Эксплуатационные режимы каналов+7 (903) 485-04-14 Экскурсии
Раздел 5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ КАНАЛОВ И СООРУЖЕНИЙ НА НИХ
Эксплуатационные режимы каналов Режим канала зависит от следующего: его хозяйственного назначения (оросительный, осушительный, магистральный, распределительный, водопроводящий, судоходный, рыбоводный, лесосплавный и т. д.); условий использования (постоянные, временные, основные, второстепенные); природно-климатических условий (ледовые режимы, пропуск шуги, дождевые паводки и т. п.); конструктивных особенностей (длина, наличие одежды, автоматических сбросов, регуляторов, перегораживающих и других сооружений); технологических условий работы (непрерывный или периодический процесс работы); состояния потока (спокойный, бурный или сверхбурный), а также других особенностей. В настоящее время большинство крупных магистральных каналов имеет комплексное назначение и функционально связано с различными отраслями, ведомствами и предприятиями. Каналы, служащие для водоснабжения и обводнения, работают круглогодично, хотя расход их зимой обычно меньше, чем летом. Оросительные каналы пропускают большой расход в поливной период с учетом климатических условий, сельскохозяйственных культур и т. д. В одних зонах с наступлением осени поливы заканчиваются, а в других зонах воду подают на проведение промывных, влагозарядковых и других поливов, то есть в течение всего года. Судоходные каналы обычно эксплуатируются во время навигации, когда нужно поддерживать допускаемые скорости и глубины. Деривационные каналы эксплуатируют круглый год в соответствии с графиком нагрузки электростанции. Особое внимание заслуживают режимы наполнения каналов в пусковой период, во время их эксплуатации и опорожнения. Режим наполнения канала в пусковой период и в начале его эксплуатации требует большого внимания, особенно если канал проходит в просадочных грунтах. Интенсивность размыва грунта сильно зависит не только от его физико-механического состояния, но и от влажности. Например, по данным Т. Г. Жордания, в воздушно-сухом состоянии глины при влажности 10... 13% имеют неразмывающую скорость νрет= 0.3 м/с. В то же время с увеличением влажности глин до 30...34 и 40...42% неразмывающая скорость составляет соответственно 0,5 и 0,75 м/с. Поэтому в пусковой период канал замачивают по участкам, отделяя их между собой дамбами. В ряде случаев при замочке грунта в течение 10 мин интенсивность размыва его уменьшается в 5...6 раз по сравнению с незамеченным воздушно-сухим грунтом. Время замочки канала должно составлять не менее 1 ч. По истечении этого времени эффективность увлажнения, как правило, резко снижается. Имеются различные предложения по способам замочки. В то же время этот вопрос изучен недостаточно. Например, САНИИРИ рекомендует вначале воду пускать в канал на короткое время (около 1 ч) в небольшом количестве. При этом берега каналов оседают и уплотняются, а мелкие частицы цементируются между собой. Затем постепенно наращивать наполнение и расход канала. Замочку грунта при строительстве Паркентского магистрального канала (Ташкентская область) на расход 57 м3/с осуществляли с помощью траншеи в насыпи. По этой траншее пропускали воду, а через год ее расширяли. После трехлетней замочки и расширения получили проектное сечение канала. Существуют и другие способы замочек и разработок грунтов, например путем размыва пионерной прорези на участках глубоких выемок, как это имело место на Каракумском канале. Медленно наполнять канал необходимо и потому, что при малых глубинах воздух, содержащийся в порах грунта, вытесняется при меньших градиентах медленнее. В таком случае грунт разуплотняется незначительно. Во время наполнения канала обращают внимание на осадки его дна, откосов и дамб, при которых в суглинистых грунтах появляются трещины. Осадки могут достигать 10...15 см и более. Поданным Ю. М. Кузьминова, на канале Джун (Ташкентская область) осадка дамбы из суглинка, насыпанной без предварительной замочки, за 23 года достигла 57%. В начальный период эксплуатации возможен также прорыв дамб, как это имело место, по данным САНИИРИ, на Джизакском магистральном канале ДМ-3 с расходом 18,6 м3/с. Канал проходил в суглинках и песках с низким уровнем грунтовых вод (18...20 м от дневной поверхности). Во время замочки в течение 2 ч с постоянным расходом 6 м3/с произошел прорыв дамб на трех участках в местах насыпи с некачественным уплотнением при пересечении канала с коллекторами в результате возникновения контактной фильтрации. При наполнении канала устанавливают особый контроль за его состоянием, расставляя наблюдателей через 0,5... 