CC BY
22Комплексная переработка возобновляемого сырья
УДК 630.378.7
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕСОЗАДЕРЖИВАЮЩИХ ЗАПАНЕЙ ДЛЯ УСЛОВИЙ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС
В. П. Корпачев*, А. И. Пережилин, А. А. Андрияс, М. С. Гончарова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: [email protected]
Описаны особенности эксплуатации водохранилищ ГЭС в Сибири, отмечена необходимость защиты гидроузлов от плавающей древесной массы, кратко изложен предлагаемый метод расчета лесозадерживающей запани.
Ключевые слова: лесозадерживающая запань, особенности проектирования, плавающая древесина, акватория водохранилища, нагрузки.
FEATURES OF DESIGNING THE LOGGING BOOMS FOR THE CONDITIONS OF HPS RESERVOIRS
V. P. Korpachev*, A. I. Perezhilin, A. A. Andriyas, M. S. Goncharova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
*E-mail: [email protected]
The article describes the features of operation of reservoirs HPS in Siberia, it notes the need to protect hydraulic structure from floating wood pulp, expound the proposed method to calculate logging boom.
Keywords: logging boom, features of designing, floating wood, water area of the reservoir, loads.
Особенности строительства ГЭС в Сибири заключаются в том, что водохранилища располагаются на покрытых лесом территориях со средним запасом древесно-кустарниковой растительности до 200 м3 на один гектар. Требования к подготовке лож водохранилищ ГЭС для обеспечения соответствующего качества воды регламентируют СанПиН 3907-85 [1], в рамках которых необходимо очистить территорию от древесной и кустарниковой растительности. Опыт строительства ГЭС и подготовки зон затопления показал, что ни на одном водохранилище по различным причинам не были выполнены в проектных объемах работы по лесосводке и лесоочистке. Поэтому в ложах водохранилищ ГЭС Ангаро-Енисейского региона затоплено около 33 млн м3 древесно-кустарниковой растительности. При этом проектный объем составлял 11,4 млн м3. В настоящее время находится на плаву около 5 млн м3 древесины [2].
В 2015 году до проектной отметки нормального подпорного уровня было заполнено водохранилище Богучанской ГЭС (БоГЭС). Из-за отказа от проведения лесосводки ввиду ее убыточности в ложе водохранилища БоГЭС затопили 10,3 млн м3 древесно-кустарниковой растительности [2].
Натурные обследования акватории водохранилища БоГЭС, проведенные авторами в 2015-2016 годах, в том числе с использованием беспилотных летательных аппаратов, подтвердили прогнозные расчеты [2] -на акватории водохранилища вдоль береговой линии в зацепе с полузатопленными деревьями находится около 1,0 млн м3 плавающей древесной массы. Через
несколько лет произойдет отпад полузатопленной древесины, и запасы плавающей древесины из береговой зоны пополнят объемы мигрирующей по акватории водохранилища древесной массы. В связи с этим возникает необходимость защиты гидроузла от плавающей древесной массы устройством лесозадер-живающих запаней.
Нагрузки и воздействия от течения и ветра на запань для речных условий определяются по действующей инструкции [3]. Для условий водохранилищ необходимо дополнительно учитывать волновые нагрузки.
В настоящее время отсутствует методика расчета лесозадерживающих запаней для водохранилищ. Поэтому гидротехники применяют СНиП 2.06.04-82 [4]. При этом нагрузки рассчитываются от воздействия течения, ветра и волн на плавучие элементы запани (понтон-боны и плавающие опоры). Однако расчет по этой методике нагрузок на древесный пыж в запани, объем которого может достигать десятков тысяч кубометров, приводит к завышению нагрузок и получению неэкономичного решения.
Предлагается комбинированный метод расчета ле-созадерживающей запани. Нагрузки от воздействия ветра, течения и волн на элементы запани определять по СНиП 2.06.04-82, на древесный пыж от ветра и течения - по инструкции [3], а волновую - по методике В. Н. Худоногова [5].
