Гидравлическая структура потока в зонах накопления и привлечения рыб при пропуске их через плотины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.09, кандидат технических наук Скоробогатов, Михаил Александрович

• Скоробогатов, Михаил Александрович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Скоробогатов, Михаил Александрович

ПЩЙСЛОВИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

I. КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРШНШХ ИСТОЧНИКОВ

И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

IЛ.Конструкция и технология работы механического рыбоподъемника Краснодарского гидроузла.

1.2.Исследования и методы расчета структуры потока в условиях плоской задачи

1.2Л.Исследования и методы расчета распределения скоростей в условиях плоской задачи

1.2.2.Исследования затухания повышенной турбулентности на послепрыжковом участке

1.3.Исследования и методы расчета планового распределения скоростей в нижнем бьефе гидротехнических сооружений

1.4.Выводы,вытекающие из рассмотрения литературного материала

1.5.Дифференциальные уравнения движения жидкости

I.6.Задачи исследований

II. ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ШБОНАКОПИТЕЛЬНОМ ЛОТКЕ ЗА ВОДОБОЙНЫМ КОЛОДР/! И В НИЖНЕМ БЬЕФЕ ГИДРОУЗЛА

2Л.Граничные условия. Приведение уравнений движения и граничных условий к безразмерному виду

2.2.Движение жидкости за водобойным колодцем в ры-бонакопительном лотке

2.3.Движение жидкости в нижнем бьефе гидроузла

2.3Л.Конечно-разностный аналог системы (2.45)

2.3.2.Конечно-разностный аналог уравнения (2.46) . 74 2.4. Выв оды по второй главе

Ш. ЭКСПЕШМЁНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОТОКА В ШБОНАКОШТЕЛЬНОМ ЛОТКЕ ЗА ВОДОБОЙНЫМ КОЛОДЦЕМ И В НИЗШЕМ БЬЕФЕ ГИДРОУЗЛА В ЗОНЕ ПРИВЛЕЧЕНИЯ ШБ

3.1.Методика проведения лабораторных исследований

3.2.Определение длины участка повышенной неравномерности распределения скоростей в рыбонакопительном лотке за водобойным колодцем

3.2Л.Изучение характера и степени влияния гидравлических параметров потока и геометрических размеров водобойного колодца на длину участка повышенной неравномерности распределения скоростей

3.2.2.Нахождение расчетных зависимостей по определению длины участка повышенной неравномерности распределения скоростей.

3.3.Изучений условий прохождения рыб через водобойный колодец.

3.4.Определение коэффициентов турбулентного обмена . 101 3.4Л.Методы определения безразмерных коэффициентов турбулентного обмена

3.4.2.Результаты исследований по определению безразмерного коэффициента турбулентного обмена за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке

3.4.3.Определение безразмерных коэффициентов турбулентного обмена и ^для решения задачи о растекании потока в нижнем бьефе гидроузла.

3.4.3.1.Методика и результаты исследований по определению Лту.

3.4.3.2.Методика и результаты исследований по определению

3.5.Анализ результатов расчетов распределения скоростей в нижнем бьефе гидроузла в зоне привлечения рыб

3.6.Натурные исследования механического рыбоподъемника Краснодарского гидроузла.

3.6Л.Методика исследований

3.6.2.Распределение скоростей за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке

3.6.3.Затухание повышенной турбулентности в рыбонакопительном лотке

3.6.4.Гидравлические исследования нижнего бьефа Краснодарского гидроузла.

3.6.5.Сопоставление результатов натурных и лабораторных исследований

3.7. Выв оды по третьей главе

1У. ПШМЕШ РАСЧЕТОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ В ЗОНЕ ПРИВЛЕЧЕНИЯ И НАКОПЛЕНИЯ РЫБ.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИ-ЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТ. ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1.Подход к составлению прогноза захода рыб в рыбопропускные сооружения

4.2.Примеры расчетов

4.2.1.Пример расчета длины участка повышенной неравномерности распределения скоростей за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке

4.2.2.Примеры расчета распределения скоростей потока в рыбонакопительном лотке и в нижнем бьефе гидроузла. Прогноз захода рыб в рыбопропускное сооружение

4.3.Технико-экономическая эффективность от внедрения результатов исследований.

ВЫВОда

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидравлическая структура потока в зонах накопления и привлечения рыб при пропуске их через плотины»

Гидравлическими исследованиями рыбопропускных сооружений Калининский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт занимается более двадцати лет. Полученные за этот период результаты использованы как при проектировании,так и при эксплуатации сооружений.

Настоящая работа посвящена разработке методики расчета структуры потока в зоне привлечения и накопления рыб в рыбопропускных сооружениях.

Работа выполнялась в течение 1976-1981 г.г. на кафедре "Гидравлика и гидравлические машины" Калининского политехнического института и на механическом рыбоподъемнике Краснодарского гидроузла под научным руководством кандидата технических наук,профессора А.Ш.Барекяна. Исследования,связанные с изучением поведения рыб в потоке воды,проводились в лаборатории низших позвоночных Института эволюционной морфологии и экологии животных им.А.Н.Северцова АН СССР и на плавучей экспериментальной базе этого института под руководством доктора биологических наук Д.С.Павлова. Результаты работы докладывались и обсуждались на Координационном совещании по вопросам рыбопропуска и рыбоза-щиты (г.Рига)»научно-технических конференциях в Новочеркасском инженерно-мелиоративном институте,Калининском политехническом институте,в школе передового опыта "Сооружения и устройства для сохранения естественного воспроизводства ценных промысловых рыб при гидростроительстве на внутренних водоемах" (г.Краснодар) и изложены в восьми статьях,опубликованных в трудах института "Гидропроект" им.С.Я.Жука,Межвузовских тематических сборниках "Деловые процессы и гидравлика сооружений",журнале "Влбное хозяйство",докладах Академии наук.

