Методика определения характеристик волнения в нижнем бьефе гидроузлов при работе водосбросных сооружений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.16, кандидат наук Петров, Олег Александрович

• Петров, Олег Александрович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Петров, Олег Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы по волнообразованию в нижнем бьефе гидроузлов при работе водосбросных сооружений

1.1. Примеры волнообразования в нижнем бьефе гидроузлов и последствия волнового воздействия в натурных условиях

1.1.1. Схема сопряжения бьефов отбросом потока от сооружения

1.1.2. Схема гашение энергии в водобойном колодце или на креплении

1.2. Примеры лабораторных исследований волнообразования в нижнем бьефе гидроузлов

1.3. Анализ имеющихся предложений по оценке высоты волн

1.4. Выводы

Глава 2. Исследования параметров волн в нижнем бьефе гидроузлов

2.1. Методика проведения экспериментальных исследований

2.1.1. Сопоставление результатов измерений разными методами

2.2. Бурейский гидроузел

2.2.1. Основные параметры водосбросных сооружений Бурейского гидроузла

2.2.2. Исследования параметров волн в нижнем бьефе гидроузла

2.3. Зейский гидроузел

2.4. Гоцатлинский гидроузел

2.5. Гидроузел ЛайЧау

2.5.1. Основные параметры водосбросных сооружений

2.5.2. Результаты исследований параметров волн при деформации русла нижнего бьефа

2.5.3. Результаты исследований параметров волн с ямой гашения энергии

2.6. Богучанский гидроузел

2.7. Нижне-Бурейский гидроузел

2.8. Нижне-Зейский гидроузел

2.9. Камский гидроузел

2.10. Сопоставления результатов натурных и лабораторных измерений

Глава 3. Методика определения параметров волн в нижнем бьефе гидроузлов

3.1. Вводные замечания

3.2. Общие положения и область применения

3.3. Определение параметров волн при отбросе потока от сооружения

3.3.1. Вводные замечания

3.3.2. Местоположение створа возникновения исходной волны

3.3.3. Определение исходной высоты волны

3.4. Определение параметров волн при гашении энергии в водобойном колодце или на креплении

3.4.1. Вводные замечания

3.4.2. Местоположение створа возникновения исходной волны

3.4.3. Определение исходной высоты волны

3.5. Закономерность снижение высоты исходной волны от расстояния

3.5.1. Вводные замечания

3.5.2. Закономерность снижения исходной волны

3.6. Определение длины волны

Глава 4. Численное моделирование течений при работе водосбросных сооружений Бурейского гидроузла

4.1. Вводные замечания

4.2. Математическая модель

4.3. Результаты расчетов и сопоставления их с экспериментальными данными

4.4. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Характерные примеры кривых обеспеченностей высот волн при пропуске через Бурейский гидроузел различных расходов

Приложение Б. Характерные примеры обработанных записей волн в нижнем бьефе Бурейского гидроузла

Приложение В. Сводные таблицы граничных условий при проведении исследований характеристик волнения на моделях гидроузлов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика определения характеристик волнения в нижнем бьефе гидроузлов при работе водосбросных сооружений»

ВВЕДЕНИЕ

Одной из задач гидротехнического строительства и эксплуатации гидроузлов является обеспечение надежной и безопасной работы сооружений в нижнем бьефе, в частности устойчивости откосов берегов и их креплений. Основные воздействия на откосы берегов в нижнем бьефе, оказывают волны и течения. Их раздельное или совместное воздействие может привести к повреждению сооружений, подмыву неукрепленных берегов или разрушению их креплений. Вопрос о защите берегов за гидроузлами приобретает особую значимость, если на них располагаются автодороги, площадки ОРУ, промзоны, опоры ЛЭП.

Анализ литературы показал, что лабораторные исследования, включающие измерения параметров волн в русле, выполнялись для большинства случаев при обосновании проектов защиты берегов, но небольшое количество опубликованных материалов не позволяло выполнить их обобщение и предложить расчетные зависимости, которые могли быть использованы еще на стадии проектирования.

До выполнения этой работы имелись лишь отдельные измерения высоты волн, их ориентировочные оценки, предложения по определению высоты волн на ближайшем к концу гидравлического прыжка участке для плоских условий, а обобщенные рекомендации и методики отсутствовали. Отсутствовали и данные по определению закономерностей снижения высоты волн с расстоянием от места их образования.

Диссертационная работа ориентирована на изучение перемещающихся волн (их высоты и длины), оказывающих наибольшее воздействие на откосы берегов, их крепления и сооружения в нижнем бьефе.

Иногда необходимо знание и скоростей течения, как в русле нижнего бьефа, так и непосредственно у защитного устройства, но эта сложная задача должна явиться предметом других исследований, часть из которых в настоящее время выполнены (см. например, [1-9] и др.). В ряде случаев измерения скоростей выполнялись на моделях и их результаты приведены в работе, но методика их определения здесь не дана. Дифракция и рефракция волн специально не изучались, хотя на моделях отмечено значительное снижение их высоты при обтекании волновым фронтом раздельных стен или устоев.

Целью работы являлось разработка методики определения характеристик волнения (высота, длина) в нижнем бьефе гидроузлов при работе водосбросных сооружений, как для варианта сопряжения бьефов отбросом потока от сооружения, так и при гашении энергии в водобойном колодце или на креплении.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи

1. Проведение экспериментальных исследований на пространственных моделях различных гидроузлов и измерение на них параметров волн при разных граничных условиях, как для варианта отброса струи от сооружения, так и в случае гашения энергии в водобойном колодце или на креплении.

2. Сопоставление результатов измерений параметров волн с натурными материалами для условий Бурейского и Камского гидроузлов.

3. Разработка методики по определению параметров волн в нижнем бьефе при работе водосбросных сооружений.

4. Проведение численного моделирования течений при работе водосбросных сооружений Бурейского гидроузла и пропуске через него различных расходов.

Методы исследований

В основу диссертационной работы были положены следующие методы:

- экспериментальные исследования характеристик волнения в нижнем бьефе на физических моделях восьми гидроузлов;

- численное исследование течений при работе водосбросных сооружений для варианта сопряжения бьефов отбросом потока.

Научная новизна работы заключается в:

• проведении и обобщении экспериментальных исследований на физических моделях различных гидроузлов как для варианта сопряжения бьефов отбросом потока (Бурейский, Зей-ский, Гоцатлинский гидроузлы и ГЭС ЛайЧау), так и при гашении энергии в водобойном колодце или на креплении (Нижне-Зейский, Нижне-Бурейский, Богучанский, Камский гидроузлы); измерении параметров волнения в нижнем бьефе при пропуске различных сбросных расходов и получении закономерностей их изменения от граничных условий; сопоставлении полученных результатов исследований с натурными данными для ряда гидроузлов;

• разработке методики определения характеристик волнения в нижнем бьефе гидроузлов как за местом сопряжения потока с нижним бьефом, так и с удалением от зоны образования.

Практическая значимость работы

Разработанная расчетная методика позволяет по известным характеристикам (сбросной расход, перепад уровней в бьефах, степень затопления гидравлического прыжка, характерная глубина воды за зоной падения струи и ширина отводящего русла) определять параметры волнения, как в случае отброса потока от сооружения, так и при гашении энергии в водобойном колодце или на креплении.

Методика позволяет на стадии проектирования гидроузлов производить оценки технических особенностей вариантов сопряжения бьефов и обосновывать необходимость защитных конструкций берегов нижнего бьефа при пропуске сбросных расходов на значительном расстоянии от плотины.

