Какие меры для уменьшения заиления водохранилищ бьефов бассейнов каналов не применяются

3.2.18. Для уменьшения заиления водохранилищ

3.2.18. Для уменьшения заиления водохранилищ, бьефов, бас­сейнов, каналов необходимо:

поддерживать такие режимы их работы, которые со­здают возможность максимального транзита поступа­ющего твердого стока; каналы в период поступления в них воды повышенной мутности должны работать в близком к постоянному режиме с возможно большим расходом воды;

промывать бьефы, водохранилища, пороги водоприемников, осветлять воду в отстойниках, приме­нять берегоукрепительные и наносоудерживающие уст­ройства или удалять наносы механическими средствами;

ежедневно срабатывать бьефы до минимально возможной отметки (для водохранилищ суточного ре­гулирования).

Благоприятные условия для транзитного пропуска на­носов через водохранилище обеспечиваются при понижен­ном уровне верхнего бьефа. Поскольку наибольшее коли­чество твердого стока проходит в паводочный период, к моменту наступления паводка водохранилище должно быть опорожнено до минимального уровня (в пределах проектной призмы регулирования), при котором обеспечивается согласно гидрологическому прогнозу его последующее наполнение. В этот же период целесообразно пропускать по каналу максимальные возможные расходы воды при пониженном уровне. Этим обеспечиваются большие ско­рости потока и увеличение его транспортирующей способности, что приводит к уменьшению или исключе­нию отложений наносов в канале.

На участках берегов, подверженных интенсивному разрушению, необходимо проводить берегоукрепительные работы по экономически обоснованному проекту.

Берегоукрепительные и мелиоративные работы предусматривают:

—сохранение лесного покрова на склонах гор, в пре­делах водосборной площади водохранилища, посадку леса на склонах и закрепление склона другой растительностью;

—закрепление действующих оврагов и горных скло­нов, уменьшающее эрозионную деятельность водных по­токов: террасирование склонов, проведение пахоты по склону с горизонтальным расположением борозд;

—борьбу с селевыми выносами устройством запруд, закреплением откосов и т.п.;

—удаление наносов механизмами;

Для каждого конкретного водохранилища способы борь­бы с заилением выбираются исходя из местных условий и на основании технико-экономического обоснования.

Наиболее эффективными работами по удалению отло­жившихся наносов являются промывки водохранилища: мелкие, глубокие, с регулированием мутности промывно­го потока. Выбор способа промыва определяется технико-экономическим анализом, возможностями энергосистемы, требованиями водопользователей и другими местными факторами [10].

При отсутствии ограничений по режимам работы вер­хнего и нижнего бьефов рекомендуется производить глу­бокий промыв. При глубоком промыве водохранилище полностью опорожняется (желательно через отверстия с наиболее низкими отметками порога), гидроэлектростан­ция останавливается, отключаются все водопользователи. Промывы производятся в паводочный период, сроки и продолжительность их определяются исходя из возмож­ностей энергосистемы, требований водопользователей, гидрологической обстановки и других местных условий.

При глубоком промыве интенсивность удаления нано­сов наибольшая. Ввиду значительной концентрации нано­сов в промывном потоке возможно частичное отложение их в русле нижнего бьефа, поэтому необходим постоян­ный контроль за состоянием русла нижнего бьефа и водо­заборных сооружений, расположенных в нем.

Оптимальное значение промывных расходов зависит от ширины и глубины бьефа, пропускной способности отверстий гидроузла, используемых для промыва, харак­теристик отложений наносов, профиля водохранилища и ряда других факторов; оно может быть выявлено опыт­ным путем. Для ориентировочных расчетов за оптималь­ный промывной расход можно принимать два среднегодо­вых расхода, продолжительность промыва— примерно 8—10 сут. Наполнение водохранилища после промыва сле­дует производить на спаде половодья (паводка) в возмож­но более поздний срок, когда уменьшается содержание наносов в потоке.

При невозможности проведения глубокого промыва с полным опорожнением водохранилища следует организо­вать промывы с частичным снижением верхнего бьефа в пределах зоны регулирования (мелкий промыв) без нару­шения работы водопотребителей.

При мелком промыве насыщение потока наносами, а следовательно и эффективность их удаления, меньше, чем при глубоком. Поэтому продолжительность мелкого про­мыва должна быть большей, чем глубокого, и составлять примерно от 10 сут до 1 —2 мес.

