CC BY
6Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 11 |November, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-11-402-409
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННЫХ ДАМБ
М.Р.Бакиев, О.К.Кодиров, Х.Хасанов, И.Примбетов
НИУ - «Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского
хозяйства»
АННОТАЦИЯ
Введение в поток регуляционных сооружений ещё больше усложняет задачу. Это связано с тем, что из-за ограниченных размеров лаборатории необходимо создать модели на которых размеры сооружений получаются небольшими. Для этого экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры "Гидротехнические сооружения" ТИИИМСХ в лотке с размерами 45*75*600см, который имеет стеклянные стенки и оштукатуренное дно. Для облегчения визуальных наблюдений на дне лотка нанесена сетка с размерами 5*5, 2*2 и 10*10см. Для контроля уровней воды в начале и конце рабочей части установлены масштабы. Глубина и уровень потока измерялись с помощью мерной иглы, перемещающей по горизонтально установленным рейкам, закрепленных на лотке. Несоблюдение корректива приведет к значительным изменениям в преобразование скоростей с модели на натуре. Поэтому необходимо наметить минимальный масштаб зазора масштаб элементами сквозной части. Таким образом, по предлагаемой методике можно установить оптимальные размеры дамбы, обеспечивающий свободной транзит наносов через щели сквозной части, а также максимально сближенную картину на модели и натуре.
Ключевые слова. Регуляционных сооружений, экспериментальные исследования, контроля уровней воды, гидравлических моделирование, комбинированных дамбах,
ВВЕДЕНИЕ
Моделирование гидравлических явлений в открытых руслах представляет значительные трудности. Введение в поток регуляционных сооружений ещё больше усложняет задачу. Это связано с тем, что из-за ограниченных размеров лаборатории необходимо создать модели на которых размеры сооружений получаются небольшими. Это в свою очередь может привести к изменению режима движений на модели [2].
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 11 |November, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-11-402-409
В комбинированных дамбах корневую часть выполняют глухими, а оголовок сквозными, благодаря чему глубины местного размыва уменьшаются по сравнению с глухими.
Оценки потери напора определяют по обычной формуле:
Z = 4^/2g (1)
Где: vCT - бытовая скорость, g - ускорение силы тяжести, 4- коэффициент сопротивления комбинированной дамбы.
В общем случае коэффициент сопротивления комбинированной дамбы зависит от состояния потока и конструкции сооружения:
4 = f (Re, Fr, пш, р,\г/1д ),
Где Re = vl/u число Рейнольдса, здесь v - скорость, 1 - линейный размер; и- кинематическая вязкость;
Fr = v2 / gH - число Фруда, здесь Н - глубина потока;
n® =1 + Р1ск )в - степень стеснения, здесь 1г,1ж - длина глухой и сквозной части дамбы, P = d /(d + s)- коэффициент застройки сквозной части сооружения; d - ширина элементов сквозной части, s - ширина зазора между элементами сквозной части.
Приведенную выше зависимость можно привести в следующему виду:
* = f (Re )v*/2 g
где f(Re)- можно определить только лабораторными измерениями с учетом параметров потока и сооружения.
Для этого экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры "Гидротехнические сооружения" ТИИИМСХ в лотке с размерами 45*75*600см, который имеет стеклянные стенки и оштукатуренное дно. Для облегчения визуальных наблюдений на дне лотка нанесена сетка с размерами 5*5, 2*2 и 10*10см. Вода подается из насосной станции в водозаборный бассейн, затем по трубопроводам подается в бак, проходит через успокоительную систему и поступает в лоток. В нижнем баке устоновлен треугольный зодослив для измерения расхода воды. Вода в ныжнем баке проходя через водослив попадает в сбросной канал, оттуда в бассейн. Напор на пороге водослива определяется с помоши мерной иглы. (шпиценмасштаб).
МЕТОД
Скорости течения потока определялись микровертушкой системы
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 11 |November, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-11-402-409
САНИИРИ с электронным датчиком ЦМСПВ-5М. Работа приборов основана на измерении количества прмежуток времени:1,10,50,100 секунду. Датчик преобразовывает вращение микровертушки в электрические колебания, которые на блоке преобразования моделируются и формируются в импульсы. Затем импульсы в счетном блоке расшифровываются, и выводится информация на индикатор. На табло прибора отображается информация, т.е. скорость. Исправность прибора проверяется комбинированным генератором в режиме "контроль". Прибор протарирован на специальном лотке.
Осреденная скорость в характерных точках определяется по формуле:
и = ^ u / п ^
Где и - скорость течения потока; п - количество замеров.
Для контроля уровней воды в начале и конце рабочей части установлены масштабы. Глубина и уровень потока измерялись с помощью мерной иглы, перемещающей по горизонтально установленным рейкам, закрепленных на лотке. Все исследования проводились при нулевом уклоне лотка. Комбинированная дамба, как указывалось выше, состоит из глухой и сквозной части. Сквозная часть состояла из вертикальных стержней диаметром d-0,5 и 1см, коэффициент стеснения потока nH = 0,62;0,65;0,69; коэффициент застройки Р = 0,25;0,50;0,67;а - угол установки 45;90;135; расход воды Q = 2;3;5;8;11;16 литров в секунду.
