магистр Наурзалиев Н.А., магистр Койшыбаева Г.Ж.

М.Х.Дулати атындағы Тараз мемлекеттік университеті, Тараз қаласы, Қазақстан

ӨЗЕН АРНАЛАРЫНЫҢ БҰЖЫРЛЫҚ КОЭФФИЦИЕНТІН АНЫҚТАУ ҚИЫНШЫЛЫҚТАРЫ ТУРАЛЫ

Өзендердің топырақ арнада өтуі, оның табанында әртүрлі шөптесін өсімдіктердің өніп кетуіне қолайлы ықпал етеді. Соның салдарынан арна түбінің деформацияға ұшырауы жағдайында бұжырлық коэффициенті арнаның пішініне байланысты болады және су деңгейі ауытқуымен айтарлықтай өзгеруі мүмкін. К.В.Гришанин [1], Г.В.Железняков [2] еңбектерінде сары топырақты бөліктерде су деңгейі көтерілуімен бұжырлық коэффициентінің төмендейтіні, су тасу басталуымен тұрақтанатыны, ал содан кейін белгілі бір шамаға дейін ұлғаятыны айтылады. Ал, арнаның ары қарай толуымен, қарсылық әлсіреп, бұжырлық коэффициентінің төмендейтіні туралы айтылады.

Арна (негізгі) және жайылмалық ағындардың өзара әсерлесуі, арнаның ернеулері маңында жылдамдықтардың үлкен градиенттерінің, құйынды қозғалыстардың түзілуімен (көбіне тік ості болып), көлденең қимада масса алмасу және көтеріңкі қарқындылықтағы турбуленттілікті қозғалыстың пайда болуымен жалғасады. Құйынды қозғалыстардың түзілуі мен орын алмасуына арналық ағынның кинетикалық энергиясының едеуір бөлігі шығындалады. Нәтижесінде ағынның негізгі арнадағы кинематикалық түзілімі айтарлықтай өзгереді. Бұл кезде негізгі арнадағы жергілікті және орташа жылдамдықтар төмендесе, ал арнаның ернеуі маңыдағы жылдамдықтар шамалы көтеріледі. Арнадағы жылдамдықтардың төмендеуі, жайылмадағы жылдамдықтар көтерілуін алмастыра алмайды.

Арнаның ағынымен шығындалған кинетикалық энергия, ағынға қосымша жылдамдық беру үшін, және де ағынның көлденең өзара әсер етуі нәтижесінде туындайтын, кедергілерден өтуге шығындалады. Мұндай нәтижелерді В.Т.Чоу [3] байқауға болады. Ол, арнаның өтімі мен деңгейінің ұлғаюы, бұжырлық коэффициентінің төмендеуіне алып келеді деп есептейді. Су таяз жерлерде арна түбінің бұжырлығының әртектілігі және канал қимасы өзгеруі үдей түседі, олардың бұжырлыққа әсері өсе түседі. Біоақ, бұжырлық коэффициентінің шамасы, үлкен су деңгейінде, каналдағы өскен қамыс және жағаларының әртүрі болуымен де өсуі мүмкін.

В.Т.Чоу [3], өсімдіктер қабатының су деңгейіне белгілі биіктігіне дейін ғана айтарлықтай әсер етеді дейді, сондықтан, жеткілікті үлкен жайылмалық өтімдерде бұжырлық коэффициентін өндірістік мақсаттар үшін тұрақты деп санауға болады.

Жартылай бекітілген және жағалары шөптесінмен өсіп кеткен жасанды су арналарында, жайылмасыз суланған периметрі бойынша құрамдық бұжырлықтағы каналдардың жұмысын талдаулардан көріп отырғанымыздай – бұжырлық коэффициентінің мәні бір жағдайларда су толуымен өсетін болса, кейбір жағдайларда төмендейді. Бұл, бұжырлығы арна табанының бұжырлығынан кіші немесе үлкен болуы мүмкін, өсетін шөптің сипаты мен қалыңдығы, жақтауларының жасанды бекітлуімен негізделеді, оны Е.Э.Шиперко [4], У.С.Рось [5], Э.Л.Беновицкий [6], И.Никурадзе [7] эксперименттерінен байқауға болады.