По теме диссертации составлено два научно-технических отчета, выполненных в соответствии с Координационным планом работ по решению проблемы 0.85.01 задания 10.02.03 "Создать конструкции и устройства для рыбопроцуска и рыбозащиты на водозаборах с большими расходами воды" Государственного комитета по науке и технике Совета Министров СССР.

ВВЕДЕНИЕ

Зарегулирование рек и возведение каскадов гидроузлов привело к снижению численности ценных промысловых видов рыб во внутренних водоемах Советского Союза. На реках Европейской части страны запасы проходных и полупроходных видов рыб уменьшались в среднем на 40$, а на реках Кубань,Волга,Дон - на 70-75$. К числу компенсационных мероприятий при гидротехническом строительстве на реках относится строительство рыбопропускных сооружений (HIC)»позволяющих пропустить к местам нереста производителей проходных и полуцроходных видов рыб. Одним из наиболее эффективных рыбопропускных сооружений в Советском Союзе является механический рыбоподъемник Краснодарского гидроузла.

Цель настоящей работы - разработать методику расчета структуры потока в зоне привлечения и накопления рыб в рыбопропускных сооружениях.

В первой главе работы описывается конструкция,технологическая схема работы HIC,требования,предъявляемые к гидравлике рыбопропускных сооружений,литературный обзор,задачи исследований.

Механический рыбоподъемник состоит:из: рыбонакопительного лотка; рабочей камеры; блока питания в виде водослива практического профиля; на гребне которого установлен плоский затвор, с водобойным колодцем; эстакады. fk6a,привлеченная потоком воды, в нижнем бьефе гидроузла заходит в рыбонакопительный лоток и постепенно накапливается в нем. По истечении определенного промежутка времени побудительным устройством рыба концентрируется в рабочей камере сооружения и в контейнере перемещается из нижнего бьефа в верхний,где и выпускается.

При обзоре работы B.C.Малеванчика,Д.С.Павлова,Л.М.Нусенбаума,

А.Ш.Барекяна и других ученых,занимающихся вопросами исследований, проектирования и эксплуатации рыбопропускных сооружений,выявлены требования,предъявляемые к гидравлике РПС,на основе которых сформулированы задачи к обзору литературных источников: исследования и методы расчета структуры потока в условиях плоской задачи (к данному классу задач была отнесена задача о растекании потока за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке); исследования и метода расчета распределения скоростей в нижнем бьефе гидротехнических сооружений.

После критического рассмотрения работ Г.Н.Абрамовича,0.А. Бушмарина ,И. M .Коновалова, M. А. Михалева, Р. И. Российского, H. M. Бер-надского,Й.И.Леви,Г.В.Востржела,И.Л.Шеренкова,В.Н.Лятхера,Д.И. Кумина и др. были сформулированы задачи исследований: разработать методику расчета длины участка повышенной неравномерности распределения скоростей за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке цри больших значениях коэффициента затопления гидравлического прыжка,необходимую для проектирования рыбопропускных сооружений; разработать методику расчета распределения скоростей за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке и в нижнем бьефе гидроузла; изучить затухание повышенной турбулентности за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке и нижнем бьефе гидроузла в натурных условиях.

Для расчета распределения скоростей в рыблнакопительном лотке за водобойным колодцем,в нижнем бьефе гидроузла использовалась система дифференциальных уравнений,состоящая из уравнений движения жидкости в форме Рейнольдса и уравнения неразрывности. При записи касательные турбулентные напряжения,коэффициенты турбулентного обмена (вязкости)»входящие в уравнение движения жидкости, задавались по второй гипотезе Прандтля,по которой эти коэффициенты постоянны в каждом конкретном сечении и изменяются вдоль потока.

Во второй главе приводятся конечно-разностные аналоги исходной системы для решения задач растекания потока за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке и в нижнем бьефе гидроузла.

При рассмотрении задачи о растекании потока за водобойным колодцем в плоскости осевой симметрии в качестве исходных использованы первое уравнение движения жидкости, уравнение неразрывности и уравнение постоянства расхода. По полученному конечно-разностному аналогу этой системы,используя предложения А.Н. Ширшова,составлена программа для расчета распределения скоростей в рыбонакопительном лотке на ЭВМ,для реализации которой необходимы значения коэффициентов турбулентного обмена. При расчете распределения скоростей в нижнем бьефе гидроузла рассмотрено два случая: первый,когда определяется распределение только продольной составляющей скорости, в этом случае используется только одно уравнение движения жидкости; второй - рассчитывается распределение всех трех составляющих скорости - продольной, поперечной и вертикальной,в этом случае используется система уравнений,состоящая из двух уравнений движения жидкости и уравнения неразрывности. При записи уравнений движения жидкости в конечно-разностной форме значений функций и коэффициентов турбулентного обмена,стоящих перед производными,записывались в /1--ом сечении,там,где они известны,а сами производные - /ь+1, там,где их необходимо оцределить. По полученным конечно-разноет-ным аналогам уравнений составлены программы для расчета распределения скоростей на ЭВМ,которые приводятся в приложении. Для реализации программ необходимы,так же,как и при решении задачи о растекании потока за водобойным колодцем,значения безразмерных коэффициентов турбулентного обмена.

В третьей главе приводятся методика и результаты лабораторных и натурных гидравлических исследований.

Еасчетные зависимости по определению длины участка повышенной неравномерности распределения скоростей Ь за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке находились по данным лабораторных исследований. На длину/, изучалось влияние следующих шести факторов: числа Фруда »вычисленного для сжатого сечения; удельного расхода с^ ; относительной длины водобойного колодца- ^ ; относительной глубины колодца ; величины коэффициента затопления гидравлического прыжка в водобойном колодце ; угла наклона выходной грани водобойного колодца уЗ . Характер и степень влияния перечисленных факторов определялись по планам экспериментов,построенным с использованием теории математического планирования экспериментов. Анализ полученного экспериментального материала показал,что длина ^ при "длинных" водобойных колодцах,т.е.приЛ^>1,2,не зависит от изменения исследуемых факторов,а является функцией глубины потока в рыбонакопительном лотке. В случае "коротких" водобойных колодцев,т.е. а при 0,7 ^ ^ 1,2 величина/, не зависит от изменения угла

С/г наклона выходной грани р и удельного расхода 9 ,а является функцией (в порядке возрастания влияния факторов) , , . Проверка на адекватность полученных математических моделей показала,что только в случае "длинных" водобойных колодцев модель адекватна,поэтому она и была использована в качестве расчетной для определения и . При нахождении расчетных зависимостей по определению длины участка повышенной неравномерности распределения скоростей в случае "коротких" водобойных колодцев,т.е. р при ^ <1,2 использовалась-теория рационального планирования эксперимента,разработанная М.М.Протодьяконовым и Р.И.Тедером. Среднеквадратическое отклонение опытных данных от вычисленных по полученным зависимостям составляет 8,7$.

