География и геология/3. гидрология и водные ресурсы.

Магистр Наурызалиев Н.А., магистр Султанбеков Г.З.

Таразский Государственный университет имени М.Х.Дулати

Төменгі бьефтегі ағынның ағыс бағыты өзгеруімен күресу жолдары

Төменгі бьеф құрылғыларының конструкциялары іс жүзінде қолайсыз ұрма ағыстардың туындауынсыз жұмыс істеуі қажет; басқаша болған жағдайда қуатты бекіту құрылғыларын соғуға, ия болмаса шайылу салдарларымен күресуге бағытталған шаралардың көлемі мен құны айтарлықтай өсе түседі.

Мұндай шаралардың екі негізгі түрі бар: конструктивтік және эксплуатациялық. Мұның екеуі де суұрма құбылысын толық жою үшін, ия болмаса төменгі бьефтің жұмыс режимі мүмкін өзгеруін әлдеқайда шектеуге бағытталған [1,2].

Эксплуатациялық шаралар қатарына – су ағызу майданы ашылуымен ені (мысалы, бір арқалығы арқылы) және биіктігі (сатылармен барлық жапқыштарды көтерумен) жеткілікті бірқалыпты басқарылатын су өткізу құрылымдарын (әсіресе көп арқалықты) жапқыштарын маневрлеудің тиімді режимін жасау жатады.

Конструктивтік шараларға жататындар: төменгі бьефтегіге қарғанда суұрмада жоғарылау су деңгейін жасайтын сөндіргіштер мен соңғы бөліктегі табалдырықтарды қолдану; соңындағы тарату сөндіргіштерімен жиі бірге пайдаланылатын арнайы сөндіргіш-жайылтқыштар (тұтас, кесілген, тісті) қолдану; ағынның транзиттік бөлігін сұйықтың транзит емес бөлігінен, оның тереңдігі төменгі бьефтің тереңдігінен кіші болғанға дейін бөлуді іске асыратын, бөлгіш аратіреулер мен бағыттаушы қабырғалардың тиімді ұзындығын іріктеу; суды әкетуші арнаға қозғалыстың бүйірлік тұрақтылығы шығын құбылысы дамуына кедергі жасайтын полигональды пішін беру; көп арқалықты бөгеттердің шеткі арқалықтарын дұрыс жоспарлы бағдарлауды таңдау; суұрма мен рисбермада ағынның қажетті кеңеюін қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін суағарлы майданы жоспарда қисық сызықты су тастағыштарды қолдану; құдық және рисберма маңында ағын ағысын ақырындап кеңеюі жағдайын қамтамасыз ету немесе оларды бойлық еңістікпен орындау; құдық маңында кеңейту шапшыма алдында ағынның төрт есе тереңдігінен аспауы қажет [3].

Су ағысы режимі өзгеруімен табысты күресуге мүмкіндік беретін, төменгі бьеф құрылғыларының тиімді конструкцияларының бірнеше түрі бар. Мысалы, екі және үш арқалықты құрылымдар үшін, оның ішінде құбырлылары да бар, арқалықтың бірін толық ашқанда және біреуін (мүмкін бірнешеуін) жапқанда режим бұзылуын жоятын конструктивтік шаралар ұсынылады.

Судың ұрма ағысы режимі түзілуін тоқтататын кейбір конструкциялар 1-суретте келтірілген.

Сурет 1 - Судың ұрма ағысы режимі түзілуін тоқтататын кейбір конструкциялар: а-шашыратқыш (1) және қисықсызықты табалдырықты (2); б-жайылатын табалдырықты (3) және суұрма қабырғалы (4); в-ұзартылған аратіреулі немесе бөлінген қабырғалы (5), тереңдігі үлкен облыс (7) тереңдігі таяз облыстан оқшауланған; г-сөндіргішті-шашыратқыштар (8,9) және қабырғалы (10); д-жайылтқыштар (1) және шашкалы сөндіргіштермен (11); е-табалдырықты-жайылтқышпен (12).

Мұндай түрдегі негізгі шаралардың бірі – тікелей сығылған қимадан және бірінші гидравликалық шапшыма аймағында жатқан, сөндіргіштер немесе таратқыштардан кейін орналасқан, суұрма құдықтар немесе қабырғалар мен табалдырықтар жүйесін орнату. Толық суағарлы майданда жұмыс істеу кезінде қабырғаның (қабырғалар жүйесінің) ролі ағынға реактивтік әсер етуден, сұрма мен рисбермада оның таралу жағдайын жақсартудан, суұрмадан суды алып кету арнасына өту бөлігінде шамалы құламаның болуын сипаттайтын, қатаң белгілі гидравликалық айқын байланысу режимін құрудан тұрады. Суағарлы майдан симметриялы жұмыс істемейтін болса, қабырға төменгі бьеф деңгейі белгілерінің ағыс бойымен қабырғадан жоғары ағын режиміне әсерін минимумға жеткізеді және сонымен суұрма маңында су иірімдерінің қарқындылығын, және де транзитті ағынның жоспарлы кеңею режиміне олардың әсер ету дәрежесін төмендетеді.