Промывы водохранилищ с регулированием мутности промывного потока организуются в случаях, когда необходимо обеспечить водопотребителей нижнего бьефа во­дой, мутность которой не выходит за пределы допустимо­го значения по условиям их нормальной эксплуатации, или для обеспечения требований по охране окружающей сре­ды. Регулирование мутности осуществляется путем сту­пенчатого опорожнения верхнего бьефа с учетом следую­щих рекомендаций:

—чем больше глубина и скорость опорожнения бье­фа, тем больше мутность промывного потока;

—при поддержании верхнего бьефа на постоянной сниженной отметке мутность промывного потока со вре­менем падает.

Порядок промыва следующий: определяются границы допустимой мутности промывного потока; максимальное значение мутности устанавливается исходя из требований водопотребителей и возможности осуществления промы­ва без ущерба или с минимальным ущербом для водопот­ребителей, минимальное значение — исходя из условий экономической целесообразности промыва.

Водохранилище постепенно опорожняется до уровня, при котором мутность промывного потока соответствует максимально допустимой (I ступень сработки). Дальней­шее опорожнение приостанавливается, и уровень воды в водохранилище поддерживается на этой отметке до мо­мента, когда мутность промывного потока уменьшится до установленного минимального значения. Уменьшение мут­ности связано с тем, что по мере размыва наносов и уда­ления их площадь живого сечения потока (при поддержа­нии уровня воды в водохранилище на одной и той же от­метке) увеличивается, вместе с этим уменьшается размы­вающая способность промывного потока и, следователь­но, его мутность.

После достижения минимального значения мутности вторично понижается уровень воды в водохранилище до тех пор, пока мутность вновь не достигнет максимально допустимого значения (II ступень сработки). Дальнейшее опорожнение приостанавливается, уровень в водохранилище поддерживается на данной отметке до момента пока мутность промывного потока постепенно не сни­зится до принятого минимального значения, и снова уровень воды в водохранилище понижается (III ступень опорожнения) и т.д.

При проведении гидравлической расчистки может слу­читься, что часть наносных отложений не будет размы­ваться из-за недоступности их промывному потоку. Такие неразмываемые участки сохраняются обычно в виде отло­жений вдоль берегов или крупных островов в русле ос­новного потока. При необходимости удаления наносов с этих участков целесообразно совместное использование механического и гидравлического способов расчистки.

На этих участках с помощью любого механизма, на­пример землесосного снаряда, в слое наносов проделываются каналы, которые соединяются с основным транзит­ным потоком. Каналы выполняются по возможности кри­волинейными в плане. Выпуклая часть канала направляет­ся в сторону наносных отложений, подлежащих преиму­щественному размыву. Часть водного потока из основно­го русла, проходя через проделанные каналы, размывает их русло и окружающие наносные отложения. Наиболее интенсивно размываются наносы, расположенные в зоне поворотов канала.

Механизмы для проделывания каналов в наносных отложениях целесообразно применять в первую очередь вблизи водозаборов насосных станций, причалов, зон от­дыха и в других местах водохранилища, где наносные от­ложения создают трудности для нормальной эксплуатации гидротехнических сооружений и использования водных ресурсов водохранилища.

Для водохранилищ суточного регулирования необхо­димо обеспечивать режимы ежедневной сработки бьефа до минимально возможной отметки, предусмотренной пра­вилами эксплуатации данного водохранилища. Такие ре­жимы исключают интенсивное и значительное заиление регулирующей емкости.

Наносы, отложившиеся в течение того времени суток, когда водохранилище было полное, при последующей сработке легко смываются потоком, поскольку не успевают уплотниться. Наносы, отложившиеся ранее и успевшие уплотниться, размываются значительно труднее. Поэтому местным органам, ответственным за эксплуатацию и тех­ническое состояние водохранилища, необходимо контро­лировать все мероприятия, проводимые в зоне данного водохранилища, не допуская проектирования, строитель­ства и эксплуатации сооружений (водозаборов, насосных станций, причалов и т.д.), ограничивающих сработку во­дохранилища в пределах призмы регулирования.