Одновременно с изучением распределения скоростей в рыбонако-пительном лотке находились безопасные условия прохождения производителей рыб через водобойный колодец. Опытами с плотвой и гольяном показана возможность устраивать водобойные колодцы в рыбопропускных сооружениях с углом наклона выходной границе =90°.

Коэффициенты турбулентного обмена определялись двумя способами: первый - по методике,разработанной А.Н.Ширшовым; второй -из конечно-разностного аналога первого уравнения движения жидкости, записанного для условий плоской задачи. Безразмерные коэффициенты турбулентного обмена за водобойным колодцем находившись по эпюрам скоростей,полученным при определении длины участка повышенной неравномерности распределения скоростей.Для задачи о растекании потока в нижнем бьефе гидроузла в зоне привлечения рыб выполнены специальные эксперименты. Полученные коэффициенты использованы при расчете распределения скоростей для модели гидроузла с рыбопропускным сооружением. Максимальное расхождение опытных и расчетных данных составляло 10$, среднеквад-ратическое - 8,3$.

Натурные гидравлические исследования механического рыбоподъемника Краснодарского гидроузла выполнены в 1976-77 г.г. Для получения осреднениях во времени скоростей потока использовались гидрометрические вертушки ГР-55, пульсационных - микровертушки Х-6 (диаметр лопасти 15 мм).

При анализе распределения осредненных скоростей в рыбонако-пительном лотке установлено,что во всех исследованных режимах на входе в лоток коэффициент,учитывающий неравномерность распределения скоростей по живому сечению,выше нормативного,что указывает на недостаточную длину рыбонакопительного лотка.Сравнение результатов натурных и лабораторных исследований,выполнена ное по безразмерному коэффициенту турбулентного обмена,показало удовлетворительную сходимость. Максимальное расхождение составляет 20%.

Результаты изучения затухания повышенной турбулентности потока в рыбонакопительном лотке и в нижнем бьефе гидроузла анализировались с использованием данных изучения поведения рыб в потоке воды,полученных,при непосредственном участии автора,сотрудниками Калининского политехнического института и Института эволюционной морфологии и экологии животных им,А.Н.Северцова АН СССР. В связи с тем,что интенсивность турбулентности при одной и той же скорости потока за рыбопропускным сооружением ниже,рыба будет предпочитать уходить в сторону водосбросных отверстий. В рыбонакопительном лотке интенсивность турбулентности потока выше,что оказывает отрицательное влияние на привлечение рыб.

В четвертой главе приводятся методика по определению эффективности работы рыбопропускных сооружений по известной структуре потока в зоне привлечения рыб,разработанная при участии автора в К1Ж и ИЭМЭЖ АН СССР,примеры расчетов длины участка повышенной неравномерности распределения скоростей за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке рыбопропускного сооружения и распределения скоростей за водобойным колодцем,в рыбонакопительном лотке и нижнем бьефе модели гидроузла в зоне привлечения рыб.

Для конкретного режима работы модели гидроузла по разработанной методике составлен прогноз захода плотвы длиной 25 мм в рыбопропускное сооружение, а также показана область возможного размещения ее в рыбонакопительном лотке.

Результаты исследований,изложенные в диссертации,переданы институту "Гидропроект" им.С.Я.Жука,вошли в "Пособие по проектированию и расчету рыбопропускных сооружений речных гидроузлов и рыбозащитных устройств" к СНиП П-55-79,используются при эксплуатации рыбопропускных сооружений.

I. КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

I.I. Конструкция и технология работы механического рыбоподъемника Краснодарского гидроузла. Требования к гидравлике рыбопропускных сооружений

Зарегулирование рек и возведение каскадов гидроузлов привело к снижению численности ценных промысловых видов рыб во внутренних водоемах Советского Союза. На реках Европейской части страны запасы проходных и полупроходных видов рыб уменьшились в среднем на 40%, а на реках Кубань,Волга,Дон - на 70-75%.

В принятом 23.06.80 г. Законе СССР об охране и использовании животного мира указывается,что "при размещении,проектировании и строительстве . каналов,плотин и иных гидротехнических сооружений должны разрабатываться и осуществляться мероприятия, обеспечивающие сохранение путей миграции животных". К числу таких мероприятий при гидротехническом строительстве на реках относится строительство рыбопропускных сооружений (РПС),обеспечивающих пропуск производителей к местам их нереста. Актуальность вопроса рыбопроцуска возросла в связи с решением Продовольственной программы,выдвинутой на ХХУ1 съезде КПСС и принятой Майским (1982 г.) пленумом ЦК КПСС,предусматривающей дальнейшее увеличение добычи рыбы во внутренних водоемах страны.

