Эксплуатационные режимы каналов

Раздел 5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ КАНАЛОВ И СООРУЖЕНИЙ НА НИХ

Эксплуатационные режимы каналов

Режим канала зависит от следующего: его хозяйственного назначения (оросительный, осушительный, магистральный, рас­пределительный, водопроводящий, судоходный, рыбоводный, лесосплавный и т. д.); условий использования (постоянные, вре­менные, основные, второстепенные); природно-климатических условий (ледовые режимы, пропуск шуги, дождевые паводки и т. п.); конструктивных особенностей (длина, наличие одежды, автоматических сбросов, регуляторов, перегораживающих и дру­гих сооружений); технологических условий работы (непрерыв­ный или периодический процесс работы); состояния потока (спо­койный, бурный или сверхбурный), а также других особенно­стей.

В настоящее время большинство крупных магистральных ка­налов имеет комплексное назначение и функционально связано с различными отраслями, ведомствами и предприятиями. Кана­лы, служащие для водоснабжения и обводнения, работают круг­логодично, хотя расход их зимой обычно меньше, чем летом. Оросительные каналы пропускают большой расход в поливной период с учетом климатических условий, сельскохозяйственных культур и т. д. В одних зонах с наступлением осени поливы заканчиваются, а в других зонах воду подают на проведение промывных, влагозарядковых и других поливов, то есть в тече­ние всего года. Судоходные каналы обычно эксплуатируются во время навигации, когда нужно поддерживать допускаемые ско­рости и глубины. Деривационные каналы эксплуатируют круг­лый год в соответствии с графиком нагрузки электростанции. Особое внимание заслуживают режимы наполнения каналов в пусковой период, во время их эксплуатации и опорожнения.

Режим наполнения канала в пусковой период и в начале его эксплуатации требует большого внимания, особенно если канал проходит в просадочных грунтах. Интенсивность размыва грун­та сильно зависит не только от его физико-механического состоя­ния, но и от влажности. Например, по данным Т. Г. Жордания, в воздушно-сухом состоянии глины при влажности 10... 13% имеют неразмывающую скорость ν_рет= 0.3 м/с. В то же время с увеличением влажности глин до 30...34 и 40...42% неразмываю­щая скорость составляет соответственно 0,5 и 0,75 м/с. Поэтому в пусковой период канал замачивают по участкам, отделяя их между собой дамбами. В ряде случаев при замочке грунта в те­чение 10 мин интенсивность размыва его уменьшается в 5...6 раз по сравнению с незамеченным воздушно-сухим грунтом. Время замочки канала должно составлять не менее 1 ч. По истечении этого времени эффективность увлажнения, как правило, резко снижается.

Имеются различные предложения по способам замочки. В то же время этот вопрос изучен недостаточно. Например, САНИИРИ рекомендует вначале воду пускать в канал на ко­роткое время (около 1 ч) в небольшом количестве. При этом берега каналов оседают и уплотняются, а мелкие частицы це­ментируются между собой. Затем постепенно наращивать напол­нение и расход канала. Замочку грунта при строительстве Паркентского магистрального канала (Ташкентская область) на расход 57 м³/с осуществляли с помощью траншеи в насыпи. По этой траншее пропускали воду, а через год ее расширяли. После трехлетней замочки и расширения получили проектное сечение канала. Существуют и другие способы замочек и разработок грунтов, например путем размыва пионерной прорези на участ­ках глубоких выемок, как это имело место на Каракумском ка­нале. Медленно наполнять канал необходимо и потому, что при малых глубинах воздух, содержащийся в порах грунта, вытес­няется при меньших градиентах медленнее. В таком случае грунт разуплотняется незначительно.

Во время наполнения канала обращают внимание на осадки его дна, откосов и дамб, при которых в суглинистых грунтах появляются трещины. Осадки могут достигать 10...15 см и более. Поданным Ю. М. Кузьминова, на канале Джун (Ташкентская область) осадка дамбы из суглинка, насыпанной без предвари­тельной замочки, за 23 года достигла 57%.

В начальный период эксплуатации возможен также прорыв дамб, как это имело место, по данным САНИИРИ, на Джизакском магистральном канале ДМ-3 с расходом 18,6 м³/с. Канал проходил в суглинках и песках с низким уровнем грунтовых вод (18...20 м от дневной поверхности). Во время замочки в течение 2 ч с постоянным расходом 6 м³/с произошел прорыв дамб на трех участках в местах насыпи с некачественным уплотнением при пересечении канала с коллекторами в результате возникно­вения контактной фильтрации.

При наполнении канала устанавливают особый контроль за его состоянием, расставляя наблюдателей через 0,5... 1 км. Необ­ходимо иметь аварийные бригады, машины, механизмы, в особо опасных местах — материалы для оперативного устранения по­вреждений или аварий. Интенсивность наполнения, по данным САНИИРИ, крупных каналов не должна превышать 0,15 м/сут. Это значение принято на основе опыта строительства Тюямуюнского магистрального канала и других данных.