Источник

Конструктивно-технологические мероприятия по борьбе с заилением малых и средних русловых водохранилищ

Рубрика: Новые технические решения

Дата публикации: 04.04.2017

Статья просмотрена: 369 раз

Библиографическое описание:

Давранов, Г. Т. Конструктивно-технологические мероприятия по борьбе с заилением малых и средних русловых водохранилищ / Г. Т. Давранов, Г. Л. Фырлина. — Текст : непосредственный // Техника. Технологии. Инженерия. — 2017. — № 2 (4). — С. 108-112. — URL: https://moluch.ru/th/8/archive/57/2268/ (дата обращения: 10.06.2021).

Многолетний мировой опыт эксплуатации водохранилищ показывает, что процессы заиления и занесения их объемов отложениями наносов являются одним из важнейших факторов, определяющих эффективность их эксплуатации и экологическую обстановку на прилегающих территориях. Отложения донных и взвешенных наносов, транспортируемых рекой, в чаще водохранилища и в речном русле выше по течению вызывают уменьшение его регулирующей емкости и удлинение создаваемой им кривой подпоры с увеличением зоны затопления прибрежной территории в ее пределах. Кроме того, в результате задержания в водохранилище основной массы речных насосов, в нижний бьеф сбрасывается осветленная вода, что приводит к интенсификации размыва отводящего речного русла и снижению уровня воды на большой длине ниже плотины. Вместе с тем забор осветленной воды из водохранилища в отходящие от него ниже по течению оросительные каналы, увеличивает фильтрационные потери воды из них. Это объясняется частичным смывом образовавшегося ранее при пропуске мутной воды кольматационного слоя, что ведет к постепенному ухудшению плодородия орошаемых земель, предотвращению поступления на них илистых фракций взвешенных наносов, улучшающих структуру почв. Поэтому для обеспечения эффективной и рациональной эксплуатации проектируемых или реконструируемых водохранилищ, необходимо при разработке проектов выполнить прогностические расчеты перечисленных выше явлений и на их основе разработать решения по борьбе с ними [1].

Мероприятия по борьбе с процессом заиления водохранилищ можно разделить на две основные группы [1]. К первой группе относят противоэрозионные мероприятия на площади водосбора реки, сток которой регулирует водохранилище. Мероприятия этой группы направлены на уменьшение твердого стока реки, путем обработки почвогрунтов водосбора агротехническими, лесомелиоративными и другими приемами или регулирования процесса формирования стока гидротехническими устройствами. Мероприятия второй группы проводят на склонах чаши и в самой чаше водохранилища в следующих целях: для предотвращения водной и ветровой эрозии на склонах, прилегающих непосредственно к чаше; укрепления берегов чаши и откосов плотины; удаления наносных отложений из чаши, гидравлическим, гидромеханическим или механическим способами; создание такого режима работы гидроузла, который обеспечивает максимум транзитного пропуска части стока наносов в нижний бьеф и т. п.

В дальнейшем подробно рассматриваются только мероприятия второй группы, так как предлагаемый авторами способ и инженерная конструкция для его осуществления, относятся к этой группе.

Многие исследователи и инженеры-гидротехники, эксплуатирующие водохранилища, считают, что наиболее экономически целесообразным и эффективным способом является гидравлическое удаление (промыв) наносных отложений в водохранилище, с использованием перепада между уровнями воды в бьефах гидроузла.

В тех случаях, когда слой заиления достигает значительных размеров и гидропромыв наносных отложений становится невозможным (из-за гидрологических, гидротехнических или эксплуатационных условий) может применяться механическая очистка с разработкой наносных отложений, экскаваторами, бульдозерами, средствами гидромеханизации или специальными устройствами. Однако, последние требуют больших затрат денежных средств.

В последние годы на зарубежных водохранилищах начинают применять очистку с использованием современных механизмов и устройств на базе новой техники. Так, например, на водохранилищах Швейцарии [1] применяют установки со сложными конструкциями, которые состоят из подводного устройства, производящего разработку наносных отложений и транспорт пульпы и надводной системы, служащей для управления работой всей установки. Однако, как показывает практика использования таких установок, ввиду их низкой производительности, широкое применение па водохранилищах экономически вряд ли целесообразно.