Результаты работы использованы в проектах защитных креплений берегов нижнего бьефа Бурейского и Зейского гидроузлов.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований, включающие измерения характеристик волнения в нижнем бьефе при работе водосбросных сооружений Бурейского, Зейского, Гоцат-линского, Богучанского, Нижне-Зейского, Нижне-Бурейского, Камского гидроузлов и ГЭС ЛайЧау;

- анализ и обобщение имеющихся данных по параметрам волн; сопоставление полученных результатов измерений с натурными данными;

- расчетная методика определения параметров волн в русле нижнего бьефа гидроузлов при работе водосбросных сооружений.

Достоверность результатов работы обеспечивается:

- применением теории моделирования гидравлических процессов;

- применением стандартных апробированных средств измерений и методов обработки экспериментальных данных;

- согласованностью результатов экспериментальных измерений с натурными данными и численным моделированием.

Апробация работы

Основные и отдельные положения работы в процессе ее выполнения представлялись и докладывались на:

• 76-й международной комиссии по большим плотинам (Болгария, 2008);

• 35-м конгрессе МАГИ (Китай, 2013);

• научно - технических конференциях «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии»;

• секциях ученого совета ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева».

Публикации

По теме диссертационной работы автором опубликовано 6 статей, в том числе 4 работы

в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в:

- изучении и анализе литературы по тематике диссертационной работы;

- выполнении экспериментальных исследований и измерении параметров волн на моделях различных гидроузлов;

- проведении натурных исследований характеристик волнения при работе водосбросных сооружений для ряда объектов;

- обработке, анализе и обобщении полученных в ходе работы экспериментальных материалов, а также данных опубликованных в литературе;

- подготовке исходных данных, выполнении численных расчетов и проведении сопоставлений полученных результатов с экспериментальными данными;

- разработке методики по оценке параметров волнения в нижнем бьефе гидроузлов.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 106 наименований и трех приложений. Материал работы изложен на 156 страницах с рисунками и таблицами.

Глава 1. Обзор литературы по волнообразованию в нижнем бьефе гидроузлов

при работе водосбросных сооружений

Практика гидротехнического строительства потребовала изучения значительного числа видов волн, существенно различающихся по причинам возникновения и их параметрам. В [1011], например, приведено более 40 терминов, определяющих волны различного типа, причем, только ветровые волны подразделяются более чем на 10 видов, таких как нерегулярные, прогрессивные, на мелкой и глубокой воде, ветровые и др. Приведенный в [10-11] перечень не является исчерпывающим. На практике приходится рассматривать и другие виды волн, такие как катящиеся волны, прыжок-волна и пр.

Особый интерес, для гидротехнических сооружений (ГТС) на реках, представляют волны, возникающие в верхнем бьефе гидроузлов (в водохранилищах), к которым относят ветровые, паводочные, волны, вызванные обрушением береговых массивов, а также волны, образующиеся в нижнем бьефе, такие как волна прорыва, попуска, прыжок-волна. Широко применяются в этой области результаты экспериментальных и теоретических исследований по волнообразованию. По ряду вопросов имеется обширная литература. Разработаны методики расчета по определению нагрузок и воздействий на берега и ГТС от волнения [12-19]; предложены на основании расчетов и экспериментальных исследований различные конструкции берегоукрепительных сооружений [20-25]. Изучен вопрос об образовании катящихся волн, возникающих вследствие потери устойчивости потока на быстротоках и борьбе с этими волнами [26-32]; даны рекомендации по расчету волнообразования на трактах высоконапорных водосбросных сооружений (например, см. [33-34]). Широко разработан вопрос об образовании волн в водохранилищах, связанных с обвалом скальных пород, а также при переработке их берегов [35-41]. Вследствие развития компьютерного моделирования, стало возможным достаточно надежно определять территорию подтопления местности при частичном или полном разрушении плотины и образованием за ней волны-прорыва. С помощью современных компьютерных программ стало доступно проведение численных исследований в области гидротехнического строительства и гидравлики водосбросных сооружений (см. например [42-48]). Опубликованы материалы по расчету гидравлического прыжка и прыжка-волны [49-58], а также гидравлике ветровых волн [59-65].

Некоторые вопросы волнообразования, представляющие значительный интерес для практики, изучены в настоящее время относительно слабо. Недостаточно изучены волны, возникающие в нижнем бьефе гидроузлов при работе водосбросных сооружений. В данном случае имеются в виду не волны попусков, а перемещающиеся волны, инициируемые взаимодействием сбросного потока с объемом водных масс нижнего бьефа.

Параметры таких волн для конкретных сооружений определяются, как правило, экспериментально в лабораторных условиях и их результаты используются при проектировании защитных креплений в нижних бьефах. В настоящее время отсутствуют обобщенные расчетные рекомендации и методики по определению параметров волн в нижнем бьефе гидроузлов и закономерностей их снижения с расстоянием от места образования. В случае применения схемы с отбросом потока от сооружения волнообразование в русле может быть более интенсивным, по сравнению со схемой гашения энергии в водобойном колодце или на креплении. Количественная оценка параметров волнения в этих случаях в настоящее время возможна только на основе проведения специальных экспериментальных исследований. В связи с этим, может оказаться неэффективным принятое без проведения исследований проектное решение о применении схемы сопряжения отбросом потока, если в последующем потребуется выполнение дорогостоящих мероприятий по защите берегов или ГТС в нижнем бьефе от волнового воздействия.

Большое практическое значение имеет изучение волнообразования и за водосбросами с гасителями, т.к. даже при их наличии в нижнем бьефе могут возникать волны, распространяющиеся на достаточно большое расстояние от сооружения и приводящие к негативным последствиям.

Приведем примеры волнообразования в нижнем бьефе гидроузлов и последствия волнового воздействия, подтверждающие актуальность настоящей работы.

1.1. Примеры волнообразования в нижнем бьефе гидроузлов и последствия волнового

воздействия в натурных условиях

1.1.1. Схема сопряжения бьефов отбросом потока от сооружения

В случае пропуска сбросных расходов в начальный период работы водосбросных сооружений и падении потока на еще неразмытое русло, глубин в русле обычно оказывается недостаточно для затопления струи с образованием гидравлического прыжка. Возникает отогнанный прыжок на некоторое расстояние, что инициирует возникновение в нижнем бьефе системы значительных по высоте волн, распространяющихся от места падения потока, которые могут привести к подмыву берегов или разрушению их креплений.

При образовании ямы размыва в зоне падения струи или наличии глубин в русле нижнего бьефа, достаточных для образования гидравлического прыжка, так же образуются волны, распространяющиеся от этой зоны вниз по течению, но имеющие меньшую высоту, чем в случаях малых глубин и незатопленного гидравлического прыжка. Эти волны также могут привести к негативным последствиям в нижнем бьефе.

Красноярская ГЭС

При пропуске расходов через водосбросные сооружения этого гидроузла имели место неоднократные повреждения левого берега и его крепления, начавшиеся еще на стадии строительства, и продолжавшиеся при постоянной эксплуатации гидроузла.

В 1970 году при пропуске через водосливную плотину расхода 5100 м /си работе пролетов № 3, 4, 5 с полным открытием затворов произошел размыв левого берега, отсыпанного из горной массы, на ближайшем к плотине участке длиной 200 м и шириной, достигающей в отдельных местах до 45 м, из-за воздействия волн высотой около 3-х метров [66]. После проведения осмотра повреждений было принято решение об устройстве монолитного крепления этого берега на длине 450 м с бетонным зубом, заглубленным в грунт на 4-5 м и опирающимся на скалу. На участке, с наибольшими скоростями течения и волновыми нагрузками, на длине около 70 м были установлены железобетонные сваи с заглублением в скалу на 5 м. Сваи так же требовалось установить в местах, где низ бетонного зуба не доходил до скалы из-за ее глубокого залегания. Установка дополнительного свайного крепления позволяло допускать локальные размывы по длине бетонного зуба без его серьезного повреждения. Облицовка откоса выполнена из железобетонных плит толщиной 30 см на начальном участке и 20 см на остальной длине. Заложение откоса 1:2 выбрано из условия наилучшего гашения волн. Облицовка выполнена полосами шириной 5 м с армированием; швы между полосами водонепроницаемые; под плитой уложен обратный фильтр. Пазухи между бетонным зубом облицовки и монтажной насыпью (банкетом) засыпалась крупным камнем. Конечный участок берега, где скорости и высота волн относительно небольшие, выполнен без устройства зуба с опиранием облицовки на каменный банкет. Дальше крепление состояло из каменной отсыпки с диаметром отдельностей 40 - 70 см.