Режим наполнения канала после ремонта является также ответственным периодом. При этом необходимо установить не­ прерывные наблюдения за состоянием канала и обеспечить по­степенную подачу расхода с незначительной волной, энергетиче­ские характеристики которой не опасны с точки зрения размыва дна и откосов канала или его одежды. Скорость волны при на­полнении канала должна быть в 2...3 раза меньше допускаемой скорости воды при равномерном режиме, в противном случае могут возникнуть нежелательные явления, приводящие к недо пустимым деформациям откосов и дна канала. По мере его наполнения расходы увеличивают. При этом постоянно открыва* ют отверстия нижерасположенного перегораживающего соору­жения и выводят канал на расчетный эксплуатационный режим. В начальный период эксплуатации канала необходим усиленный режим наблюдения за фильтрацией из него, работой дренажных систем, а также всех гидротехнических сооружений на канале. Все деформации, характерные режимы течения, замеченные во время наполнения и в начальный период эксплуатации, тщатель­но фиксируют в специальном журнале с указанием места, вре­мени, характера повреждения или дефекта и его зарисовкой.

Режим опорожнения менее опасен для размывов дна и от­косов канала, рассчитанного на равномерный режим в обычных эксплуатационных условиях. Однако при резком снижении уров­ней воды в канале фильтрационный поток направляется к отко­су, вызывая дополнительное гидродинамическое давление на грунт. В этом случае могут возникнуть потеря устойчивости от­коса и его обрушение. Если откос будет иметь одежду без дре­нирующих устройств, то фильтрационный поток может выдавить плиты крепления.

Максимальные скорости снижения уровня воды в канале определяют каждый раз для конкретных условий в зависимо­сти от геологического строения и конструкции одежды канала. Ориентировочно их можно найти по таблице 5.1 [50].

5.1. Максимальные скорости (м/ч) снижения уровня воды для различных слоев сработки

Для условий пускового периода и в начале эксплуатации ка­налов, по данным САНИИРИ, скорость снижения уровня в ка­нале должна быть не более 0,15...0,2 м/сут во избежание появ­ления на откосах трещин и разрушений.

В целях обеспечения выполнения графика водоподачи иногда требуется в течение короткого времени (1...2 сут) снизить рас­ход на 50...60%, а затем увеличить его снова. В этом случае режим наполнения или опорожнения может также существенно зависеть от маневрирования затворами головного регулятора. При этом возможны различные режимы, среди которых можно выделить основные.

Увеличение пропускной способности регулятора, расположен­ного в голове канала, путем поднятия затворов приводит к воз­никновению волны наполнения. При уменьшении пропускной способности путем закрытия затворов головного регулятора появляется волна отлива. При быстром закрытии затворов регу­лятора, расположенного в конце канала, создается волна повыше­ния, движущаяся вверх по течению. Такой режим наиболее опа­сен и недопустим, так как при отсутствии сбросного сооружения возможны перелив воды через бровки канала в результате обра­зования кривой подпора и разрушение дамб обвалования. При быстром открытии затворов регулятора, расположенного в конце канала, появляется волна понижения, направленная вверх по течению.

Для оперативного контроля работы канала по известным фор­мулам гидравлики строят графики или номограммы, позволяю­щие определить глубину наполнения канала в рассматриваемом сечении в зависимости от маневрирования затворами регулято­ров, расположенных выше и ниже по течению с учетом транзит­ных расходов. Режим в канале также существенно зависит от конструкции, местоположения и наличия сбросных сооружений. Оптимальным режимом эксплуатации канала является плавное его наполнение или опорожнение с режимами, близкими к рав­номерному, имеющими минимальные сбросные расходы или ис­ключающими их полностью.

Во время прекращения подачи воды на участок канала сравнительно большой протяженности вначале закрывают выше- расположенное перегораживающее сооружение, а затем по исте­чении некоторого времени — нижерасположенный регулятор. Такой порядок закрытия отверстий водопропускных сооружений необходимо поддерживать во избежание перелива воды через бровки канала у нижерасположенного сооружения в результате образования горизонтальной поверхности воды при прекращении ее движения.

Перелив воды через дамбы возможен при переполнении из-за плохого регулирования водораспределения, не предусмотренного отказа водопотребителей от забора воды, повышении шерохова­тости в результате некачественного выполнения земляных работ или зарастания русла канала водной растительностью (на Кара­кумском канале за Келифскими озерами коэффициент шерохо­ватости при зарастании русла увеличился до 0,88, а проектное значение — 0,025), попадании значительных расходов ливневых и селевых потоков, заторов или зажоров (в зимний период), отказе работы затворов перегораживающих сооружений по лю­бой причине, в том числе из-за прекращения подачи электро­энергии. Длительное повышение уровней воды в канале сверх расчетного может привести к большим фильтрационным потерям воды, к поднятию уровня грунтовых вод и засолению прилегаю­щей территории с плодородными землями. На оросительных не­судоходных каналах запрещается передвижение плавсредств с большими скоростями. Исключение делается только для мотор­ной гидрометрической лодки, движущейся со скоростью до 5 км/ч. Необходимо также избегать внезапной остановки насос­ных станций и резких маневрирований затворами перегоражи­вающих сооружений.

Дата добавления: 2015-07-20