История строительства рыбопропускных сооружений насчитывает уже около 300 лет /56/. Наибольшее развитие рыбопропускные сооружения получили в США и Канаде,где в настоящее время их построено более 200. Об эффективности работы этих сооружений говорит такой факт - даже в условиях каскада гидроузлов полностью

--

5S.eS Зстака&а

7Г.ОО блок питания Ра $ камера ры&онакоггитель

Рис. 1.1. Механический рыбоподъемник Краснодарского гидроузламна р. Кубань:

I - сороудерживагощая решетка; 2 - двухсекционный затвор; 3 - кон-тейнеровозный кран; 4 - побудительное устройство; 5 - контейнер для рыбы; б - отсекающая решетка н-1 обеспечивается воспроизводство лососевых. В Советском Союзе из построенных 20 рыбопропускных сооружений эффективно работают только шесть /51/ - те сооружения,где при проектировании и эксплуатации учтены как биологические,так и конструктивные , технологические и гидравлические факторы,влияющие на заход рыб в сооружение. К этой группе сооружений относится разработанный в институте "Гидропроект" им.С.Я.Жука при участии Калининского политехнического института механический рыбоподъемник Краснодарского гидроузла на р.Кубань /61/,введенный в эксплуатацию в 1974 г. В 1974 - 1979 г.г. через гидроузел было пропущено около 5 млн. штук различных видов рыб (севрюга,рыбец,шемая,судак и др).

Механический рыбоподъемник Краснодарского гидроузла (рис.1.1) - это экономичный и сравнительно простой по исполнению тип рыбоподъемника^ котором осуществляется одновременно перевод в верхний бьеф идущих на нерест рыб и скат отнерестившихся производителей и молоди из верхнего бьефа в нижний. Он состоит из: рыбонакопителя - лоток прямоугольного сечения,по верху которого перемещается тележка с поворотно-побудительным устройством;ра-бочей камеры,включающей в себя рыбозащитную и поворотно-побудительную решетки,контейнер для транспортировки рыбы; блока питания в виде водослива практического профиля с установленным на гребне затвором и водобойного колодца,выходная грань которого имеет уклон 1:3; эстакады. Бкба,привлеченная потоком воды в нижнем бьефе гидроузла»заходит в рыбонакопительный лоток и постепенно накапливается в нем. По истечении определенного промежутка времени на входе в лоток опускается побудительное устройство и перемещается в сторону верхнего бьефа,концентрируя рыбу в рабочей камере. При подъеме контейнера,находящегося в начальном положении в нише рабочей камеры,рыба собирается в нем. Перемещение рыбы в контейнере из нижнего Вьефа в верхний осуществляется при i 18 помощи крана. В верхнем бьефе контейнер опускается под уровень воды и рыба выпускается в водохранилище.

Гидравлическими исследованиями рыбоподъемника Краснодарского гидроузла Калининский политехнический институт занимается с 1968 года. На первом этапе этих исследований работы выполнялись в лабораторных условиях. Полученные данные были использованы институтом "Гидропроект" при проектировании рыбопропускного сооружения. В 1976-1977 г4г. проведены натурные гидравлические исследования рыбоподъемника,позволившие разработать рекомендации по эксплуатации сооружения.

Целью настоящей работы являлась разработка методики расчета распределения скоростей по живому сечению потока в зоне привлечения и накопления рыб для условий Краснодарского гидроузла; на основе натурных гидравлических исследований повысить эффективность работы рыбоподъемника Краснодарского гидроузла.

На основе анализа работ Малеванчика Б.С. /50,51/,Барекяна А.Ш. /7 /,Павлова Д.С. /65/,Шкуры В.Н./99,100/,Нусенбаума Л.М. /63/,Клея С./109/ и других ученых,занимающихся вопросами исследования, проектирования и эксплуатации рыбопропускных сооружений, а также исходя из СНиПа П-55-79 "Подпорные стены,судоходные шлюзы,рыбопропускные и рыбозащитные сооружения" /79/ установлены требования,предъявляемые к гидравлике рыбопропускных сооружений.

Одним из главных требований,предъявляемых к конструкции рыбопропускного сооружениям именно: к блоку питания, является требование о том,что блок питания должен обеспечивать непрерывную подачу воды в рыбонакопитель,необходимую для привлечения рыб.

Второе требование,необходимое для эффективной работы рыбопропускного сооружения - создание в нижнем бьефе гидроузла условий, при которых рыба находила бы вход в рыбонакопительный лоток. Как показывают исследования / 7,34,51 и др. { одним из главных условий этого требования является создание в зоне привлечения рыб в нижнем бьефе гидроузла потока от РПС,выделяющегося из общего потока гидроузла.

Третье требование: ". конструкции рыбонакопителя должны обеспечивать условия равномерного распределения потока внутри лотка по длине и по сечению с коэффициентом не более 1,2.". /79/. Величина коэффициента неравномерности Кн находится из выражения: . к> ^тах (I I) V i где Ymet)( и Уер- соответственно значения максимальной и средней скоростей потока в сечении.

С учетом участка повышенной неравномерности распределения , скоростей (где KR ^1,2) назначается длина рыбонакопителя. Необходимо отметить,что на этом участке (для некоторых блоков пиI тания длина участка составляет 60 - 80 м ) также размещается ' рыба,поэтому для прогнозирования ее распределения необходимо иметь структуру потока в лотке.

Четвертое положение,которое необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации рыбопропускных сооружений. После гашения избыточной энергии в водобойном колодце на послепрыжковом участке происходит затухание повышенной турбулентности,причем в рыбопропускных сооружениях этот участок находится в рыбонако-пительном лотке. Как показали исследования /105/: в потоках с большей интенсивностью турбулентности рыба затрачивает на плавание больше энергии,причем энергетические затраты рыб на плавание увеличиваются в большей степени,чем увеличение интенсивности турбулентности потока; продвигаясь против течения,рыба предпочитает области с повышенной турбулентностью,причем на участках затухания повышенной турбулентности существуют границы, выше которых рыба не проходит, а после непродолжительной работы на этих границах скатывается вниз по течению, .фшное положение должно быть учтено путем строительства рыбопропускных сооружений с блоками питания,создающими поток в рыбонакопителе с высокой степенью турбулентности / 7 /. При эксплуатации таких РПС необходимо уменьшать продолжительность привлечения,что увеличит рыбопропускную способность сооружений.