По данному методу выполнен расчет нагрузок и построена лесозадерживающая запань для водохранилища Нижне-Бурейской ГЭС (на реке Бурея) и спро-
Решетневские чтения. 2017
ектирована запань для Усть-Среднеканской ГЭС (на реке Колыме).
При этом волновая нагрузка может быть определена по теоретической формуле, учитывающей энергию набегающей и проходящей волны [6]:
AF = gpJ
~Pg J
z -
ch [k (H - z)] Z ch (kH ) 1
ch [k (H - z) ch (kH )
dS -
dS,
(1)
где g - ускорение свободного падения; р - плотность воды; г - высота плавающего объекта; к - волновое число (к = 2л/Х); Н - глубина водоема; 4 - высота волны у передней грани плавающего объекта; - лобовая площадь плавающего объекта; 4 - высота волны у задней грани плавающего объекта.
Таким образом, расчетное значение фактической нагрузки снижается за счет наличия противодавления проходящей волны на заднюю грань плавающего объекта.
В дальнейшем предполагается проведение экспериментальных исследований в волновом канале кафедры ИВР с целью лабораторного определения величины нагрузок на модель лесозадерживающей запани и оценка точности расчета по предложенной формуле.
Библиографические ссылки
1. СанПиН 3907-85. Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ. Утв. заместителем главного государственного врача СССР 01.07.1985.
2. Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А. Водохранилища ГЭС Сибири. Проблемы проектирования, создания и эксплуатации : монография. Красноярск : СибГТУ, 2015. 209 с.
3. Инструкция по изысканию, проектированию, строительству и эксплуатации запаней / Упр. лесосплава, ЦНИИлесосплава. М. : Лесн. пром-сть, 1971. 104 с.
4. СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) / Госстрой СССР. М. : Стройиздат, 1983. 39 с.
5. Худоногов В. Н. Гидродинамическое взаимодействие плотов и внешней среды. Красноярск, 1966. 225 с.
6. Корпачев В. П. Теоретические основы водного транспорта леса. М. : Академия естествознания, 2009. 235 с.
References
1. SanPiN 3907-85. Sanitarnye pravila proektiro-vaniya, stroitel'stva i ekspluatatsii vodokhranilishch [Sanitary rules for the design, construction and operation of reservoirs]. Utv. zamestitelem glavnogo gosudarst-vennogo vracha SSSR 01.07.1985.
2. Korpachev V. P., Perezhilin A. I., Andriyas A. A. Vodokhranilishcha GES Sibiri. Problemy proektiro-vaniya, sozdaniya i ekspluatatsii: monografiya [Reservoirs HPS of Siberia. Problems of design, creation and operation]. Krasnoyarsk : SibGTU, 2015, 209 p.
3. Instruktsiya po izyskaniyu, proektirovaniyu, stroitel'stvu i ekspluatatsii zapaney [Instruction for the exploration, design, construction and operation of logging booms] / Upr. lesosplava, TsNIIlesosplava. M. : Lesn. prom-st', 1971. 104 p.
4. SNiP 2.06.04-82. Nagruzki i vozdeystviya na gidrotekhnicheskie sooruzheniya (volnovye ledovye, i ot sudov) [Loads and impacts on hydraulic structures (wave, ice and ships)] / Gosstroy SSSR. M. : Stroyizdat, 1983. 39 p.
5. Khudonogov V. N. Gidrodinamicheskoe vzaimo-deystvie plotov i vneshney sredy [Hydrodynamic interaction of rafts and the environment]. Krasnoyarsk, 1966. 225 p.
6. Korpachev V. P. Teoreticheskie osnovy vodnogo transporta lesa [Theoretical basics of water transport of forest]. M. : Akademiya Estestvoznaniya Publ., 2009. 235 p.
© Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А., Гончарова М. С., 2017
