувати систему двох рівнянь – рівняння витрати при витіканні з-під щита та диференціального рівняння руху рідини зі змінною витратою, яка відображає фізичну картину явища.

3. На основі експериментальних досліджень, методом моделювання фізичних явищ доведено, що по довжині вирізу існує дві фізично різні ділянки – робоча довжина lр, через яку проходить витрата, що повністю прямує у водозабір і кінцева довжина вирізу Дl, через яку проходить витрата, що частково забирається у водозабір.

4. Розрахунок робочої довжини вирізу екрана lр можна виконувати за залежністю (5), враховуючи поправочний коефіцієнт л, який можна знайти за графічною залежністю рисунка 6. З достовірністю 95% похибка визначення робочої довжини вирізу в екрані lp коливається в межах 16…22%.

5. Визначення кінцевої довжини екрана можна зробити за допомогою графічної залежності рисунка 7. Кінцева довжина вирізу повинна обов’язково додаватись до робочої для отримання повної довжини вирізу в екрані, що забезпечить надійніший захист молоді риби.

6. Шляхом порівняння теоретичних та експериментальних досліджень підтверджено правильність теоретичних висновків щодо використання двох вищезгаданих рівнянь з середнім відхиленням менше 5%.

7. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень удосконалено методику розрахунку РЗП типу “плавучий заплавень”, що дозволяє розрахувати всі параметри екрана для будь-яких витрат та параметрів основного каналу та водозабору, одночасно забезпечивши при цьому пропуск необхідної витрати та надійний захист молоді риби від попадання у водозабір.

8. Запропонована методика розрахунку РЗП типу “плавучий заплавень”, порівняно з існуючими, дозволяє скоротити довжину пристрою на 8-14%, а, отже, і знизити вартість будівництва.

9. Основні показники економічної ефективності вказують на те, що впровадження цього РЗП може бути вигідним та прибутковим. Термін окупності пристрою складає два з половиною роки, а економічний ефект становить 455 тис. грн. Крім того, РЗП відновить екологічну рівновагу у водоймищі та збереже видову різноманітність рибного населення.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

АНОТАЦІЯ

Мельничук І.М. Удосконалення методів гідравлічного розрахунку рибозахисної споруди типу ”плавучий заплавень”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.16 – гідравліка та інженерна гідрологія. – Національний університет водного господарства та природокористування, Рівне. – 2007.

Дисертація присвячена вирішенню актуального питання збереження рибних запасів України, шляхом запобігання попадання молоді риби у крупні водозабірні споруди за допомогою рибозахисного пристрою типу “плавучий заплавень”. В роботі була отримана теоретична залежність для розрахунку робочої частини довжини вирізу в екрані на основі системи двох рівнянь – рівняння витрати при витіканні з-під щита та диференціального рівняння руху рідини зі змінною витратою, яка відображає фізичну картину явища.

Були проведені експериментальні дослідження, які підтвердили правильність виведеної теоретичної залежності з середньою похибкою менше 5%.

На основі теоретичних та експериментальних досліджень розроблена науково-обґрунтована методика розрахунку найвідповідальнішої деталі рибозахисної споруди типу “плавучий заплавень” – екрана. Дана методика, порівняно з існуючими, дозволяє скоротити довжину пристрою на 8-14%, а отже і знизити вартість будівництва та при цьому забезпечити пропуск необхідної витрати у водозабір та захистити молодь риби від попадання у цей водоприймач.

Ключові слова: рибозахисний пристрій, непроникний екран, робоча довжина вирізу, кінцева довжина вирізу, витікання з-під щита, коефіцієнт вертикального стиснення, різниця глибин.

АННОТАЦИЯ

Мельничук И.Н. Усовершенствование методов гидравлического расчёта рыбозащитного сооружения типа “плавучий запань”. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.16 – гидравлика и инженерная гидрология. – Национальный университет водного хозяйства и природоиспользования, Ровно (Украина). – 2007.

Диссертация посвящена актуальному вопросу сохранения рыбных запасов Украины, путем предупреждения попадания молоди рыбы в крупные водозаборные сооружения с помощью рыбозащитного устройства типа “плавучая запань”. В работе была получена теоретическая зависимость для расчёта рабочей части длины выреза в экране, которая основана на системе двух уравнений – уравнении расхода при истечении из-под щита и дифференциального уравнения движения жидкости с переменной массой, и которая отображает физическую картину явления.