Вопрос о пропускной способности блоков питания в виде водослива практического профиля с установленным на гребне плоским затвором достаточно хорошо изучен /70/ и в настоящей работе не рассматривается. Остальные требования,предъявляемые к гидравлике рыбопропускных сооружений,позволили сформулировать задачи к обзору литературных источников:

1. Исследования и методы расчета структуры потока в условиях плоской задачи (к данному классу задач можно условно отнести и задачу о растекании потока за водобойным колодцем в рыбонакопи-тельном лотке).

2. Исследования и методы расчета кинематики потока в нижнем бьефе гидротехнических сооружений.

Заключение диссертации по теме «Гидравлика и инженерная гидрология», Скоробогатов, Михаил Александрович

вывода

1. На основе проведенных экспериментов разработана методика расчета длины участка повышенной неравномерности распределения скоростей по глубине за водобойным колодцем в рыбонакопи-тельном лотке.

2. Исследования с мелкой рыбой показали,что рыба,скатывающаяся через водобойный колодец,практически не касается его выходной грани,поэтому в рыбопропускных сооружениях возможно сооружать выходную грань под углом 90°.

3. Для расчета распределения скоростей в рыбонакопительном лотке за водобойным колодцем определены безразмерные коэффициенты турбулентного обмена,входящие в уравнение движения жидкости. Сопоставление расчетных данных с результатами измерений скоростей потока за водобойным колодцем в рыбонакопительном лотке в натурных и лабораторных условиях показало удовлетворительную сходимость.

4.Разработана методика расчета распределения скоростей в зоне привлечения рыб в нижнем бьефе гидроузла,основанная на численном решении уравнений движения жидкости в форме Рейнольдса и уравнения неразрывности; экспериментально^ лабораторных условиях, определены безразмерные коэффициенты турбулентного обмена, входящие в уравнения движения жидкости; составлены программы для расчета распределения скоростей на ЭВМ на языке

5. Предложен подход по определению эффективности работы рыбопропускных сооружений,основанный на прогнозировании трасс движения рыб в нижнем бьефе гидроузла по известной структуре потока.

6. Сопоставление результатов расчетов на ЭВМ и измерений скоростей на модели гидроузла с рыбопропускным сооружением,расположенным в центре водосливного фронта,показало удовлетворительную сходимость данных. Максимальное расхождение составляет 7,8$. На примере расчета распределения скоростей потока в рыбонакопительном лотке и в зоне привлечения рыб и прогнозировании трасс движения рыб показана необходимость при проектировании рыбопропускных сооружений учета неравномерности распределения скоростей как в рыбонакопительном лотке,так и в нижнем бьефе гидроузла.

7. В натурных условиях механического рыбоподъемника Краснодарского гидроузла установлено,что поток в рыбонакопительном лотке,характеризующийся повышенной степенью турбулентности, оказывает отрицательное влияние на процесс накопления рыб.

8. Результаты исследований,изложенные в диссертации,переданы для внедрения институту "Гидропроект" им.С.Я.Жука,головному по проблеме рыбопропуска, вошли в "Пособие по проектированию и расчету рыбопропускных сооружений речных гидроузлов и рыбо-защитных устройств" к СНиП Л-55-79, используются при эксплуатации рыбопропускных сооружений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Скоробогатов, Михаил Александрович, 1984 год

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй.-М.:Физматгиз, i960.-711 с.

2. Абрамская В.В.О коэффициенте турбулентного перемешивания.- В кн.:Численные метода раачета течения вязкой жидкости в каналах. М.,ВЗМИ,1971,с.32-35.

3. Абрамская В.В.Теоретическое определение скоростной структуры потока в гидравлическом прыжке. Автореф.дис.канд.техн. наук.- Одесса:1973.-25 с.

4. Адлер Ю.П.»Маркова Е.В.,Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.М.:Наука,1976.- 279 с.

5. Базилевич В.А.Затухание повышенной турбулентности за донными и поверхностными прыжками. В сб.:Гидравлика,Киев: Техника,1966,вып.2,с.15-25.

6. Баженов Ю.М.»Вознесенский В.Л.Перспективы применения математических методов в технологии сборного железобетона. М.: Стройиздат,1974.-192 с.

7. Барекян А.Ш. Пути дальнейшего повышения эффективности ры-бопропуска на основе полного учета гидравлических условий при проектировании и эксплуатации рыбопропускных сооружений (НЮ).- В сб.:Гидравлика и инженерная гидрология.-Калинин,:КГУ,1981, с.25-34.

8. А.с. I0I0I87 (СССР). Ркбопропускное устройство,его варианты /А.Ш.Барекян,В.И.Алексеев,Е.Н.Коноплев,А.И.Лупандин,А.А. Мосиевский,М.А.Скоробогатов/-опубл.в Б.И.,1983,ИЗ.

9. Барекян А.Ш.»Скоробогатов М.А. Некоторые результаты гидравлических исследований рыбоподъемника Краснодарского гидроузла. Рыбное хозяйство,1978,№6,с.25-27.

10. Беляшевский H.H.,Пивовар Н.Г.,Калантыренко И.И. Расчет нижнего бьефа за водосбросными сооружениями на нескальных основаниях. -Киев: Наук ова думка,1973.-293 с.

11. Вернадский Н.М. Теория турбулентного течения и ее применение к построению течения в открытых водоемах.-Материалы по гидрологии,гидрографии и водным силам СССР. М-Д.:Госэнергоиз-дат,1933,вып.XX,с.83.

12. Бушмарин O.A. Турбулентная осесимметричная струя несжимаемой жидкости,вытекающая в спутный однородный поток той же жидкости.- Труды ЛГИ,Л.:1953,вып.5,с.15-23.

13. Быков В.М. Плановое расширение потоков в нижних бьефах гидротехнических со оружений.-Труды МЭИ,М.:1957,вып.XXIX,с.47-53.

14. Вентцель Е.С.Теория вероятностей М.:Наука,1969,.-576 с.

15. Вольф В.Г.Статистическая обработка опытных данных М.: Колос,1966.-255 с.

16. Востржел Г.В.Приближенное решение задачи планового расширения водных потоков.- Известия ВНИИГ,1961,т.67,с.Ю9-120.

