На правах рукописи

Перелыгин Андрей Иванович

РЫБОПРИЁМНИКИ РЫБОЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

С ПЛОСКОЙ СЕТКОЙ ДЛЯ УСЛОВИЙ РЕКОНСТРУКЦИИ

БОЛЬШИХ ВОДОЗАБОРОВ

05.23.07 – «Гидротехническое строительство»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новочеркасск 2010 2

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Михеев Павел Александрович

Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Румянцев Игорь Семенович;

– кандидат технических наук, профессор Шкура Владимир Николаевич

Ведущая организация – ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», г. Краснодар

Защита состоится « 23 » декабря 2010 г. в 12-30 на заседании диссертационного совета ДМ 220.049.02 в ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» по адресу:

346428, г. Новочеркасск, Ростовская область, ул. Пушкинская, 111, НГМА, ауд. 339; (код 8635 факс 22-44-59; E-mail: [email protected] )

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО НГМА, с авторефератом – на сайте академии http://www.ngma.su Автореферат разослан « 22 » ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Лапшенкова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сетчатые рыбозащитные сооружения (РЗС) являются одними из самых распространенных среди рыбозащитных сооружений и составляют самую многочисленную как по количеству (до 70% от всех РЗС), так и по разнообразию применяемых конструкций часть имеющегося арсенала средств рыбозащиты. Многолетние инженерно-биологические исследования сетчатых РЗС позволили не только изучить механизм взаимодействия молоди рыб с сетчатым экраном, но и качественно изменить конструкцию основного элемента сооружения – сетки. Сетчатые РЗС позволяют обеспечить нормативные показатели эффективности защиты молоди в широком диапазоне расходов, гидравлических условий и компоновок водозаборов при разнообразии размерно-видового состава рыб. Во второй половине прошлого столетия рыбозащитные сооружения с плоской сеткой были практически единственным средством защиты молоди рыб на больших мелиоративных и энергетических водозаборах (с расходом от 20 до 250 м3/с). За прошедшие годы такие сооружения выработали свой ресурс и, как правило, требуют реконструкции и технического перевооружения на основе научных подходов и инновационных методов проектирования.

Среди основных недостатков плоской сетки с позиций современной рыбохозяйственной гидротехники следует назвать, во-первых, высокий уровень травмируемости молоди рыб на сеточном полотне и в процессе отведения, во-вторых, сложность и энергоемкость при эксплуатации. Однако, если для снижения травмируемости молоди на сеточном полотне используются различные конструкции сеточных камер или очертаний полотна сетки, то проблемы отведения рыб с сохранением жизнеспособности остаются актуальными и сегодня. Решению этой проблемы и посвящена настоящая работа, которая выполнена в рамках отраслевых планов НИР Федерального агентства по рыболовству (Росрыболовство) и направления научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» по теме 03.02.01.04: «Научно-техническое обоснование и разработка технических решений рыбохозяйственного комплекса при крупных энергетических и водохозяйственных объектах».

Целью исследований является разработка научно обоснованных принципов совершенствования конструкций и технических решений рыбопримников рыбозащитных сооружений с плоской сеткой для условий больших водозаборов различного назначения в условиях реконструкции.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

дать оценку работы рыбоотводов действующих рыбозащитных сооружений на больших водозаборах с расходом до 250 м3/с;

обосновать принцип отведения молоди рыб в условиях реконструкции рыбозащитных сооружений с плоской сеткой и разработать конструкцию рыбоотвода, отвечающую требованиям безопасности рыб;

обосновать параметры рыбопримных участков рыбоотводов, функционирующих в режиме узких русел;

дать теоретическую и экспериментальную оценку соответствия гидравлических параметров потока в рыбопримнике рыбоотвода условиям безопасного отведения молоди рыб от сеточного полотна РЗС;

разработать рекомендации по проектированию и эксплуатации рыбоотводов рыбозащитных сооружений с плоской сеткой для больших водозаборов различного назначения.

Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались методы поискового конструирования; расчетные методы гидравлики открытых потоков и лабораторные эксперименты; апробированные методики натурных визуальных и инструментальных исследований.

Объект исследований – рыбозащитные сооружения с плоской сеткой для мелиоративных и энергетических водозаборов с расходом до 250 м3/с, имеющие в своем составе самотечные рыбоотводы.

Достоверность научных результатов. Основные положения, выводы и рекомендации научно обоснованы с позиций теории вероятности и математической статистики. Опытные данные научных исследований получены в результате использования общеизвестных методик натурных и лабораторных экспериментов, метрологически аттестованных приборов и оборудования.

Достоверность научных выводов подтверждается также сопоставлением результатов с данными других авторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

принцип отведения молоди рыб в условиях рыбозащитного сооружения с плоской сеткой и конструкция открытого рыбоотвода;

оценка гидравлических параметров рыбопримных участков рыбоотводов, функционирующих в режиме узких русел;

методика расчета геометрических и кинематических характеристик потока в пределах рыбопримного участка рыбоотвода;

рекомендации по совершенствованию конструкции рыбоотвода рыбозащитного сооружения типа плоская сетка для больших мелиоративных и энергетических водозаборов в условиях реконструкции.