1 км. Необходимо иметь аварийные бригады, машины, механизмы, в особо опасных местах — материалы для оперативного устранения повреждений или аварий. Интенсивность наполнения, по данным САНИИРИ, крупных каналов не должна превышать 0,15 м/сут. Это значение принято на основе опыта строительства Тюямуюнского магистрального канала и других данных. Режим наполнения канала после ремонта является также ответственным периодом. При этом необходимо установить не прерывные наблюдения за состоянием канала и обеспечить постепенную подачу расхода с незначительной волной, энергетические характеристики которой не опасны с точки зрения размыва дна и откосов канала или его одежды. Скорость волны при наполнении канала должна быть в 2...3 раза меньше допускаемой скорости воды при равномерном режиме, в противном случае могут возникнуть нежелательные явления, приводящие к недо пустимым деформациям откосов и дна канала. По мере его наполнения расходы увеличивают. При этом постоянно открыва* ют отверстия нижерасположенного перегораживающего сооружения и выводят канал на расчетный эксплуатационный режим. В начальный период эксплуатации канала необходим усиленный режим наблюдения за фильтрацией из него, работой дренажных систем, а также всех гидротехнических сооружений на канале. Все деформации, характерные режимы течения, замеченные во время наполнения и в начальный период эксплуатации, тщательно фиксируют в специальном журнале с указанием места, времени, характера повреждения или дефекта и его зарисовкой. Режим опорожнения менее опасен для размывов дна и откосов канала, рассчитанного на равномерный режим в обычных эксплуатационных условиях. Однако при резком снижении уровней воды в канале фильтрационный поток направляется к откосу, вызывая дополнительное гидродинамическое давление на грунт. В этом случае могут возникнуть потеря устойчивости откоса и его обрушение. Если откос будет иметь одежду без дренирующих устройств, то фильтрационный поток может выдавить плиты крепления. Максимальные скорости снижения уровня воды в канале определяют каждый раз для конкретных условий в зависимости от геологического строения и конструкции одежды канала. Ориентировочно их можно найти по таблице 5.1 [50].
5.1. Максимальные скорости (м/ч) снижения уровня воды для различных слоев сработки
Для условий пускового периода и в начале эксплуатации каналов, по данным САНИИРИ, скорость снижения уровня в канале должна быть не более 0,15...0,2 м/сут во избежание появления на откосах трещин и разрушений. В целях обеспечения выполнения графика водоподачи иногда требуется в течение короткого времени (1...2 сут) снизить расход на 50...60%, а затем увеличить его снова. В этом случае режим наполнения или опорожнения может также существенно зависеть от маневрирования затворами головного регулятора. При этом возможны различные режимы, среди которых можно выделить основные. Увеличение пропускной способности регулятора, расположенного в голове канала, путем поднятия затворов приводит к возникновению волны наполнения. При уменьшении пропускной способности путем закрытия затворов головного регулятора появляется волна отлива. При быстром закрытии затворов регулятора, расположенного в конце канала, создается волна повышения, движущаяся вверх по течению. Такой режим наиболее опасен и недопустим, так как при отсутствии сбросного сооружения возможны перелив воды через бровки канала в результате образования кривой подпора и разрушение дамб обвалования. При быстром открытии затворов регулятора, расположенного в конце канала, появляется волна понижения, направленная вверх по течению. Для оперативного контроля работы канала по известным формулам гидравлики строят графики или номограммы, позволяющие определить глубину наполнения канала в рассматриваемом сечении в зависимости от маневрирования затворами регуляторов, расположенных выше и ниже по течению с учетом транзитных расходов. Режим в канале также существенно зависит от конструкции, местоположения и наличия сбросных сооружений. Оптимальным режимом эксплуатации канала является плавное его наполнение или опорожнение с режимами, близкими к равномерному, имеющими минимальные сбросные расходы или исключающими их полностью. Во время прекращения подачи воды на участок канала сравнительно большой протяженности вначале закрывают выше- расположенное перегораживающее сооружение, а затем по истечении некоторого времени — нижерасположенный регулятор. Такой порядок закрытия отверстий водопропускных сооружений необходимо поддерживать во избежание перелива воды через бровки канала у нижерасположенного сооружения в результате образования горизонтальной поверхности воды при прекращении ее движения. Перелив воды через дамбы возможен при переполнении из-за плохого регулирования водораспределения, не предусмотренного отказа водопотребителей от забора воды, повышении шероховатости в результате некачественного выполнения земляных работ или зарастания русла канала водной растительностью (на Каракумском канале за Келифскими озерами коэффициент шероховатости при зарастании русла увеличился до 0,88, а проектное значение — 0,025), попадании значительных расходов ливневых и селевых потоков, заторов или зажоров (в зимний период), отказе работы затворов перегораживающих сооружений по любой причине, в том числе из-за прекращения подачи электроэнергии. Длительное повышение уровней воды в канале сверх расчетного может привести к большим фильтрационным потерям воды, к поднятию уровня грунтовых вод и засолению прилегающей территории с плодородными землями. На оросительных несудоходных каналах запрещается передвижение плавсредств с большими скоростями. Исключение делается только для моторной гидрометрической лодки, движущейся со скоростью до 5 км/ч. Необходимо также избегать внезапной остановки насосных станций и резких маневрирований затворами перегораживающих сооружений.
|