17. Востржел Г.В. Методика расчета плана течений в прудах-охладителях при наличии в них больших водоворотных зон.- В кн.: Из опыта работы по проектированию,строительству и эксплуатации прудов охладителей. Львов,I960,с.51-75 /НТОЭП/.

18. Востржел Г.В. 0 расчетной зависимости для свободных струй Известия ВНИИГ,1954,т.52,с.15-39.

19. Габашвили Т.И. К вопросу о частном пороге чувствительности некоторых приборов для измерения пульсации скорости. Труды ГрузПИ.Тбилиси,1968,вып.8.

20. Годунов С.К.»Рябенький B.C.Разностные схемы (введение в теорию).-М.:Наука,1977.-440 с.

21. Гринвальд Д.И. Турбулентность русловых потоков Л.:Гид-рометеоиздат,1974.-166 с.

22. Гунько Ф.Г. 0 некоторых направлениях теоретической разработки гидравлики нижнего бьефа Известия ВНИИГ,I960,т.66, с.45-62.

23. Гунько Ф.Г. 0 формах сопряжения бьефов в пространственных условиях при донном режиме течения на плоском водобое.-Известия ВНИИГ,1956,т.55,с.133-155.

24. Гунько Ф.Г. Материалы по гидротехническим расчетам нижнего бьефа водосливных бетонных и железобетонных гравитационных плотин,возводимых на нескальных основаниях М.-Л.:Энергия, 1966.-55 с.

25. Гунько Ф.Г. 0 расширении спокойного потока в прямоугольном русле.-Известия ВНИИГ,I960,т.46,с.53-62.

26. Демидович Б.П.,Марон И.А.,Шувалова Э.З. Численные методы анализа.-М.:Физматгиз,1963.-400 с.

27. Иванков М.Т.О скоростях в потоке за водосливными плотинами.-В сб.:Гидравлика и гидротехника.-Киев:Техника,1979,вып.28, с.71-75.

28. Иванков М.Т. О длине затопленного и подтопленного прыжка в условиях русла с повышенной шероховатостью дна.- Гидротехническое строительство,1964,,с.51-56.

29. Иванков М.Т. К теории построения скоростей в гидравлическом прыжке.-Известия вузов СССР.-Сер.Строительство и архитек-тура,1964, F6,с.113-121.

30. Иванков М.Т. О структуре гидравлического прыжка при наличии повышенной шероховатости дна русла. В сб.'.Гидравлика и гидротехника .-Киев:Техника,1966,вып.3,с.72-82.

31. Караушев A.B. Исследование формы водной поверхности на закруглении потока.- Труды ГГИ,1950,вып.22(76),с.24-41.

32. Карпова Е.И.,Малеванчик B.C. О работе гидравлического рыбоподъемника Волгоградского гидроузла.- Гидротехническое строительство ,1969,F2,с.8-12.

33. Киппер З.М.,Милейко И.В. Гкбопропускные сооружения Советского Союза.-М.:1962.-72 с.

34. Коновалов И.М.,Баланин В.В.»Селезнев В.М. Построение поля скоростей на участке затопленного гидравлического прыжка.-Гидротехническое строительство,1962,№7,с.40-43.

35. Коновалов И.М. Свободные турбулентные струи жидкости -Труды ЛИИВТ,1937,вып.Х1У,с.251-253.38."Комаров В.К. Механическое оборудование механических рыбоподъемников (обзор) М.:Информэнерго,1972,.-39 с.

36. Крылов А.Н. Лекции о приближенных вычислениях.- М.:Гос-техиздат,1954.-400 с.

37. Кумин Д.И. Турбулентность и гашение энергии при сопряжении бьефов. Известия ВНИИГ,1956,т.55,с.47-55.

38. Леви И.И. Развитие плановой задачи гидравлики. Труды координационных совещаний по„гидротехнике. - Л.¡Энергия,1964, вып.ХУ,с.139-152.

39. Леви И.И. Движение речных потоков в нижних бьефах гидротехнических сооружений. Л.:Госэнергоиздат,1955.-256 с.

40. Леви И.И. Движение речного потока при наличии водово-ротных зон.-Известия ВНИИГ,1951,т.46,с.7-32.

41. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений.-Л.: Энергия,1967.-235 с.

42. Липай И.Э. Исследование надежности работы водобойных колодцев и гидравлической структуры потока на ними при различной степени затопления нижнего бьефа: Автореф.дис.кандтехн. наук Киев,1962,.-22 с.

43. Липай И.Э. О затухании повышенных пульсаций скоростей вдоль горизонтального крепления за водобойными колодцами.-Труды УкрИИВХ,1969,вып.9,с.33-38.

44. Лойцянский Л.М. Механика жидкости и газа.-М.:Физматгиз, 1970.-304 с.

45. Лятхер В.М. 1урбулентность в гидросооружениях.-М.:Энергия, 1968.-408 с.

46. Маккавеев В.М. Вопросы структуры осредненного поля скоростей турбулентных водных потоков.- Труды ГГИ,1950,вып.22 (76).

47. Малеванчик B.C. ,Ряховская Г.Н. Н>1бопропускные и рыбо-защитные сооружения. В кн. .'Гидротехнические сооружения комплексных гидроузлов. Под редакцией П.С.Непорожнего.М.:Энергия, 1973. Глава 10,с.202-216.

48. Малеванчик B.C. Метод выбора в системе гидроузла местоположения, количества и типа рыбопропускных сооружений,разработка и исследование ихп передвижных конструкций: Автореф.дис. канд.техн.наук Новочеркасск,1975.- 24 с.

49. Мелещенко Н.Т. Плановая задача гидравлики открытых потоков.- Известия ВНИИГ,1948,т.ХХХУ1,с.З-33.

50. Михалев М.А. Гидравлический расчет потоков с водоворотом.- Л.:Энергия,197I,.-184 с.

51. Михалев М.А. Дифференциальные уравнения и интегральные соотношения вязкой тяжелой жидкости. В сб.: Гусловые процессы и методы их моделирования.-Л.:Энергия,1977,с.30-38.