Существенное влияние на процесс заиления водохранилища оказывает режим его работы — ход наполнения и пропуска излишних расходов, опорожнения и др. Важное влияние оказывает увязка этого хода с процессом изменения, расходов и мутностей реки. В малых водохранилищах сезонного регулирования быстрое наполнение до НПУ за счет полного задержания очень насыщенных наносами паводковых расходов, обычно приводит к интенсивному заилению регулирующей емкости [2]. Теория регулирования речного стока рекомендует для уменьшения заиления так называемый второй вариант наполнения, при котором во время паводков в водохранилищах поддерживают низкие уровни воды близкие к уровню мертвого объема. Это позволяет значительную часть, твердого стока реки транзитом сбросить в нижний бьеф. Однако, режим работы водохранилища с таким вариантом наполнения может с успехом применяться только тогда, когда имеющиеся прогнозы стока воды достаточно достоверно гарантируют возможность наполнения водохранилища до НПУ в период прохождения расходов реки после прекращения паводков. Между тем современные методы прогноза из-за низкой достоверности такой гарантии не дают. Сток воды средних паводков входит в общий объем водных ресурсов используемый в народном хозяйстве [2].

Достаточно эффективных универсальных способов и мероприятии по борьбе с процессом заиления водохранилищ пока еще нет. Предлагаемые специалистами и используемые на некоторых низконапорных гидроузлах методы удаления наносных отложений гидропромывом, механической очисткой и другими способами, неприменимы в условиях малых и средних водохранилищ, из-за недостатка расходов воды в реке для промыва и очень высокой стоимости производства работ по механизированной очистке.

На основании вышеизложенного и учитывая пробелы, имеющиеся пока в прогнозировании заиления и методах борьбы с ним в условиях малых и средних водохранилищ, была сформулирована следующая цель наших исследований: на основе натурного и лабораторного изучения факторов, влияющих на процесс заиления водохранилища разработать конструктивно-технологическое мероприятие по борьбе с этим явлением.

Для достижения поставленной цели было необходимо решать следующие задачи:

1. На основе анализа многолетних гидрологических и эксплуатационных данных установить основные закономерности изменения
2. наблюдавшихся паводков, в частности изменение концентрации и размеров наносов в волне паводка, а также характеристик режима работы водохранилища — хода наполнения, сброса и опорожнения.
3. Провести натурные исследования по изучению гидрологии,
4. детального наносного режима, эксплуатационного режима и динамики
5. процесса заиления на конкретных объектах.
6. На основе результатов этих исследований и анализа проработок, имеющихся в области моделирования гидравлических явлений,
7. разработать рекомендацию к методике моделирования движения взвесенесущего потока при большой концентрации взвешенных наносов.
8. Провести экспериментальные исследования в гидравлической лаборатории, посвященные изучению изменения мутности потока в подпорном бьефе по длине и распределения наносов по фракциям в верхнем бьефе, а также изучению влияния уровненного режима верхнего бьефа и расположения порога водосбросных отверстий на процесс заиления. На пространственной модели изучить — влияние глубокой русловой части чаши водохранилища на процесс формирования наносных отложений в верхнем бьефе гидроузла.
9. Разработать конкретное конструктивное мероприятие для удаления наносов из водохранилища, учитывающее природные, эксплуатационные и другие факторы, влияющие на режим работы малых и средних водохранилищ.

Задачей предлагаемого конструктивного мероприятия является повышение надежности эксплуатации водохранилищного гидроузла и урожайности сельхозкультур, которые находятся в зоне командования водохранилища [3, 4].

Для средних и малых водохранилищ поставленная задача решается тем, что в устройстве для борьбы с заилением таких водохранилищ от наносов, включающем канал, выполненный в зоне полезного объема чаши водохранилища, построенного на русле реки, и сбросное отверстие в теле плотины, снабженное затвором, канал выполненный с длиной от 600 до 800 м, глубиной 4–3 м и шириной по дну 6–8 м, сообщается с двухкамерным отстойником, первая по оси движения потока камера которого имеет продольный уклон дна не менее уклона естественного русла реки в чаше водохранилища(Рис.-1). При этом глубина первой камеры равна глубине канала, ее ширина в 3–4 раза превышает ширину канала, а длина составляет одну четвертую часть от длины канала. За первой камерой по оси движения потока размещена вторая камера, продольный уклон дна которой выполнен равным нулю, при этом ширина второй камеры равна ширине первой камеры, а длина — в 2,5–3 раза превышает длину первой камеры, причем начальная глубина второй камеры определяется по формуле:

h₂ = L₃ i_к, м

где: h₂ — начальная глубина второй камеры, м;

L₃ — — длина второй камеры, м;

i_{к —} продольный уклон канала,

Конечная глубина второй камеры не менее глубины первой камеры, кроме того во второй камере отстойника размещен грунтозаборник, связанный трубопроводом со сбросным отверстием.