Бірқатар жағдайларда беттік режим бекітпеден кейін үлкен шаю жылдамдықтарын жібермеу тұрғысынан қолайлы болуы, жоспар мен тереңдігі бойынша ағынның таралуының қолайлы жағдайларын қамтамасыз ету тұрғысынан, сөндіргіштер көмегімен ағынды басқаруды бьефтерді жалғауда пайдалану тиімділігі - өте күрделі мәселе болып табылады. Суұрмада судың таралуы үрдісін қарқындату мен жақсартуға, байланысудың түптік режимін орнықты ұстап тұруға ұмтылу қажет, бұл мақсаттар үшін тек сөндіргіштер мен таратқыштарды ғана пайдаланып қоймай, сонымен қатар табалдырығы төмен суағарлы бөгет жағдайында, жапқыштардан төменде суағар қырының көлбеулігін пайдаланса болады. Ақпаның жайылу режимін орната отырып, сөндіргіштердің түрін де, олардың орналасқан жерін де, жоспарлы бағдарын да, аратіреулер ұзындығы жиынтығымен конструктивтік орындалуын да, тастау өтімдері өзгеруі диапазоны мен оларға сәйкес тереңдіктерді де ескеру қажет. Су ағысы режимі бұзылуымен күресу шаралары жауапты жағдайлар үшін, құрылымдардың модельдік гидравликалық зерттеулері кезінде мұқият іріктеп алады [3,4,5].

Гидротехникакалық құрылымдардың төменгі бьефтегі энергияның сөндірулері зерттеуімен Н.Н.Беляшевский, О.Я.Олейник, Н.Г.Пивоваров, И.И.Калантыренко, А.А.Сабанеев, Н.П.Розанов, И.И.Леви, С.М.Слисский, Д.И.Кумин., С.М.Койбаков, С.К.Джолдасов және т.б. шұғылданған.

Кез-келген екі беткейлі (бьефті) құрылымдарда жоғарғы және төменгі бьефтері болады. Бьефтердің жалғасуы тезағар, құлама және т.с.с. құрылымдар арқылы жүзеге асады. Екі бьефтің арасындағы құлама үлкен болған сайын, төменгі бьеф жағында гидравликалық шапшыманың да әсері үлкен болады. Гидравликалық шапшыманың үлкен жылдамдықпен төмен ығысуы, арнаның түбін қазып жіберу қаупін туғызады. Шапшыманың төменгі бьефте төмен ығысуын болдырмау үшін суұрма шұңқырлар, суұрма қабырғалар және басқа да құрылғылар – кинетикалық энергияны бәсеңдеткіштер орнатылады. Арынды бәсеңдету үшін гидравликалық шапшыманы кері жүргізіп, кинетикалық энергия күшін қайтару керек.

Кез-келген мақсаттағы су тораптарын жайғастыру құрамында барлық уақытта, төтенше үлкен жұмыс жүргізу және конструктивтік алуан түрлерімен ерекшеленетін, су өткізу гидротехникалық құрылымдары болады. Олардың жұмыс жағдайының сипатты ерекшеліктері болып, құрылымдар маңында, су арналары мен олардың соңғы бөліктерінің конструктивтік пішіндеріне өте жиі айтарлықтай әсер ететін, гидравликалық режимдері күрделі бірнеше учаскелер болуы табылады.

Су тастайтын гидротехникалық құрылымдардың сенімді және апатсыз жұмысын қамтамасыз ету үшін, материалдық шығындары минимал кезінде ағын энергиясын тиімді сөндіретін сенімді де тұрақты құрылғылардың болуы өте маңызды.

Ағынның бір бьефтен екінші бьефке өтуі іске асырылатын, төменгі бьефтің телімдері мөлшерлерін қысқарту, су тастау құрылымдарынан кейін арнаны бекіту конструкцияларын жобалау және есептеу кезінде туындайтын негізгі мәселелерді құрайды.

Су тастау құрылғысының соңғы бөлігінің ені бойынша ағынның бірқалыпты таралған қозғалысқа түрлендіретін, сұрма құдықта энергия бәсеңдеткіштер орнату жоғарыдағы мәселелерді шешудің бірден-бір жолы болып табылады.