52. Михалев М.А. К теории донного гидравлического прыжка на твердой гладкой и шероховатой поверхности.- Труды ЛПИ,1966, вып.№274,

53. Михалев М.А. Применение теории несвободных струй для расчета внезапного увеличения глубины спокойного открытого потока.- Известия вузов СССР.- Сер.Строительство и архитектура, 1964,№3.

54. Михалев М.А. К теории донного гидравлического прыжка.Известия ВНИИГ,1965,т.78,с.117-140.

55. Михеев П.А., Степанов П.М. О показателе выделения привлекающего потока рыбопропускного устройства.- В кн.: Влбозащит-ные устройства на водозаборных сооружениях: Сб.научн.тр. Юж-НИИГиМ.Нов очеркасск,1981,с.19-26.

56. Михеев П.А.,Шкура В.Н. Экспериментальные исследования привлекающего потока на подходных участках к рыбопропускному устройству. В кн.:Влбозащитные устройства на водозаборных сооружениях: Сб.научн.тр. ЮжНИИГиМ,Новочеркасск,1981,с.27-33.

57. Монин А.С.,Яглом A.M. Статическая гидромеханика.Часть I. М,:Наука,1965,.- 639 с.

58. Никифоров И.В.»Кутянина Л.Г. йдбопропускные сооружения в СССР.-Влбное хозяйство,1976,№7,с.26-32.

59. Нумеров С.Н. К вопросу о построении плана спокойных течений .- Известия ВНИИГ,1950,т.42,с.16-37.

60. Нусенбаум. К методике опытов с рыбами на моделях гидроузлов в связи с проектированием рыбопропускных сооружений.-В сб.: Биологические основы применения рыбозащитных и рыбопропускных сооружений.М.:Наука,1978,с.191-208.

61. Олейник О.А.,Вентцель Т.Д. Первая краевая задача и задача копии для квазилинейных уравнений параболического типа-Математический сборник,1957,т.41.

62. Павлов Д.С. Биологические основы управления поведением рыб в потоке воды.-М.:Наука,1979.-319 с.

63. Павлов Д.С.,Барекян А.Ш.,Скоробогатов М.А.,Штаф Л.Г. Характеристики потока,формирующие трассы движения плотвы.-Доклады АН 1983,т.270,№6,с.1513,1516.

64. Панов Д.Ю. Справочник по численному решению дифференциальных уравнений в частных производных.- М.:Гос.изд.теор. -техн.лит.,195I,.-183 с.

65. Петров В.П.,Петрова М.А. Исследование скоростного поля потока в природных условиях.- Труды Ш Всесоюзного гидрологического съезда.-i960,т.5,с.342-346.

66. Поздняя Н.Г.,Егидис Б.М. Изменение турбулентных характеристик потока в натурных условиях,- В сб.:Прикладная механика. -Киев, 1964, т. I, вып. 2, с. 216-221.

67. Посадкова С.С. Гидравлические исследования блока питания рыбопропускного сооружения в виде водослива практического профиля:Автореф.дис.канд.техн.наук »Калинин,1975.-25 с.

68. Протодьяконов М.М.,Тедер Р.И. Методика рационального планирования эксперимента М.:Наука,1970.-76 с.

69. Рахманов А.Н. В влиянии начальных граничных условий на протяженность водоворотного участка расширяющегося спокойного потока.- Известия ВНИИГ,1973,т.94,с,3-9.

70. Рахманов А.Н. 0 влиянии шероховатости русла на протяженность водоворотного участка расширяющегося спокойного потока .-Известия ВНИИГ,1965,т.83,с.85-104.

71. Рахманов А.Н. Закономерности изменения протяженности водоворотного участка расширяющегося спокойного потока . Известия ВНИИГ,1965,т.78,с.83-109.

72. Рахманов А.Н.,Стефанович Г.В. 0 методах расчета спокойных потоков при внезапном расширении русла.-Известия ВНИИГ,1968, т.88,с.3-36.

73. России^ский К.И. Местный размыв речного дна в нижних бьефах гидротехнических сооружений В сб.:Проблемы регулирования речного стока.-М.:Из-во АН СССР, 1956,вып.6,с.48-96,.

74. Россинский К.И.,Карпычева З.Ф. Распределение скоростей при внезапном увеличении глубины и ширины потока.- В сб.Гидравлика сооружений и динамика речных русел.-М.:Из-во АН СССР, 1959,0.199-182.

75. Роуч. П. Вычислительная гидродинамика.-М.:Мир,1980.-616 с.

76. Строительные нормы и правила.-М.:Госстройиздат,1980.-4.2. Нормы проектирования.Гл.55.Подпорные стены,судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения: СНиП П-55-79,1980, 37 с.

77. Саваренский А.Д. Гасители энергии и крепление русел за плотинами .-М.:Госстройиздат,1938.

78. Скоробогатов М.А. Методика расчета распределения скоростей в нижнем бьефе гидроузла перед входом в рыбопроцускное сооружение- В кн.Исследование рыбопропускных и рыбозащитных сооружений .-Новочеркасск,1982,с.7-9.

79. Скоробогатов М.А.,Барекян А.Ш. Исследование влияния формы и размеров водобойного колодца на распределение скоростей в рыбо-накопителв: рыбопропускных сооружений.- В сб.:Гидрашшка и инженерна гидрология.-Калинин,КГУ,1981,с.41-56.

80. Скоробогатов М.А.,Павлов Д.С.,Барекян А.Ш.,Штаф Л.Г. Подход к выбору местоположения проектируемых рыбопропускных сооружений .-Доклады АН,1983,т.273,№1,с.250-253.

81. Соловьева А.Г. Экспериментальное исследование планового расширения потока при наличии водоворотных зон,- Известия ВНИИГ, 1951,т.46,с.33-52.

82. Тимощенко Я.В. Определение скоростей в нижнем бьефе за водосливными плотинами (плоская задача).- Гидротехническое строительство .1959,Ш,с.36-40.