о

В 1972 году при пропуске расхода через водосливную плотину равного 5200 м /с произошло разрушение участка крепления откоса левого берега. Произошел подмыв зуба глубиной, на ряде участков, до 2-3 м, а распространение подмыва под конструкцию в отдельных местах произошло на всю ширину секции зуба, равную 8-10 м; смыто 5 плит крепления. Разрушение части укрепленного бетонными плитами на участке плит 17-24 от начала крепления, а также размыв берега в районе очистных сооружений и подъездной автодороги произошли ив 1988 году при пропуске паводка с максимальным расходом 7000 м /с. На основании топографической съемки 1989 года разработано проектное решение по восстановлению разрушенного участка крепления с устройством упорного зуба по существующему основанию. Предусмотрено крепление из монолитного бетона с каркасами из бетонных блоков с последующим омоно-личиванием [66].

Очередное повреждение левого берега произошло в 2006 году после пропуска расхода через все пролеты водосброса (кроме пролета №1 ближайшего к левому берегу) с полностью

открытыми затворами. Общий суммарный расход через гидроузел составил более 15500 м3/с, из

о

них через водосброс 8200 м /с.

После осмотра крепления были сделаны следующие выводы:

- потерял устойчивость опорный блок, расположенный вблизи плотины (рисунок 1.1);

- смещены три плиты крепления, находящиеся на расстоянии 100 м от плотины (рисунок

1.2);

- вымыт гравийный грунт из-под плит; в ряде мест плиты просели (рисунок 1.2). Причиной повреждения крепления левого берега явилось воздействие на него волн и

сильного водоворотного течения непосредственно вблизи плотины [66].

В настоящее время проведены работы по восстановлению крепления, в том числе и при помощи забивки свай в специальные отверстия плит крепления.

В условиях, когда берега нижнего бьефа могут быть подвержены размыву, как при строительстве, так и при эксплуатации гидроузлов, целесообразно еще на стадии проектирования предусматривать конструкции креплений берегов, обеспечивающие минимальные затраты на их восстановление и ремонт в годы постоянной эксплуатации.

Бухтарминская ГЭС

В значительной мере в связи с наличием мощного волнения, образующегося в зоне падения струи, происходили неоднократные повреждения крепления правого берега на Бухтармин-ском гидроузле. На значительной длине было размыто крепление этого берега, выполненного из каменной наброски. Оказалось недостаточным и усиление его тетраэдрами массой около 4 т. Пропуск расхода около 700 м3/с, составляющего около 45% от расчетного, привел к существенному повреждению и этого крепления (рисунок 1.3). Лишь выполнение монолитного бетонного крепления этого берега позволило обеспечить его надежную защиту от размывов.

Зейская ГЭС

Интенсивное волнение в нижнем бьефе наблюдалось в период пропуска строительных расходов через Зейский гидроузел. При пропуске в 1974 г расходов около 8000 м3/с в период половодья и до 11500 м3/с в период осеннего паводка при работе 8 донных отверстий из 10, наблюдалось постоянное заплескивание воды на ряжевый съезд по низовой продольной перемычке, что привело к частичному ее размыву. Во время пропуска паводка происходил подмыв правого берега, закрепленного скальной породой, который увеличился с повышением сбросного расхода. Интенсивный характер размыва вызывался не столько скоростным течением, сколько волновым воздействием потока на этот берег [67].

Рисунок 1.1- Смещенный упорный блок и плиты крепления левого берега

в нижнем бьефе Красноярского гидроузла

Рисунок 1.2 - Смещенные и просевшие плиты крепления левого берега в нижнем бьефе

Красноярского гидроузла после пропуска паводка 2006 года

Рисунок 1.3 - Размыв укрепленного тетраэдрами правого берега при пропуске сбросных

расходов через Бухтарминский гидроузел

При пропуске паводка 2007 года через эксплуатационный водосброс этого гидроузла, с

о

максимальным расходом 5000 м /с, произошло разрушение плитчатого крепления правого берега за плотиной и, вымыв грунта с обнажением трубопровода, проложенного по этому берегу (рисунок 1.4). Разрушение произошло на участке длинной около 300 м, начиная в месте, где подпорная стенка с отметкой верха 230 м переходит в крепление откосного типа с толщиной плит 0,4 м и распространилось далее вниз по течению [68].

Пропуск паводка 2013 года с близким по значениям сбросного расхода через водосброс этого гидроузла привел к подмыву правого берега и разрушению автодороги на этом берегу, выполненной из ж/б плит (рисунки 1.5 и 1.6).

Рисунок 1.4 - Разрушение плитчатого крепления правого берега в нижнем бьефе Зейской ГЭС с обнажением трубопровода после пропуска паводка 2007 г

Бурейская ГЭС

В период пропуска строительных расходов через глубинные водосбросные сооружения

о 1

Бурейского гидроузла в 2004 г ((}„ = 3340 м /с; (Зг-эс = 540 м /с) на расстоянии около 400-450 м от оси плотины происходил подмыв правого берега (рисунок 1.7), за счет воздействия на него волн, высотой около 1,5 м.

Рисунок 1.5 - Разрушение автодороги на правом берегу в нижнем бьефе Зейской ГЭС после пропуска паводка 2013 г

Рисунок 1.6 - Подмыв правого берега на расстоянии около 500 м от оси плотины в нижнем бьефе Зейской ГЭС после пропуска паводка 2013 г

Рисунок 1.7 - Подмыв правого берега в нижнем бьефе Бурейского гидроузла при пропуске строительных расходов

Для периода постоянной эксплуатации по модельным данным высота волн при пропуске расчетного расхода должна была составлять у правого берега до 6-7 м. С учетом малой вероятности пропуска высокого расхода в начальный период работы эксплуатационного водосброса и развития размывов русла в месте падения струи и как следствие, более интенсивного гашения энергии в нижнем бьефе, расчетная высота волн, для обоснования защитного крепления берега, была принята равной 4 м [69].

На основании исследований для периода постоянной эксплуатации гидроузла выполнено монолитного крепление правого берега откосного типа с толщиной плит 1 м на участке длинной 1 км; выполнена бетонная облицовка левого берега на участке длиной 100 м от плотины, обеспечивающая устойчивость скального массива от волнового воздействия при пропуске сбросных расходов.

Гидроузел Кабора-Басса

Имеются натурные данные о значительном волнении в нижнем бьефе гидроузла Кабора-Басса, расположенного на р. Замбези в Мозамбике. Пропуск через гидроузел больших удельных

л

расходов около 25 м /с, при высоте падения потока более 100 м, сопровождался образованием высоких волн и значительной пульсацией потока. В выходной части отводящих туннелей ГЭС при работе водосбросных сооружений наблюдались волны высотой до 10 м, которые проникали по коротким отводящим туннелям большого сечения до уравнительных резервуаров. Влияние этих волн распространялось до выходного сечения отсасывающих труб гидроагрегатов и при-

водило к их неустойчивой работе. Пропуск сбросных расходов даже через одно отверстие водосброса приводил к образованию вблизи выходного сечения отсасывающих труб волн высотой в несколько метров, что влияло на условия работы гидроагрегатов и вызывало значительную пульсацию давления в отсасывающих трубах ГЭС [70-71].