Были проведены экспериментальные исследования, которые подтвердили правильность выведенной зависимости со средним отклонением до 5%.

На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана научно обоснованная методика расчёта самой ответственной детали рыбозащитного устройства типа “плавучая запань” – экрана. Даная методика, по сравнению с существующими методиками, позволяет укоротить длину устройства на 8-14%, а значит, и уменьшить стоимость строительства и при этом, обеспечить пропуск необходимого расхода в водозаборное сооружение и защитить молодь рыбы от попадания в этот водозабор.

Ключевые слова: рыбозащитное устройство, непроницаемый экран, рабочая длина выреза, концевая длина выреза, истечение из-под щита, коэффициент вертикального сжатия, разница глубин.

SUMMARY

I.N. Melnichuk Improvement of methods of hydraulic calculations of fish protection device of “floating flood-plain” tape. – The manuscript.

Dissertation for gaining scientific degree of Candidate of Technical Sciences in speciality 05.23.16 – hydraulics and engineering hydrology – improvement (Technical Sciences).– National University of Water Management and Nature Resources Use. Rivne. – 2007.

The dissertation deals with the one of the urgent matter of reserving of fish stores of Ukraine by means of prevention of moving the young fish into the great water intakes with the help of fish protection device of “floating flood-plain” type. The works of fish protection devices have been analyzed and their advantages and disadvantages have been showed at the different expenses of water intake. The principles of moving the fish into the water intake have been showed. The importance of the dissertation has been conditioned of the necessity of the equipment of the great water intakes of reliable fish protection devices and the necessity of the improvement of methods of their hydraulic calculations.

The theoretical dependence for calculation of the working part of the length of hole in the screen based upon the system of two equations – the equation of expense at flowing from under the screen and the equation of movement of the liquid with variable expense has been given in this work. This theoretical dependence reflect physical picture of the phenomenon the most fully nowadays and it is the mathematical model of the move water from the fish protection device of “floating flood-plain” type, which constructs on the rivers and the canals with lateral water intake.

The model of fish protection device of “floating flood-plain” type for water intake of Main Sirogosk magisterial canal on the scale 1:50 has been projected. The imbibe action of pump had been substituted for siphon pipes with control of expenses by volume means in experimental investigations.

The middle deviation of the experimental working part of the length of hole in the screen from the calculated length for all the heights of hole has composed less than 5%.

The error of the determination of the working part of the length of hole in the screen has been defined with help of the theorem about the dispersion and has been composed 16-22% with the probability of the confidence 95%.

The dependences for the determination of the approximate working part of the length of hole in the screen have been determined with aim of the next definition of the difference of depths.

The dependences for the determination of the length of final part of the hole in the screen have been given. This final length must be added to the calculated length for getting the absolute length of hole in the screen, which will provide more reliable protection of fish.

The dependences for the determination of the correctional coefficient for working part of the length of hole in the screen have been determined with aim of the decreasing of the deviation.

The scientific substantial method of the calculation of fish protection device of “floating flood-plain” type have been developed based on theoretical and experimental investigations, which allow to calculate all parameters of screen of fish protection device for the different expenses of the main canal and the water intake. This method of the calculation of the device will allow provide the omission of the necessary expenses and reliable protection of young fish from moving it into water intake.

Besides, the use of this method will allow to decrease the length of the device to 8-14% and so to decrease the cost of the construction.

The results of investigations have been inculcated at the institute “Ukrribproekt” in the recommendations for projection of fish protection devices for the great water intakes.

The fish protection device of “floating flood-plain” type provides the high efficacy of the protection of the young fish from moving into the water intake and it guarantees the omission of the necessary expense for user.

The main indications of the economic efficacy show that the use of this fish protection device of “floating flood-plain” can be profitable and relatively steady concerning its effective introduction. The term of the compensation of the fish protection device of “floating flood-plain” type composes two and a half years. Besides the fish protection device of “floating flood-plain” type will renew the ecological balance in the reservoir and will keep the variety of kinds of fish.

Key phrases: fish protection device, impenetrable screen, working length of hole, final length of the hole, flowing from under the screen, coefficient of vertical compression, difference of depths.