83. Уманец И.К.,Шкура В.Н. Опыт эксплуатации рыбопропускного шлюза Кочетовского гидроузла (депон. в ВНИИ ГЭИСХ,31/Ш-1977,22.77).

84. Фидман Б.А. Результаты измерения турбулентности в равномерных и резко расширяющихся потоках.-Известия АН СССР,1953,№11, с.1630-1644.

85. Фидман Б.А. Поле скоростей в водном потоке при внезапном увеличении глубины Известия АН СССР,1953,№ 4.

86. Хапаева А.К. Гидравлический прьщок на гладком и шероховатом дне как пристеночная струя.- Известия ВНИИГ,1970,т.93.

87. Хинце И.О. Турбулентность,ее механизм и теория.- М.гФиз-матгиз , 1963 . 680 с.

88. Чертоусов М.Д. Гидравлика. Специальный курс.-М.:1962.-- 630 с.

89. Ширшов А.Н. Об одном методе определения коэффициента турбулентного перемешивания.- В сб.: Взаимодействие атмосферы и океана.-Киев:Наукова думка,1966,с.115-119.

90. Ширшов А.Н. Численные методы в гидравлике нижнего бьефа . М.:Энергия,1974.-119 с.

91. Ширшов А.Н.,Мигунова Г*И. 0 течении в гидравлическом прыжке.-В кн.:Математика и ЭВМ в мелиорации.-М.:1971,с.13-19.

92. Ширшов А.Н. Применение ЭЦВМ для расчета скоростных полей в нижних бьефах совмещенных ГЭС.-Известия ВНИИГ,1965,т.78, с.404-416.

93. Ширшов А.Н. Бух потоку на рисберми и водовои.-Допови-ди АН У РСР, 1958,вып.4.

94. Шеренков И.А. Прикладные плановые задачи гидравлики спокойных потоков,- М.:Энергия,1978,.-240 с.

95. Шеренков И.А. Распределение средних по глубине скоростей в русле при равномерном течении. В сб.:Гидравлика и гидротехника .-Киев:1976,№22,с.6-12.

96. Шкура В.Н. Экспериментальные исследования по использованию гидравлических условий в зоне поисков для повышения эффективности работы рыбопропускных сооружений: Автореф.дис.канд. техн.наук Новочеркасск,1974. - 21 с.

97. Шкура В.Н. йябоцропускные сооружения низконапорных гидроузлов (учебное пособие для слушателей факультета повышения квалификации) Новочеркасск,1979. - 98 с.

98. Шкура В.Н.,Усков В.И. О работе Краснодарского рыбоподъемника.-Ркбное хозяйство,1980,№8,с.37-38.

99. Шрагин Н.В.О распределении скоростей в нижнем бьефе совмещенных ГЭС (плоская задача) В сб.:Сборник докладов по гидротехнике (ВНЙИГ).- М.-Л.:Энергия,1965,вып.6,с.246-261.

100. Шрагин Н.В. Влияние турбины на распределение осреднен-ных скоростей в нижнем бьефе совмещенной ГЭС В сб.:Сборник докладов по гидротехнике (ВНИИГ) - М.-Л.:Энергия,1965,вып.6,с.243-248.

101. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя.-М.:Наука,1969.-- 742 с.

102. Штаф Л.Г.,Павлов Д.С.,Скоробогатов М.А.,Барекян А.Ш. Изучение влияния степени турбулизации потока на поведение рыб.- Вопросы ихтиологии,т.23,вып.2,1983,с.307-317.

103. Kalis I. Diminution de la turbulence derrière la res-suat ( доклад I.II на 9-ом конгрессе МАГИ) Белград,1961.

104. Rajartnam U. Submerged hydraulic jump. Proc. ASCE, v.91, NHY 4, 1965.

105. Rajartnam U. The hydraulic jump as a wall jet. Proc. ASCE, 1965, v.9. WHY 9.

106. Clay C. Design of fishways and other facilities. Ottawa: Dept. Pish Can., 1961, p.301-308.

107. Reiehardt H. Saws of free turbulence. Gesetzmässigkeiten der freiez Turbulenz. VDI - Porschungsheft, 1951, IT 414, p.151-159.

108. Tollmien W. Berechnung turbulenter augberaitun gevor-gauge. ZAMM, 1920.пшлишшии I.

109. Программа № I для расчета распределения скоростей потока в нижнем бьефе гидроузла в зоне привлечения рыб1. УР5I 01ортюы щик // ех^З ?1/\

110. РЯ0С5( РЯООБоийЕ О Р Т Ь 0 N 5 (М А ! N ! }

111. ОЕС^АЙЕ <ио(?§|25».*0(25»25),«0125»25П 0Ес!нАи Р1ХвО(4,2», < и < 24 2 5 , 25 | ( и 1 < 2 • 25 »25 1 »УС (29) ,ИР(25> .Ар (25) 1 РР?25 I > 0ЕС1НН Р1ОАТС10), 1МСС?9> ) Обе I МАи РЮАТ ( 10) ,

112. Н(2-»25.25) , У!2(25»?5)) ОЕС^ди Р|.ОАТ(|0)» (СР.25),0Р(25)* А « 291»0(25)) 0ЕС1МА1 РЦОАТ( 10),0ЕСШ1 ГЮАТ Я») »

113. ВР.В ,0) ОЦС1 МАЦ РЮАТ 110) .

114. О| 0ЕС1ИА1 РиОАТЦй! , (I ,0а»М,г|2;Е^0) 0ЕС1НА1 Р1Х|0(2!> 1Р? ВЕС1МА(, ¥10АТП91 I ( лиг А I 0?С|ЦА1 Р1.ОАТЦ0» »

115. СЕТ ПЭТ ( {МО ( 10 1 I ) 00 I = 1 ТО -Щ Г.00 151 то N1 00 Ори ТО 16? 1)0(0*1 > =ио I 10» I ) ! £N05 ЕНО;ао то с; оо то N ; и(3(0,1)=г; уо(о,I?=0; Еиогеио;o