Гидроузел Плейкронг

При пропуске паводка, близкого к расчетному, через гидроузел Плейкронг, расположенного во Вьетнаме на р. Да (рисунок 1.8), произошло повреждение монолитного крепления правого берега и подмыв неукрепленных берегов (рисунок 1.9)1. Из рисунка 1.8 видно, что волнение в нижнем бьефе гидроузла особенно интенсивное за местом падения струи и вблизи здания ГЭС. Последствием таких разрушений явилось то, что высокий паводок пришел в начальный период эксплуатации водосбросных сооружений в условиях недостаточного развития ямы гашения энергии в месте падения струи и менее эффективного гашения энергии потока в нижнем бьефе.

1.1.2. Схема гашение энергии в водобойном колодце или на креплении

При гашении энергии сбросного потока в водобойном колодце или на креплении в нижнем бьефе, как и в случае отброса потока, образуются волны, распространяющиеся вниз по течению. Их высота несколько ниже при выборе данной схемы сопряжения, но и в этом случае волновые воздействия могут привести к подмыву неукрепленных берегов или разрушению недостаточно надежного крепления. Подмыв берегов на некоторых гидроузлах наблюдался еще на стадии строительства, и продолжался в период дальнейшей эксплуатации сооружений, причем на значительных по длине участках русла.

Саяно-Шушенская ГЭС

При рассеянии энергии сбросного потока в водобойном колодце Саяно-Шушенского гидроузла, в нижнем бьефе при работе водосброса высота волн в период строительства составляла 1,0 - 1,5 м. При прохождении паводка 1979 года с расходами через водосливную плотину до 7000 м3/с произошли значительные размывы насыпных берегов. Разрушения начались на правом берегу - на участке протяженностью около 50 м (рисунок 1.10), примыкающем к правобережной бетонной стенке (рисунок 1.11), а по левому берегу от столовой до причала для разгрузки рабочих колес (рисунок 1.12). Зона разрушения берегов резко возросла при повышении сбросного расхода с 5000 до 7000 м3/с и распространилась вдоль левого берега на 50-100 м ниже временного здания дирекции, а по правому - до здания УОС (см. рисунок 1.10).

1 Фотографии на рисунках 1.8 и 1.9 предоставлены ГИПом гидроузла ЛайЧау во Вьетнаме В.А. Волобоевым

Рисунок 1.8- Волнение в нижнем бьефе при пропуске паводка через гидроузел Плейкронг

Рисунок 1.9 - Разрушение монолитного крепления правого берега в нижнем бьефе

гидроузла Плейкронг

Рисунок 1.10 - Схема расположения основных и вспомогательных сооружений в нижнем бьефе Саяно-Шушенского гидроузла

Рисунок 1.11— Воздействие волн на правый берег за водобойным колодцем Саяно-Шушенской ГЭС; С^ = 5140 м3/с; отм. УВБ = 412,6 м; отм. УНБ =324,9 м

л

Рисунок 1.12 - Размыв левого берега за Саяно-Шушенской ГЭС на участке от столовой до причала для разгрузки рабочих колес; С>гу = 7200 м /с

Основным воздействием, в результате которого происходило разрушение берегов, являлось волновое. Под воздействием течения, направленного поперек русла, возникал параллельный берегу волновой фронт. Периодически происходил накат волн на берега. Набегая на берег и скатываясь с него, волна смывала насыпь. Во время прохождения пика паводка на размываемых участках левого берега велась интенсивная подсыпка камня и железобетонных конструкций (блоков, плит, коробов). Кромка правого берега приобрела зигзагообразную форму, с чередующимися углублениями и выступами. Выступы образовались в местах, где в береговой отсыпке содержалось достаточное количество бетонных блоков и негабаритов, а углубления -там, где их не хватало. Во время пропуска паводка 1979 г. было отмечено, что размыв развивался с ростом сбросных расходов и прекратился после отсыпки на наиболее опасных участках различных железобетонных изделий и негабаритов массой до 6,5 тонн (рисунок 1.13).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Петров, Олег Александрович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамович, Г.Н. Теория гидротурбинных струй / Г.Н. Абрамович. - М.: Госиздат физ.-мат. литературы, 1960. - 715 с.

2. Стефанович, Г.В. Опыт применения закономерностей расширения свободной турбулентной струи для оценки режимов течения за водовыпуском / Г.В. Стефанович // Известия ВНИИГ. - 2000. - т.236. - С. 134-140.

3. Богомолов, А.И. Высокоскоростные потоки со свободной поверхностью / А.И. Богомолов, B.C. Боровков, Ф.Г. Майрановский. - М.: Стройиздат, 1979. - 344 с.

4. Арефьев, Н.В. Методика расчетов открытых потоков в системе каналов и русел / Н.В. Арефьев, Б.А. Соколов // Труды Ленгипроводхоза. - 1976. - Вып. 6. - С. 5-15.

5. Гунько, Ф.Г. Методика гидравлических расчетов нижних бьефов многопролетных плотин на равнинных реках при маневрировании затворами / Ф.Г. Гунько. - Л.: Госэнергоиздат, 1957.-88 с.

6. Кнороз, B.C. Неразмывающие (предельные) скорости разнозернистых по крупности несвязных материалов / B.C. Кнороз // Известия ВНИИГ. - 1962. - т.71. - С. 19-29.

7. Леви, И.И. Движение речных потоков в нижних бьефах гидротехнических сооружений / И.И. Леви. - М.: Госэнергоиздат, 1955. - 256 с.

8. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений. Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 624 с.

9. Рекомендации по расчету местных размывов русел, сложенных из нескальных грунтов, за креплениями средненапорных водосливных плотин. П 90-80. - Л.: ВНИИГ, 1981. - 40 с.

10. Чугаев, P.P. Гидравлические термины / P.P. Чугаев. - М.: Высшая школа, 1974. - 104

с.

11. Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения. СО 34.21.308-2005. -Санкт-Петербург: ВНИИГ, 2005. - 52 с.

12. Лаппо, Д.Д. Нагрузки и воздействия ветровых волн на гидротехнические сооружения. Теория. Инженерные методы. Расчеты / Д.Д. Лаппо, С.С. Стрекалов, В.К. Завьялов. - Л.: ВНИИГ, 1990.-432 с.

13. Шанкин, П.А. Воздействие волн на гидротехнические сооружения / П.А. Шанкин. -М.: Речтрансиздат, 1955. - 240 с.

14. Пышкин, Б.А. Динамика берегов водохранилищ / Б.А. Пышкин. - Киев: Изд-во АН УССР, 1973.-92 с.

15. Руководство по определению нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). П 58-78. - Л.: ВНИИГ, 1977. - 316 с.

16. Молеро, Ф.Ф. Крепление волновых откосов / Ф.Ф. Молеро. - Киев: Госстройиздат УССР, 1960.-162 с.

17. Taylor, K.V. Slope protection on earth and rockfill dams / K.V. Taylor // 11th International congress on large dams (ICOLD). - 1973. - Q.42. - R.13. - P. 215-235.

18. Yarde, A.J. Reservoir dam: wave conditions, wave overtopping and slab protection / A.J Yarde, L.S. Banyard, N.W.H. Allsop. - HR Wallingford Limited, 1996. - 62 p.

19. Rundgren, L. Water waves forces. A theoretical and laboratory study / L. Rundgren // Bulletin of the institute of hydraulics. - 1958. - №54. - P.84-114.

20. Шайтан, B.C. Проектирование креплений земляных откосов на водохранилищах /B.C. Шайтан. - М.: Стройиздат, 1986. - 216 с.