М.Х.Дулати атындағы Тараз мемлекеттік университетінің «Су ресурстары» кафедрасының лабораториясында жүргізілген экспериментальдық зерттеулерінен жақсы көруге болады. Тәжірибелер ұзындығы 6,0м, биіктігі 0,4м және ені 0,23м тікбұрышты гидравликалық науада жүргізілген.

арналардың деформацияға ұшырауы. Каналдағы су жылдамдығы арнаны шаймау жылдамдығынан кіші болған жағдайда арнаның тұнбалануы жүреді, бұл кезде каналдың біртексіз табаны біртекті бола бастайды және бұжырлық коэффициенті төмендейді. Сонымен қатар, шайылу арнаның бұжырлық коэффициентінің мәнін көтеріп жіберуі мүмкін.

Ирелең, қайраң және жайылма түріндегі арналық түзілімдер және де басқа су арнасын деформациялайтын элементтер, мысалы – өзендер мен каналдардағы арналық процестерді сипаттайтын құм жоташықтары (рифельдер-түпкі рельефтің мейлінше ұсақ пішіедері), құм жалдары (ірілеу түзілімдер) – арнаның бұжырлық коэффициентін көтереді. Бұжырлық коэффициентінің көтерілу дәрежесі арналық түзілімдер түріне, пішініне, арнадағы саны мен орналасуына байланысты. Ілеспе күйдегі материалдың қозғалуы мен арна түбімен дөңгеленуі де, бұжырлық коэффициентінің мәнін көтереді.

Сонымен, каналдың болмыстық күйін толық есепке алу және оның өткізу қабілетін дұрыс болжау үшін, табиғи жағдайларда арнаның жеке бөліктерінің бұжырлық коэффициенттерін анықтаудың ғылыми тұрғыда маңызы өте жауапты болып табылады.

Кез-келген беттің бұжырлығы – арна табанының бұжырлығы қасиетен түзетін, түйіршіктер мөлшеріне, пішініне және олардың өзара орналасуына байланысты. Сондықтан, кез-келген беттің бұжырлығын өлшеу үшін арнайы өлшеу шаралары ұсынылады. Бұжырлық шамасының ең негізгі өлшем бірлігі – бұжырықтың өлшемі болып табылады, ол бұжырлықты түзетін бөлшектің тиімді радиусы ретінде анықталады. Ал, екінші өлшем бірлігі ретінде бұжырлықтың таралуы тығыздығы деген түсінік енгіземіз.

Болмыстық жағдайларда бұжырлық коэффициентін анықтаудың үлкен өндірстік маңызы бар. Бірақ, суландыру каналдарын пайдалану кезінде бұжырлық коэффициентін бірқатар қиыншылықтар кездееседі. Оларға келесілер жатады:

- бүкіл ұзындығы бойында каналдың көлденең қимасы конструкциясының әртүрлі болуы;

- арна периметрі бойынша құрамдық бұжырлығы болуы, арна жақтауын бір немесе екі жақтылы бекітілуі немесе жақтауларына шөп қаптап шығуы, осылардың салдарынан ағынның арна бойынша арнасы әртүрлі бұжырлықтағы бөліктерге бөлінеді;

- арналарының шайылуы салдарынан каналдардың топырақ бөліктерінде арналардың деформациялануы, тасындылардың жиналуы немесе су өсімдіктерімен өсіп кетуі, бұл жерде бұжырлық коэффициенті арнаның пішініне байланысты және су деңгейі тербелісімен айтарлықтай өзгеруі де мүмкін;

- вегетация кезеңінің ішінде каналды пайдалану деңгейіне орай, бұжырлық коэффициенті шамасының өзгеруі;

- каналдың қысқы режимі кезіндегі мұз қабатының болуы, төменгі бетінің бұжырлығы арнаның бұжырлығынан ерекшеленеді;

- периметрі бойынша құрамдық бұжырлықтағы арналар үшін, арнаның жеке бөліктерінің бұжырлық коэффициенттерін анықтау әдістемесінің жоқтығы.