Су арынын алу және су қоймаларын құру үшін өзендерде тұрғызылатын су тастау құрылымдары - су алу тораптарының айырылмас бөлігі болып табылады, олардың мақсаты – жоғарғы бьефтен төменгі бьефке тасқындық өтімдерді өткізу және артық суларды тастау.

Қазіргі уақытта қолданылып жүрген су тастау құрылымдарының типтерін кеңінен тараған екі түрге жатқызуға болады: бөгет жотасы бойымен жапқышты немесе жапқышсыз суағарлы бөгеттер және кең табалдырықты суағар түріндегі су тастағыш құрылымдар.

Суағарлы бөгеттер өзен табаны биіктігінен суағарлы табалдырығының әлдеқайда көтерілуімен сипатталады және әдетте орта және жоғары арынды құрылымдар үшін қолданылады.

Бөгет арқылы су өткізу кезінде төменгі бьефте құрылым маңында өте үлкен жылдамдықпен сипатталатын ағынды байқауға болады. Кинетикалық энергиясы өте жоғары бұл ағынның шаю жылдамдығы да өте жоғары болады.

Қандайда-бір бекіткішпен (жабылғы) қорғалмаған, жартасты емес табанды биіктігі аласа бөгет жағдайының өзінде, тікелей бөгеттен кейін шайылу иірімі (воронкасы) орын алуы мүмкін. Өндірістік тәжірибе деректері көрсеткендей, мұндай иірім қазаншұңқырының тереңдігі шамасына жетуі мүмкін, мұнда - бөгет жотасындағы арын шамасының мәні.

Бөгет биіктігі аласа бойлы болып, төменгі бьефке жоғары биіктіктен кейде ауқымды су массасы құлағанда, бұл кездегі су қозғалысының жылдамдықтары 40-50 м/с-ке жетіп, су ағыны тұтас күшке бірігіп жартасты табанды да жарып жіберуі мүмкін, бұл жағдайда жартастағы шайылу воронкасы едеуір тереңдіктерге жетуі мүмкін, мысалы 10м және одан терең ұйық жасайды.

Арнаның түбін (және де жағаларын) бұлай шаю, табиғи нәрсе, төменгі бьефте жиі рұқсат етіле бермейді, себебі олар бөгеттің қирауына себепкер болуы мүмкін.

Осындай жайттарды еске ала отырып, тікелей бөгеттен кейінгі телімдегі төменгі бьефтің арнасын, көп жағдайда, сенімді және берік бекітпелермен көмкереді, кей жағдайларда табанын тереңдетеді. Бөгеттен кейінгі арнадағы бекіту және тереңдету бойынша жұмыстар құнын төмендету үшін, төменгі бьеф маңында әртүрлі энергия сөндіргіштерді орнатады, олардың көмегімен ағынның кинетикалық энергиясын төмендетеді, тиісінше оның шайғыш қабілетін де төмендетіп, ағынның режимін жақсартады.

Төменгі бьефте су ағыны энергиясын бәсеңдететін құрылғылар кешенін тұрғызу кейде айтарлықтай күрделі шығындарды қажет етеді. Соныдықтан, бөгетті соға отырып, төменгі бьефтің құрылғыларын жобалауға ерекше көңіл аударуға тура келеді. Мұндай жобалау кезеңінде белгілі жақындату мәндері арқылы төменгі бьефтің құрылғыларының ең тиімді формалары мен мөлшерлерін анықтауға мүмкіндік беретін, әртүрлі есептеу әдістерін және лабораториялық зерттеу әдістемелерін қолданады.

Қолданылған әдебиеттер тізімі

1. Замарин Е.А. Гидротехнические сооружения. Сельхозиздат, М., 1960.

2. Защита от размыва русл и нижных бьефов водосбросов. Рекомендации для проектирования. М., 1974 / НИИ ВОДГЮ.

3. Кавешников А.Т., Сивак М.Ю. Гашение энергии потока в нижнем бьефе водопропускных сооружений с конусными затворами. Гидротехническое строительство. М. Энергопрогресс, 2006,№9.

4. Кавешников Н.Т. Местный размыв в нижнем бьефе трубчатых сооружений. – Гидротехника и мелиорация, 1972, №5.

5. Наурзалиев Н.А. Гидротехникалық құрылымдардың төменгі бьефтеріндегі энергия бәсеңдеткіш құрылғылар. Ғылыми-практикалық магистранттар конференциясы, ТарМУ, 1-2 март 2012ж.