21. Гугняев, ЯЗ. Лабораторное исследование крепления пологого откоса плотины Горь-ковского гидроузла / Я.Э. Гугняев, B.C. Шайтан // Волновые исследования гидротехнических сооружений. ВНИИ ВОДГЕО. - М., 1961. - с.89-107.

22. Жданов Ю.К. Асфальтобетонные крепления откосов гидротехнических сооружений / Ю.К. Жданов. - М.: Стройиздат, 1984. - 188 с.

23. Гамаженко, B.C. Опыт применения берегоукрепительных сооружений / B.C. Гама-женко. - М.: Машстройиздат, 1950.-158с.

24. Смирнова, Т.Г. Берегозащитные сооружения / Т.Г. Смирнова, Ю.П. Правдивец. - М.: Изд. Ассоциация строительных вузов, 2002. - 302 с.

25. Shore protection, planning and design, U. S. Coastal Engineering Research Center. Technical report (Coastal Engineering Research Center (U.S.)), 1966. - № 4. - 580 p.

26. Айвазян, O.M. О применении усиленной шероховатости для предотвращения волнообразования на быстротоках / О.М. Айвазян // Гидротехника и мелиорация. - 1966. - № 10. - С. 79-84.

27. Федоров, Е.П. Об образовании волн на быстротоках / Е.П. Федоров // Гидротехническое строительство. - 1954. - №3. - С. 29-32.

28. Гиргидов, А.Д. Косые волны с точки зрения линейной теории волн и способ их гашения / А.Д. Гиргидов // Известия ВНИИГ. - 1969. - т. 89. - С.134-142.

29. Needham, D.J. On roll waves down an open inclined channels / D.J. Needham, J.H. Merkin // Proceedings of the royal society of London. Series A. Mathematical and physical sciences. - 1984. -P. 259-278.

30. Ponce, V.M. The propagation of dynamic waves in open channel flow / V.M. Ponce, D.B. Simons // Hydraulic Engineering Improve Water Management. Proceedings 17th IAHR Congress. -1977,-Vol.2.-P.205-212.

31. Toombes, L. Surface waves and roughness in self-aerates supercritical flow / L. Toombes, H. Chanson // Environmental Fluid Mechanics. - 2007. - Vol.5. - №3. - P.259-270.

32. Хлопенков, П.P. Новые принципы интенсификации гашения энергии потока и повышения надежности работы высоконапорных водосбросов: автореф. диссертации д.т.н.: 05.23.07 / Хлопенков Павел Родионович. - М., 1991. - 52 с.

33. Рекомендации по гидравлическому расчету водопропускных трактов безнапорных водосбросов на аэрацию и волнообразование. - JL: ВНИИГ, 1978. - 52 с.

34. Войнич-Сяноженцкий, Т.Г. Критерии волнообразования бурных неаэрированных и аэрированных плавно изменяющихся потоков и их экспериментальная проверка. Управление степенью сверхбурности потоков / Т.Г. Войнич-Сяноженцкий, Г.И. Кватадзе, В.В. Сакварелидзе // Тематическое координационное совещание по гидравлике высоконапорных водосбросных сооружений ГВВС-68. Тезисы докладов и сообщений. Часть 2. - 1968. - С. 49-52.

35. Гвелесиани, T.J1. Прогноз образования волн на горных водохранилищах при оползнях и обвалах / T.JI. Гвелесиани, Б.Н.Островерх, Г.Я. Джинджихашвили // Гидротехническое строительство. - 1989. - № 12. - С. 46-49.

36. Тихвинский, И.О. Развитие оползней при переработке берегов водохранилищ / И.О. Тихвинский. - Ульяновск: Изд-во МГУ, 1965. - 103 с.

37. Демьянович, Н.И. Прогноз оползней на Ангарских водохранилищах / Н.И. Демьянович. - Новосибирск: Изд-во «Наука», 1976. - 79 с.

38. Емельянова, Е.П. Оползневые процессы и их прогнозирование // Е.П. Емельянова. -М.: Изд-во «Недра», 1959. - 218 с.

39. Финарев, Д.П. Оползни и обвалы в долине р. Енисей и прогнозы их развития после наполнения Саяно-Шушенского водохранилища // Д.П. Финарев // Труды координационных совещаний по гидротехнике. - 1970. - Вып. 59. - С. 68.

40. Vischer, D.L. Rockfill - induced waves in reservoirs / D.L. Vischer // Water power and dam construction. - 1986. - №9. - P.45-48.

41. Wiegel, R.L. Water waves generated by landslides in reservoirs / R.L. Wiegel // Proceedings American Society of Civil Engineers. Journal Waterways and Harbors Div. - 1970. - Vol.96, №WW2, P.307-333.

42. Климович, В.И. Численное моделирование прорывного потока при авариях на ГТС / В.И. Климович, А.А. Гиргидов, В.А. Прокофьев // Организация безопасности эксплуатации гидротехнических сооружений водохранилищ. Тезисы докладов семинара. - 2005. - С.36-42.

43. Dressier, R.F. Comparison of theories and experiments for the hydraulic dam-break wave / R.F. Dressier // International Association Science Hydrology. - 1954. - Vol. 3. - №38. - P.319-328.

44. Гиргидов, А.А. Использование рассеивающих трамплинов для уменьшения придонных скоростей в водобойном колодце / А.А. Гиргидов, А.Д. Гиргидов, М.П. Федоров // Гидротехническое строительство. - 2012. - №2. - С. 27-29.

45. Valiani, A. Case study: Malpasset dam-break simulation using a two-dimensional finite volume method // A. Valiani, V. Caleffi, A.Zanni // Journal Hydraulic Engineering.- 2002. - Vol.128. - Part 5. - P.460-472.

46. Гиргидов, А.А. Гибридное моделирование в проектировании гидротехнических сооружений и Flow-3D как средство его реализации / А.А. Гиргидов // Инженерно-строительный журнал. - 2011. - №3. - С.21 -27.

47. Иванов, Т.С. Геоинформационные методы поиска перспективных створов для строительства ГЭС / Т.С. Иванов, Н.В. Баденко, В.А. Олешко // Инженерно-строительный журнал. -2013,-№4.-С.21-27.

48. Allain, А.С. 3D hydrodynamic computational modeling for hydroelectric projects // A.C. Allain, D.D. Baptist de Souza, R.A.Trentin, V.C. Palu, A.S. Muller // The International journal on hydropower and dam. - 2013. - Vol.30. - Issue 3. - P. 102-107.

49. Модзалевский, А.И. Применение формул прыжка-волны к расчету гидротехнических сооружений /А.И. Модзалевский // Научные записки МИИВХ. - 1959. Т.21. - С.142-153.

50. Слиский, С.М. Гидравлические расчеты высоконапорных гидротехнических сооружений /С.М. Слиский. - Л.: Энергия, 1979. - С. 140-142.

51. Гиргидов, А.Д. Механика жидкости и газа (гидравлика) / А.Д. Гиргидов. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. - 545 с.

52. Гиргидов, А.Д. Механика жидкости и газа (гидравлика). Учебник / А.Д. Гиргидов. -М.: ИНФА-М, 2014. - 704 с.

53. Павловский, Н.Н. Гидравлический справочник / Н.Н. Павловский. - М.; Л.: ОНТИ, 1937.-890 с.

54. Петриченко, М.Р. Гидравлика (краткий справочник) / М.Р. Петриченко, Е.Н. Кожевникова, А.И. Лаксберг, Е.А. Локтионова. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2007. - 96 с.

55. Кузнецов, С.К. Теория и гидравлические расчеты нижнего бьефа / С.К. Кузнецов. -Львов: Вища школа: Изд-во при Львовском университете, 1983. - 176 с.