Қолданыстағы каналдардың өткізу қабілетін есептеу кезінде, арнаның жеке бөліктерінің болмыстық бұжырлық коэффициенттерін анықтаудың әдістемесін және олардың негізінде келтірілген бұжырлық коэффициенттерін анықтау үшін, жоғарыда айтылған қиыншылықтардың барлығын есепке алу қажет.Құрамдық бұжырлықты каналдардағы су қозғалысы. Қарапайым каналдарда суланған периметрінің жеке бөліктерінде бұжырлығы едеуір ерекшеленуі мүмкін, бірақ орташа жылдамдықты бірқалыпт қозғалыс формуласымен, қималарды фактілі бөлмей-ақ есептеуге болады. мысалы, тікбұрышты қималы, табаны ағаш және қабырғалары шындан тұратын каналдың, түбі мен қабырғалары үшін бұжырлық коэффициентінің мәні әртүрлі болуы мүмкін. Мұндай каналды есептеу үшін Маннинг формуласын қолдану, кей кезде бүкіл периметрі үшін бұжырлықтың эквиваленттік мәнін есептеу және оны бүкіл қимасындағы ағынды есептеу үшін пайладану қажет. Эквиваленттік бұжырлықты анықтау үшін, өтім қимасының ауданы ойша бірнеше бөлікке бөлінеді, олардың суланған периметрлері және бұжырлық коэффициенттері белгілі. Хортон және Эйнштейн мынадай рұқсаттар берді [3], өтім қимасының ауданының әрбір бөлігіндегі орташа жылдамдықтар бірдей, және олар бүкіл қимадағы орташа жылдамдықтың шамасына тең, яғни . Осы рұқсат берулердің негізінде бұжырлықтың эквиваленттік коэффициенті төмендегі көрсетілген теңдеу бойынша алынуы мүмкін:

(1)

Бұдан басқа, эквиваленттік бұжырлықты анықтау үшін ақыблданған бірнеше рұқсат етілімдер бар. Павловский, және де Мюльхофер, Эйнштейн және Банк [3] былай деп есептеді, қозғалысқа кедергіліктің толық күші, көрсетілген аудандардағы дамитын, кедергілік күштерінің қосындысына тең. Осы рұқсат етелімдерге сәйкес, эквиваленттік бұжырлық коэффициент мынаған тең болады

(2)

Ал, Лоттер болса ағынның толық өтімі көрсетілген аудандар арқылы өтетін өтімдердің қосындысына тең деп қабылдады. Сонымен, эквиваленттік бұжырлық коэффициенті тең болады

(3)

бұл жерде, - көрсетілген аудандардың гидравликалық радиустары. Қарапайым қималар үшін қабылдауға болады.

Жоғарыдағы мәліметтерден көріп отырғанымыздай, өзендер мен арналардың болмыстағы бұжырлық коэффициентін анықтау, міндетті түрде табиғи жағдайларда жүргізілген тәжірибелер негізінде қабылдануы қажет екенін көрсетеді.

Әдебиет:

1. Гришанин К.В. Устойчивость русел рек и каналов. - Л.: Гидрометеоиздат. 1974. - 144 с.

2. Железняков Г.В. О расчете пропускной способности русел при изменении гидравлических сопротивлений по ширине потока // Гидротехническое строительство. – 1971. - №8. – С.27-29.

3. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов. – М.: Издательство литературы по строительству. 1969. – 464 с.

4. Шиперко Е.Э: Исследования сопротивления жидкости в случае неоднородной шероховатости // Известия Днепропетровского горного института. – 1961. – Т.40. – с.272-282.

5. Рось У.С. Изменение приведенного коэффициента шероховатости в зависимости глубины потока под ледяным покровом // Тр. Новосибирский ин-т инж. ж/д транспорта. – 1967. – Вып.60. – С.113-118.

6. Мусин Ж.А., Сенников М.Н. Основные факторы, нарушающие надежную работу оросительных систем, и эксплуатационные затруднения в определении коэффициента шероховатости в натурных условиях // Водные ресурсы Центральной Азии // Материалы науч.прак.конф. посв. 10-летию МКВК. – Алматы, 2002. – С.409-410.

7. Nikuradse J. Laminare Reibungsschichtenan der langsangestromten Platte. Zentrale f. wiss. Berichtswesen, berlin, 1942.