Потерю напора в определяли как разность уровней перед сооружением до и после её установки в русло.
Отсюда коэффициент местного сопротивления определяли по (1) формуле:
4 = 2 gn / vl
Число Рейнольдса вычисляли по зависимости:
Re = va(^ -Нв)/о
Из рисунка (1) видно, что с увеличением числа Рейнольдса от 32500 до 48000 при пн = 0,62 значение коэффициента сопротивления сокращается с 3,75 до 2,2 при Re№ > Re коэффициент сопротивления не изменяется.
При пю = 0,65 коэффициент сопротивления уменьшается с 3,3 до 2,3 при числах Рейнольдса Re = 35000 - 49600 как и при пю = 0,69 с 4,1 до 3,0 при числах Рейнольдса от 41200 до 55000. Также с увеличением числа Рейнольдса расхождение коэффициента сопротивления уменьшается, что объясняет
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 11 |November, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-11-402-409
увеличение турбулизации потока, которое приводит к уменьшению сил вязкости на модели.
Граничное число Re^ в отрезке 2,25 <4 < 3,0 определяется по зависимости:
Re л, = 7500(4 + 4,33)
И при числах Re > Re^ значение коэффициента сопротивления практически не меняется т.е. возникает автомодельная область.
Цель моделирования состоит в создании аналогичных процессов в натуре и модели. Основными показателями этому являются числа Рейнольдса и Фруда, которые в натуре, как отмечалось выше, всегда больше Re , т.е.
Re H > Re ГР
Re И > Re ГР 3
FrH = FrH
Из условия (3) модель натурного потока не может быть смоделирована в меньшем масштабе, чем это было определено.
По условию (3) найдем масштабные соотнощшения между скоростью и длиной, а также отношения Re на Re
V2 /gH = V2/gh и Reм/Reh = aK (4)
Или av = <5 Reм = Reh ®m (5)
Где av ,ak- масштабные множители.
При отыскании масштаба и моделировании комбинированной дамбы из-за конструктивных особенностей сооружения могут возниктуть два различных частных случая.
Первый случай-всё сооружение моделируется строго по геометрическому подобию, т.е. масштаб сооружения будет равен масштабу его элементов.
Но, в практике моделирования не всегда удается моделировать строго придерживая геометрическому подобию. Так например, при геометрическом подобии элементы сквозной части должны будут выполнены в долях миллиметра. Что приводить к следующему:
-нарушается свободный транзит наносов;
-возникает ламинарный режим на модели;
-или практически невозможно выполнить такие элементы сооружения и
т.е.
Поэтому во втором случае возникает задача об отдельном моделировании
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 11 |November, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-11-402-409
сквозной части сооружения, т. е. масштаб сооружения не аналогичен масштабу элементов сквозной части.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Рассмотрим эти два частных случая. Первый случай.
а, = a = Вм / Вн = 1м/1 = bM / км (6)
Воспользовавшись (5) и при подставке (6), получаем.
аК V6 i1 Д - NS )/v = avai (1Д - NS h /avV = Re Н > Re ГР
Но так как
Reн = V6 (1Д - NS )/ v, то, aa Reн/ a > Reгр (7)
av - масштабный множитель кинематической вязкости воды. Так как жидкость одна и та же av= 1
ava = Re^/Re^ Или, применив (5) уравнение, получаем
a1=(Re/P/Re/i )23 (8)
Второй случай.
Здесь найдем масштабные множители используя удельную потерю энергии на эквивалентной длине области сжатия
he = z/1с = f(Re,5/21сс)V2/^^, т.е. Перейдя к масштабным множителям запишем
a = afal /(aa)
Так как жидкость для натуры и модели вода, удельные потери обусловлены одним и тем же сооружением, то
ах = 1;ag = 1a = NH / N
as =afal (9)
Тут же могут возникнуть два случая для масштабного множителя функции > Rer/, или Reff < Re^
Если Reff > Rer/, тогда масштаб функции af = 1,0 т.к. £= idem и поэтому
av = al'5
Следующий случай Reff < Rer/, здесь idem, поэтому необходимо ввести корректив к функции,
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 11 |November, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-11-402-409
=4, !4n
Несоблюдение корректива приведет к значительным изменениям в преобразование скоростей с модели на натуре. Поэтому необходимо наметить минимальный масштаб зазора масштаб элементами сквозной части. Используя выражения (3) и (8), придем к следующему виду
a, =(Re л,/Re н Г (10)
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Рассмотрим общие конструктивные элементы комбинированных дамб:
1.Общая длина сооружения (так и его частей) моделируется по геометрическому подобию.
2.Коэффициенты застройки сквозной части сооружения, стеснения потока постоянные числа для натуры и модели.
3. Угол установки дамбы, его форма, форма элементов, одни и те же для модели и натуры.
4.Числа Фруда аналогичны в обоих случаях.
5.Число Рейнольдса на модели должно быть не меньше граничных.