56. Gunal, M. Hydraulic jump in sloping channels / M. Gunal, R. Naraganan // Journal Hydraulic Engineering. American Society of Civil Engineers. - 1996. - Vol.122. - №8. - P.436-442.

57. Yokoi, K. Mechanism of structure formation in circular hydraulic jumps: numerical studies of strongly deformed free-surface shallow flow / K. Yokoi, F. Xiao // Physica D. - 2002. - №161. -P.202-219.

58. Hager, W.H. Classical hydraulic jump: sequent depths ratio / W.H. Hager, R. Bremen// Journal of Hydraulic Research. - 1989. - Vol. 27. - Issue 5. - P.565-585.

59. Кожевников, М.П. Гидравлика ветровых волн / М.П. Кожевников. - М.: «Энергия», 1972.-264 с.

60. Браславский, А.П. Расчет ветровых волн / А.П. Браславский // Труды ГГИ. - 1952. -Вып. 35. - С.94-158.

61. Карасева, Г.Г. Расчет ветрового волнения на водохранилищах / Г.Г. Карасева. - М.: Речной транспорт, 1970. -№8. - С.38.

62. Крылов, Ю.М. Ветровые волны и их воздействия на сооружения / Ю.М. Крылов. - JL: Гидрометиздат, 1976. -255 с.

63. Кереселидзе, Н.Б. Волновое движение воды в бьефах горных гидроузлов / Н.Б. Кере-селидзе, И.Д. Музаев // Гидротехническое строительство. - 1987. -№8. - С.11-12.

64. Apel, Е. Zur bestimmung von windwellen als bemessungsgrobe für stehende gewasser und industrielle absetzanlagen / E.Apel, H.D. Piehl // Wasserwirtsch. - Wassertechn. - 1989. - №5. -P.103-105.

65. Stoker, J.J. Water waves. The mathematical theory with applications / J.J. Stoker // New York.: International Publishers, 1957. - 567 p.

66. Буханов, B.B. О местных размывах скального русла в нижнем бьефе Красноярской ГЭС в результате сбросов воды через эксплуатационный водослив / В.В. Буханов, H.A. Елисеев,

B.Е. Ляпин // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Гидравлика высоконапорных водосбросных сооружений. Дополнительные материалы. - 1975. - С.69-72.

67. Кинд, Ю.В. Гидравлические исследования условий в нижнем бьефе Зейского гидроузла в период эксплуатации / Ю.В. Кинд // Научные исследования по гидротехнике в 1972 году. - 1973.-Том 1.-С. 272-273.

68. Рубинштейн, Г.Л. Гидравлические исследования водосбросных сооружений Зейского гидроузла / Г.Л. Рубинштейн, Ю.В. Кинд // Гидротехническое строительство. - 1976. - №6. -

C.5 - 7.

69. Петров, O.A. Исследования волнообразования в нижнем бьефе Бурейского гидроузла / O.A. Петров // Гидротехническое строительство. - 2007. - №10. - С. 43^47.

70. Quiniela, A. Barrage de Cahora-Bassa: Problèmes poses par le passage des crues pendant et après la construction / A. Quiniela, de Carvalho, J. Fernandes, de Salvador, A.A. Cruz// 13th ICOLD Congress. - 1979. - Q50. - R.41. - P.713-730.

71. Pawlitzki, U. Die on flasfungsanlage der sambesifalsperre Cabora Bassa / U. Pawlitzki // Wasswewirfschaft. - 1980. - Vol. 70. - № 3. - P.94-97.

72. Ефименко, А.И. Водосбросные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС /А.И. Ефименко, Г.Л. Рубинштейн Г.Л. - СПб: ВНИИГ, 2008. - 511 с.

73. Нечеперунко, Ф.А. Пропуск паводка через Кременчугский гидроузел / Ф.А. Нечепе-рунко // Гидротехническое строительство. - 1972. - № 2. - С. 13-16.

74. Кузьмин, И.А. Опыт проектирования общих размывов в нижних бьефах емких водохранилищ / И.А. Кузьмин, Л.И. Терентьев // Работа нижних бьефов гидротехнических сооружений. - 1969. - С. 198-211.

75. Векслер, А.Б. Переформирование русла в нижнем бьефе крупных гидроэлектростанций / А.Б. Векслер, В.М. Доненберг. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 216с.

76. Spring runoff pours from the spillway at the Dalles dam [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://Ashcreekimages.com/Energy/Dalles-Dam-Spillway-01 .html.

77. Rakowski С., Bonneville Project: CFD Computational Fluid Dynamics Modeling of the Spillway Tailrace / C. Rakowski, J. Serkowski, M. Richmond, - Washington: Pacific Northwest National Laboratory, 2012. - P.56.

78. Научные исследования для Саяно-Шушенской ГЭС: материалы научно-технической конференции 1977 г. - Л.: Энергия, 1978. - 333 с.

79. Дерюгин, Г.К. Лабораторные исследования местных деформаций русла при работе эксплуатационного водосброса Усть-Среднеканского гидроузла / Г.К. Дерюгин // Известия ВНИИГ.-2010.-Т. 261. - С.74-79.

80. Войнович, А.П. Сопряжение бьефов в условиях Вилюйского гидроузла. /А.П. Войно-вич // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Гидравлика высоконапорных водосбросных сооружений. - 1969. - Вып. 52. - С.489^499.

81. Войнович, А.П. Гидравлические лабораторные исследования Колымского гидроузла / А.П. Войнович, Я.Э. Глускин, В.Г. Петров // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Гидравлика высоконапорных водосбросных сооружений. - 1978. - Вып. 120. - С. 104-111.

82. Серов, A.A. Колымская ГЭС. Опыт строительства и эксплуатации / A.A. Серов, В.А. Пехтин. - Л.: Энергия, 1999. - 513 с.

83. Войнович, А.П. Гашение энергии в нижних бьефах сооружений в случае водобойных колодцев при больших удельных расходов воды / А.П. Войнович, Л.И. Наймарк // Известия ВНИИГ. Гидравлика водосбросов, гидротурбинных блоков, бьефов гидроузлов и акваторий водоемов. - 1981. - Т.145. - С.93-100.

84. Родионов, В.Б. Выбор схемы устройства нижнего бьефа за водосливной плотиной гидроузла Котешвар / В.Б. Родионов, В.П. Куприянов, А.Г. Карпинский // Известия ВНИИГ. -1997. - Т. 230. Часть 1 «Гидравлика». - С.327-334.

85. Thirteenth international congress on large dams. - 1979. - Vol. 3. - 1005 p.

86. Рекомендации по гидравлическому расчету водобойных стенок и колодцев. П 60-93.

- СПб.: ВНИИГ, 1995. - 93 с.

87. Лятхер, В.М. Турбулентность в гидросооружениях / В.М. Лятхер. - М.: Энергия, 1968,- 408 с.

88. Каверин, A.A. Экспериментальное исследование поверхностного режима течения при малых высотах уступа: автореф. Дис. Канд. техн. наук: 05.23.16 / Каверин Александр Александрович. - СПб., 2013. - 16 с.

89. Лаппо, Д.Д. Условия автомодельное™ в исследованиях волнового движения жидкости / Д.Д. Лаппо, A.M. Жуковец, С.М. Мищенко // Известия ВНИИГ. - 1979. - Т. 132. - С. 5965.

90. Леви, И.И. Моделирование гидравлических явлений / И.И. Леви. - Л.: Госэнергоиздат, 1960.-210 с.

91. Чугаев, P.P. Гидравлика (техническая механика жидкости). 4-е издание / P.P. Чугаев.

- Л.: Энергоатомиздат, 1982. - 672 с.

92. Избаш, C.B. Основы лабораторно-опытного дела в гидротехнике / C.B. Избаш. - М.: Главная редакция энергетической литературы, 1938. - 228 с.