В основу предлагаемых конструктивных мероприятий заложена идея управления движением взвесенесущего потока в верхнем бьефе водохранилища и обеспечение возможности осаждения основной массы твердого стока в специально предусмотренном, двухкамерном (с различными продольными уклонами дна каждой камеры) отстойнике, который находится на расчетном расстоянии от входного створа. Управление в период вегетации сбросом взвешенных наносов из второй камеры производится через водовыпуск в нижний бьеф плотины для подачи их на орошаемые поля в качестве естественного удобрения, что осуществляется с применением способов гидромеханизации с последующей очисткой донных наносов из первой камеры с применением механических способов (используя экскаваторы, автосамосвалы и др.) после опорожнения воды в верхнем бьефе до отметки, соответствующей границе между первой и второй камерами.

Выполнение канала с длиной 600–800 м обеспечивает прямолинейное движение основной массы донных и взвешенных наносов по каналу и попадание их в отстойник, устроенный по оси движения мутного потока. Глубина 3–4 м и ширина 6–8 м канала обеспечивает равномерное движение мутного потока по оси канала в сторону отстойника, предотвращая при этом растекание наносов по ширине чаши водохранилища в зоне его полезного объёма, вследствие чего полезный объем чаши водохранилища защищается от наносных отложений. Все это приводит к увеличению срока службы водохранилища и повышению надежности гидротехнических сооружений в период урегулирования паводковых и селевых потоков в водохранилище.

Выполнение отстойника двухкамерным позволяет разделить наносы по размеру. Первая по оси движения потока камера отстойника, выполненная с продольным уклоном не менее уклона естественного русла реки, принимает равномерно движущийся мутный поток.

Глубина первой камеры принята равной глубине канала, а ширина в 3–4 раза превышает ширину канала. Это обеспечивает равномерное растекание мутного потока по ширине камеры и в 2–3 раза уменьшает скорость движения наносов. В результате чего, происходит интенсивное осаждение донных наносов по ширине камеры. Длина камеры, экспериментально установлена, что составляет одну четвертую часть от длины канала, обеспечивает осаждение всех донных наносов в пределах первой камеры, при этом мельчайшие донные наносы с размерами частиц d = 0,05мм осаждаются преимущественно в конце камеры. Превышение длины второй камеры в 2–3 раза по сравнению с длиной первой камеры при продольном уклоне дна равном нулю позволяет создать вдоль этой камеры гидродинамическое равновесие мутного потока и дополнительно осадить все взвешенные наносы с размерами частиц d 3 и уклоном естественного русла 0,011 реки, прямолинейный канал 4 имеет длину L₁= 700 м, глубину h_k = 4 м и ширину b_k = 6 м, а продольный уклон его равен, уклону естественного русла 2 реки и составляет i_к= i_р = 0,011, при этом размеры камеры 5 следующие глубина h₁= h_k = 4 м, ширина b_к5 = 3 b_к = 3 6 =18 м, а длина L₂ = = =175 м, и размеры второй камеры — длина L₃ = 2,5 L2=2,5 175=437м, ширина b_к6 = 18 м, конечная глубина h₃ = h₁=4 м и начальная глубина h₂ камеры 6 определяется по формуле:

h₂ = L₃ i_к,=437 0,013= 5,7 м

Конечная глубина h₃ камеры 6 может быть равной глубине h₁ камеры 5 или превышать ее.

В камере 6 отстойника размещен грунтозаборник 7, связанный трубопроводом 8 со сбросным отверстием 9, снабженным затвором, выполненным в грунтовой плотине 1. Грунтозаборник 7 связан также с плавсредством 10.

В период паводка мутный поток, пройдя по каналу 4, поступает в камеру 5, где в 2–3 раза снижает скорость и равномерно растекается по ширине камеры 5. Частицы наносов с размерами d > 0, 05мм оседают в камере 5. Наносы с размерами частиц d Научный журнал “Молодой Ученый” в социальных сетях:

Источник