6.Расстояние между элементами сквозной части определяется по (8) и (10) выражению. Диаметр элементов сквозной части выполняется в том же масштабе.
7.Удельная потеря энергии для модели должна соответствовать удельной потари для натуры.
8.Количество элементов сквозной части выбирает в зависимости от масштаба длины сооружения, масштаба расстояния между элементами сквозной части и количеством элементов в натуре по следующей формуле:
Nh =ainh /as
Таким образом, по предлагаемой методике можно установить оптимальные размеры дамбы, обеспечивающий свободной транзит наносов через щели сквозной части, а также максимально сближенную картину на модели и натуре.
REFERENCES
1. Бакиев М.Р, Кодиров О. "Закономерности растеканий потока за комбинированной шпорой". Ташкент.,1993.
2. Уркинбаев Р. "Некоторые вопросы гидравлики сквозных шпор в условиях р.
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 11 |November, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-11-402-409
Амударьи". Ташкент, автореферат как-дидатской диссертации.,1969.,24с.
3. Бакиев М.Р. Совершенствование конструкций, методов расчетного обоснования и проектирование регуляционных сооружений, Автор.докт.диссерт.,М., 1992, 57 с.
4. Bakiev M.R. River bed regulation by cross combined dikes. XXIV JAHR congress Madrid a study of streams and water sheds of high hydraulic irregularity, 9-13 september, 1991, MADRID/ESPANA.
5. Кадиров О. Совершенствование конструкций и разработка метода гидравлического расчета комбинированных дамб. Автореферат дисс. к.т.н. Тошкент 1991 27 с.
6. Шукурова С.Э. Бакиев М.Р. Проектирование односторонних комбинированных дамб. Монография, Ташкент, 2019, 122 с.
7. A.Khalimbetov, M.Bakiev, S.Shukurova, J.Choriev, X.J.Xayitov Study of submountain river flow patterns constrained by a combined dam-https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/614/1/012053/pdf
8. MR Bakiev, TN Tursunov, NT Kaveshnikov Operation of hydraulic structures. Tashkent, 2008, 320с.
9. MR Bakiev, EI Kirillova, R Hujaqulov Safety of hydraulic structures. TIM, 2008, 110с.
10. Masharif Bakiev, Uktam Kaxxarov, Azizjon Jakhonov, Otanazar Matkarimov. Kinematic characteristics of the flow, in the compression region, with bilateral symmetric restriction by floodplain dams. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 072017. 2020/6/1. 869 (7)
11. МР Бакиев. Закономерности растекания потока за глухой и сквозной шпорой. Автореф. канд. дисс. Ташкент. 1974
12. МР Бакиев, НП Тогунова. Регулирование русел поперечными комбинированными дамбами. Гидротехническое строительство. 4(14) 1991.
13. MR Bakiev, NP Togunova. Hydraulic design of through-flow dikes with variable build-up. Hydraulic construction journal. 12 14-17с. 1989г.
14. K Khasanov, M Bakiev, J Choriev, A Jakhonov, A Khalimbetov, Water Reservoir Area and Volume Determination Using Geoinformation Technologies and Remote Sensing, International Journal of Recent Technology and Engineering 4 (8), 54585461,2019
15. K Khasanov, M Bakiev, Comparison of Digital Elevation Models for Determining the Area and Volume of the Water Reservoir, International Journal of
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 11 |November, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-11-402-409
Geoinformatics 17 (1), 37-45, 2021
16. N Maalem, K Khasanov, K Nishanbaev, Morphometric elements of the channel and hydraulic flow parameters in the zone of the river backwater, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 883 (1), 012013, 2020
17. K Khasanov, A Ahmedov, Comparison of Digital Elevation Models for the designing water reservoirs: A case study Pskom water reservoir, E3S Web of Conferences 264, 03058, 2021
18. K Khasanov, M Bakiev, Guidelines for determining the area and volume of a water resvoir using geographic information technologies and remote sensing, TIIAME, 2019
19. MR Bakiev, Khasanov, Kh, Water reservoir design using digital elevation models, Hннoвaцнoн TexHonoraanap, 7-12, 2021
20. MR Bakiev, O Kadirov, K Khasanov, I Primbetov, Assessment of the risk category of a hydro scheme. case study Upper-Chirchik hydro scheme, Central Asian Research Journal for Interdisciplinary Studies (CARJIS) 2 (8), 2022
21. B Masharif, K Khasanov, I Primbetov, Vertical Accuracy of Freely Available Global Digital Elevation Models: A Case Study in Karaman Water Reservoir Territory, International Journal of Geoinformatics 18 (1) , 2022
22. K Khasanov, K Babajanov, N Babajanova, Filtration reliability and safety of earth-fill dam, E3S Web of Conferences 264, 03064, 2021
23. B Masharif, D Shakhnoza, K Khojiakbar, Unsteady filtration under maximal draw-off velocities of Tupolang water reservoir, E3S Web of Conferences 263, 02050, 2021
24. MR Bakiyev, K Khasanov, Definition of the volume of quarries on the riverbed at mining of alluvial sand and gravel materials by using remote sensing data, Irrigation and Melioration 3 (17), 4