93. Михалев, М.А. Физическое моделирование гидравлических явлений / М.А. Михалев.

- СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2012. - 374 с.

94. Вайсфельд, И.А. О точности лабораторных измерений параметров волн / И.А. Вайс-фельд // Волновые исследования гидротехнических сооружений (ВНИИВОДГЕО). - 1961. -С.162-167.

95. Petrov, О. Wave action effects at spillways operation, laboratory studies of waves originating behind the spillway of Bureisk HPP / O. Petrov // 76th Annual Meeting of the International Commission on Large Dams (ICOLD). - 2008. - Публикация на электронном носителе. - Номер доклада- 1-44.

96. Васильев, A.B. Лабораторные исследования гидравлики нижнего бьефа при работе эксплуатационного водосброса Бурейского гидроузла / A.B. Васильев, Г.К. Дерюгин, O.A. Петров, В.А. Прокофьев // Гидротехническое строительство. - 2008. - №6. - С. 36-38.

97. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. - М.: Изд-во «Наука», 1978. - 832 с.

98. Климович, В.И. Методика определения характеристик волнения в нижнем бьефе гидроузлов при работе водосбросных сооружений / В.И. Климович, O.A. Петров // Известия ВНИИГ. - 2014. - Т. 274. - С.105-112.

99. Петров, О.А. Лабораторные исследования параметров волн, возникающих в нижнем бьефе при отбросе потока от водосбросных сооружений / О.А. Петров // Известия ВНИИГ. -2009.-Т. 254.-С. 28-34.

100. Эббот, М.Б. Гидравлика открытого потока. - Вычислительная гидравлика: Пер. с англ. / М.Б. Эббот. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 272 с.

101. Вольцингер, Н.Е. Длинноволновая динамика прибрежной зоны / Н.Е. Вольцингер, К.А. Клеванный, Е.Н. Пелиновский. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 272 с.

102. Климович, В.И. Модифицированная модель мелкой воды с возможностью расчета отрывных течений (типа летящих струй) / В.И. Климович // Известия ВНИИГ. - 2009. - Т.255. -С. 3-14.

103. Климович, В.И. Численное моделирование течений при работе водосливной плотины Бурейской ГЭС / В.И. Климович, О.А. Петров // Известия ВНИИГ. - 2012. - Т. 266. - С.22-36.

104. Klimovich, V. Numerical modeling of currents and water levels dynamics under operational spillway of Bureyskaya HPP / V. Klimovich, O. Petrov // 35th IAHR World Congress. - 2013. -Публикация на электронном носителе. - Номер доклада 10133.

105. Hsu, С.A. A numerical model for two-dimensional open channel flows / C.A. Hsu // Proc. XXIX IAHR Congress. - 2001. Theme D. - P. 821-827.

106. Bouchez, J. Turbulent mixing in the Amazon River: the isotopic memory of confluences / J. Bouchez, E. Lajeunesse, J. Gaillardet, C. France-Lanord, P. Dutra-Maia, L. Maurice // Earth and Planetary Science Letters. - 2010. - Vol. 290. - P. 37^13.

Приложение А. Характерные примеры кривых обеспеченностей высот волн при пропуске через Бурейский гидроузел различных расходов

0,0

0,5 1 2 5 10 25 40 50 60 75 90 95 98 99

Рисунок А. 1 - Кривая обеспеченности высоты волн при пропуске через Бурейский гидроузел расхода равного 8750 м3/с (С2„ = 6650 м3/с; = 2100 м3/с); русло неразмытое; волнограф №2

М

.....■ , Л * ''»Й) р,%

Рисунок А.2 - Кривая обеспеченности высоты волн при пропуске через Бурейский

1 1 -1 гидроузел расхода равного 8750 м /с (С>в = 6650 м /с; = 2100 м /с);

русло неразмытое; волнограф №4

Ь., м

•Л«.

р,%

0,0

0,5 1 2 5 10 25 40 50 60 75 90 95 98 99

Рисунок А.З - Кривая обеспеченности высоты волн при пропуске через Бурейский

"1 1 1 гидроузел расхода равного 11700 м /с (С>в = 9600 м /с; С^ = 2100 м /с); размывы русла

стабилизировались; волнограф №1

0,0

0,5 1 2 5 10 25 40 50 60 75 90 95 98 99

Рисунок А.4 - Кривая обеспеченности высоты волн при пропуске через Бурейский

3 3 3

гидроузел расхода равного 11700 м /с ((}„ = 9600 м /с; (Згэс = 2100 м /с); размывы русла

стабилизировались; волнограф №4

Ь., м

N • _

р,%

Ь„ м Ч

V.. V*.

ч

;—----__ р,%

2,0

1,5

1,0

ь., м

*^ , ч ,

Ч- -•••о.

• • • р,%

0,5

0,0

0,5 1 2 5 10 25 40 50 60 75 90 95 98 99

Рисунок А.5 - Кривая обеспеченности высоты волн при пропуске через Бурейский

Т 1 1

гидроузел расхода равного 8750 м /с (С>в = 6650 м /с; С*™ = 2100 м /с); размывы русла стабилизировались; волнограф №1

1,5

И,, м

ч ч \ Ч" .

^----- • • • ♦ р,%

1.0

0,5

0,0

0,5 1 2 5 10 25 40 50 60 75 90 95 98 99

Рисунок А.6 - Кривая обеспеченности высоты волн при пропуске через Бурейский

3 3 3

гидроузел расхода равного 8750 м /с = 6650 м /с; (Згэс = 2100 м /с); размывы русла

стабилизировались; волнограф №4

0,0

0,5 1 2 5 10 25 40 50 60 75 90 95 98 99

Рисунок А.7 - Кривая обеспеченности высоты волн при пропуске через Бурейский

Т 1 1

гидроузел расхода равного 6500 м /с (С>в = 4400 м /с; (Згэс = 2100 м /с); размывы русла

стабилизировались; волнограф №1

°'°0,5 1 2 5 10 25 40 50 60 75 90 95 98 99

Рисунок А. 8 - Кривая обеспеченности высоты волн при пропуске через Бурейский

т о 1

гидроузел расхода равного 6500 м /с ((}„ = 4400 м /с; С^ = 2100 м /с); размывы русла стабилизировались; волнограф №3

ь„ М

# \

4 ••

* О О ->.--- :—_____ Р,%

Приложение Б. Характерные примеры обработанных записей волн в нижнем

бьефе Бурейского гидроузла

2.5 2 1.5 1

0,5

0

-0,5

-1

-1.5

-2

-2,5

-3 750

Рисунок Б. 1

760 770 780 790 800 810 820

- Пример записи волнения у правого берега (€ = 580 м) при пропуске через гидроузел 8750 м /с (QB = 6650 м /с); русло неразмытое

h,,M

/

\ /

\ / /

/

t, сек

1455 1465 1475 1485 1495 1505 1515 1525

Рисунок Б.2 - Пример записи волнения у правого берега (£ = 875 м) при пропуске через гидроузел 8750 м3/с (QB = 6650 м3/с); русло неразмытое

h„ N

\

/

/ / 1

1

/ \

>

1

t сек

2690 2700 2710 2720 2730 2740 2750 2760 2770 2780 2790 2800

Рисунок Б.З - Пример записи волнения у правого берега (€ = 580 м) при пропуске через гидроузел 11700 м3/с (QB = 9600 м3/с); русло неразмытое

h,, м

\ Г \

\ \

\ / \

\

t, сек

2400 2410 2420 2430 2440 2450 2460

Рисунок Б.4 - Пример записи волнения у левого берега (£ = 875 м) при пропуске

3 3

через гидроузел 11700 м /с (С= 9600 м /с); русло неразмытое

ь,, М

\ / \ А / \ I \ Л

Л \ / \ / \ / \/ \ \ / / \ | 1 1 / 1 / \ /

1, сек

3105 3115 3125 3135 3145 3155 3165

Рисунок Б.5 - Пример записи волнения у правого берега (£ = 370 м) при пропуске через гидроузел 6500 м /с (С?в = 4400 м /с); размывы стабилизировались

Ь„ м

Л / \

и

1, сек

270 280 290 300 310 320 330

Рисунок Б.6 - Пример записи волнения у правого берега (€ = 370 м) при пропуске

о 1

через гидроузел 8750 м /с (С>в = 6650 м /с); размывы стабилизировались

Ьв, М

/ \ / \

\ \

уГ

/ \ \ 1 / \

1, сек

2880 2890 2900 2910 2920

Рисунок Б.7 - Пример записи волнения у правого берега (£ = 370 м) при пропуске через гидроузел 11700 м /с (<3„ = 9600 м /с); размывы стабилизировались

Л / / \ \ д

1 /

\ \ /

V 1, сек

990 1000 1010 1020 1030 1040 1050 1060

Рисунок Б.8 - Пример записи волнения у правого берега (£ = 875 м) при пропуске через гидроузел 11700 м /с (0„ = 9600 м /с); размывы стабилизировались

Приложение В. Сводные таблицы граничных условий при проведении исследований характеристик волнения на моделях гидроузлов

Таблица В.1 - Параметры сбросного потока и результаты исследований характеристик волнения при отбросе потока от сооружения для условий неразмытого русла, когда Ь„б <Ьг

Гидроузел отм. УВБ, м отм. УНБ, м Ъ, м м3/с ЬН6, м В, м Ьисх, М

256 140,0 116 2150 10 145 3,2

256 142,2 113,8 4400 12,2 145 4,5

256 143,9 112,1 6650 13,9 145 7,0

256 145,7 110,3 9600 15,3 145 8,0

Бурейский 252 147,2 104,8 600 17,2 145 1,6

252 142,8 109,2 600 12,8 145 2,0

254,6 139,3 115,3 950 9,3 145 2,5

254,6 146,5 108,1 950 16,5 145 2

264,2 149,0 115,2 2600 19 145 2,5

264,2 141,0 123,2 2600 11 145 3,5

Гоцатлинский 625,0 593,0 32 657 5 230 1,4

Саяно-Шушенский 540 329 211 13600 14 260 10,0

Красноярский 243 152,5 90,5 12000 15 300 5,0

Примечание - Ъ - перепад в бьефах; Ь„6 неразмытого русла); В - ширина русла в потока с нижним бьефом.

- глубина нижнего бьефа (отметка дна принималась как средняя отметка месте падения потока; Ьисх - исходная высота волны за зоной сопряжения

Таблица В.2 - Параметры сбросного потока и результаты исследований характеристик волнения при отбросе потока от сооружения для условий образования ямы размыва, когда ЬНб >112

Гидроузел отм. УВБ, м отм. УНБ, м Ъ, м (}в, м3/с Ьнб, м ^ямы, М В, м Ьисх, М

Бурейский 256 140,0 116 2150 10,0 12 145 2,5

256 142,2 113,8 4400 12,2 14 145 3,5

256 143,9 112,1 6650 13,9 26 145 4,0

256 145,7 110,3 9600 15,7 45 145 4,5

Зейский 319,4 224,7 94,7 3300 9,7 20 140 3,3

319,4 227,0 92,4 6600 12,0 20 140 4,3

Гоцатлинский 625 599 26 657 11,0 8 230 0,8

Гидроузел отм. УВБ, м отм. УНБ, м Ъ, м С2в, м3/с ЬНб, м ^ямы? М В, м Ьисх, М

287,5 213,6 73,9 7990 15,6 13 155 2,5

290 217 73 10390 19,0 18 155 4,5

Лайчау 295 222,1 72,9 15690 24,1 23 155 5,0

297 223,8 73,2 17990 25,8 28 155 5,0

302,75 228,5 74,25 25990 30,5 28 155 5,0

Саяно-

Шушен- 540 329 211 13600 14,0 45 260 4,5

ский

Примечание - Ьн6 - глубина нижнего бьефа за пределами ямы размыва (отметка дна принималась как средняя отметка неразмытого русла нижнего бьефа); 1ямы - глубина ямы размыва (от средней отметки неразмытого русла нижнего бьефа).

Таблица В.З - Параметры гидравлического прыжка в зоне сопряжения струи с нижним бьефом при отбросе потока от сооружения для условий размытого русла, когда И„б >Ь2

Гидроузел ц, м2/с ЬЯма, М В, м V, м/с Ььм Ьг, м Л

Бурейский 34,1 22,0 63 45 0,76 18 1,22

46,3 26,2 95 45,5 1,01 20 1,31

70,0 39,9 95 45,8 1,53 26 1,53

101,1 60,7 95 46,5 2,17 31,5 1,93

Зейский 55,0 29,7 60 43,5 1,26 22,7 1,31

55,0 32,0 120 43,5 1,26 22,7 1,41

Гоцатлинский 30,0 19,0 30 25 1,2 10 1,90

ЛайЧау 54,0 28,6 148 36 1,5 19,2 1,49

70,0 37,0 148 36 1,95 21,7 1,71

106 47,1 148 37 2,86 27 1,74

122 53,8 148 37,2 3,28 29 1,86

175 58,5 148 39 4,5 35 1,67

Саяно-Шушенский 280 59,0 48 45 6,2 40 1,48

Примечание - q, В, V - соответственно, удельный расход, ширина струи и скорость на входе в воду; Ьяма - максимальная глубина в створе ямы размыва; Ь] и Ь2 - сопряженные глубины; Т| - степень затопления гидравлического прыжка.

Таблица В.4 - Параметры сбросного потока и результаты исследований характеристик волнения для варианта гашения энергии в водобойном колодце или на креплении

Гидроузел отм. УВБ, м отм. УНБ, м Ъ, м д., м'/с Ь„б, м В, м Ьисх, м

Нижне-Зейский 187,0 164,5 22,5 16100 12,5 183,5 2,6

187,0 165,5 21,5 16100 13,5 183,5 3,0

Нижне-Бурейский 138,0 117,1 20,9 11600 7,6 123 2,7

132,0 114,5 17,7 5000 5,0 132 2,5

Богучанский 195,0 139,4 55,6 6000 13,4 110 2,7

Камский 106,4 95,5 10,9 12960 15,5 386 1,0

106,4 88,0 18,4 12960 8,0 386 1,6

ЛайЧау 295,0 221,0 74,0 27450 49,5 117,5 5,0

302,75 228,5 74,25 15640 42,0 117,5 3,6

Усть-Среднеканский 292,5 240,9 51,6 17300 18,9 152 5,0

Саяно-Шушенский 540 330 210 13600 23 110 5,0

Таблица В.5 - Параметры гидравлического прыжка при гашении энергии в водобойном колодце или на креплении

Гидроузел Я, м /с Ькол, М V, м/с Ьь м Ьг, м Л

Нижне-Зейский 88 26 28 3,1 20 1,3

88 22 28 3,1 20 1,1

Нижне-Бурейский 94 14,5 26 1,6 14 1,04

41 17,1 25,1 3,7 20 0,85

Богучанский 54,5 2,7 29,6 1,8 17 0,9

Камский 33 16,5 21 1,6 11,2 1,25

33 9 21 1,6 11,2 0,6

ЛайЧау 233,6 49,5 37,8 6,2 39,4 1,25

133,1 42 37,3 3,6 30,1 1,4

Усть-Среднеканский 114 25,9 31 3,2 23,5 1,1

Саяно-Шушенский 123 19 45 2,7 32 0,6