Научной новизной работы являются:

принцип компоновки рыбоотводов, формирующих поток, обеспечивающий безопасное отведение защищенной молоди рыб от сеточного полотна рыбозащитного сооружения;

критерии оценки гидравлических параметров весьма узких русел;

результаты расчета гидравлических параметров потока в пределах рыбопримного участка рыбоотвода для условий рыбозащитного сооружения с плоской сеткой на расход до 250 м3/с;

методика расчета и конструирования рыбоотвода рыбозащитного сооружения типа плоская сетка в условиях реконструкции.

Техническая новизна конструктивных решений рыбопримных участков рыбоотводов рыбозащитных сооружений с плоской сеткой подтверждается двумя патентами на изобретение.

Практическую ценность работы составили:

новое техническое решение, а также научно обоснованная методика по расчету и конструированию рыбопримника рыбозащитного сооружения типа плоская сетка;

рекомендации по совершенствованию конструкции рыбоотвода рыбозащитного сооружения типа плоская сетка в условиях реконструкции.

Технические решения рыбоотвода реализованы в проектах «Реконструкция РЗС Донского магистрального канала» и «Реконструкция РЗС НС № 42 Азовского оросительной системы», выполненных ГУ ПИ Южводпроект, ожидаемый экономический эффект составляет 28,043 млн. руб.

Личный вклад. Постановка проблемы и реализация задач исследований, теоретические, экспериментальные исследования и их анализ, формулирование итоговых выводов осуществлены лично автором. В проведении гидравлических натурных исследований принимали участие сотрудники отраслевой лаборатории ФГОУ ВПО НГМА.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: научно-технических конференциях НГМА, РосНИИПМ и Южводпроекта (Новочеркасск, 2003–2009 гг.);

научно-техническом совещании «Современное состояние теории и практики рыбозащиты» (г. Энгельс Саратовской обл., 2007 г.); региональной научнотехнической конференции «Гидротехника, гидравлика и геоэкология» (Новочеркасск, 2009г.); кафедры ГТС НГМА (Новочеркасск, 2005–2009 гг.); всероссийской научно-практической конференции «Современное состояние проблемы рыбозащиты и рыбопропуска, их роль в сохранении водных биологических ресурсов (Новочеркасск, 2010г.)».

Публикации. Научные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 10 работах автора, включая 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и 2 патента на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация имеет общий объем 147 страницу машинописного текста, включая 71 рисунок и 10 таблиц, структурно состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 125 наименований и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационного исследования, приведены научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы цель и задачи исследований, изложены положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ современного состояния разработки и опыта использования современных конструкций рыбоотводов рыбозащитных сооружений с плоской сеткой. По данным исследований отечественных и зарубежных авторов (В.С. Аникин, А.Ш. Барекян, В.П. Боровской, П.В. Иванов, Н.Т. Кавешников, Н.Н. Крылова, Б.С. Малеванчик, П.А. Михеев, И.В.

Никоноров, Д.С. Павлов, А.М. Пахоруков, В.В. Петрашкевич, Г.Н. Пурас, И.И. Рипинский, А.С. Цыпляев, А.Е. Яковлев, C.H. Hanson et al., W.E.

Rowleg, K. Rugyles, P. Ryan и др.) основным недостатком рыбоотводных трактов является травмирование молоди рыб при перемещении.

Эффективность отведения рыб и особенно ранней молоди из зоны действия РЗС обеспечивается естественным или принудительным транзитным потоком со скоростями течения, превышающими критические скорости для защищаемых рыб. В принудительных рыбоотводах для транспортировки рыб используются различного рода рыбонасосы и подъемники, анализ которых показал сложность конструкций, энергоемкость и сложность эксплуатации, при этом выживаемость рыб зависит от конструкции рыбоотвода и типа перекачивающего устройства. При разработке конструкции подъемника и рыбоотвода основным условием является обеспечение минимизации травмирования молоди рыб.

Анализ современных конструкций приемных частей рыбоотводов отечественных и зарубежных рыбозащитных сооружений показал значительное многообразие, при этом отведение рыб осуществляется с преимущественным перемещением молоди в верхние слои потока с последующим отведением в водом-рыбопримник.

Оценка условий работы рыбоотводящих трактов существующих рыбозащитных сооружений типа плоская сетка на больших отечественных водозаборах показала, что сложность конструкций, в первую очередь рыбоприемных элементов, и низкое качество строительства, высокая травмируемость рыб вследствие соприкосновения с элементами проточной части при прохождении рыбоотводов являются причинами их низкой эффективности и выживаемости молоди рыб в процессе отведения.

Для повышения эффективности отвода молоди рыб от сеточного полотна РЗС необходима разработка экологически обоснованных и технически надежных конструкций рыбоотводов и методов расчета, позволяющих определять их параметры с учетом конструктивных особенностей и специфических условий эксплуатации рыбозащитных сооружений.

Проведенный в главе анализ современных конструкций, методов проектирования и условий работы рыбоотводов рыбозащитных сооружений с плоской сеткой позволил сформулировать цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе дан анализ результатов натурных исследований рыбозащитного сооружения Донского магистрального канала (ДМК) типа плоская сетка с рыбоотводом – одного из крупнейших сооружений данного типа, построенных в нашей стране. В работе приведены технические характеристики объекта исследований, описание технологических особенностей сооружения, обзор ихтиофауны ДМК, первостепенное значение на которую оказывает Цимлянское водохранилище. По оценке проектировщиков и ряда специалистов по своим характеристикам и техническим решениям на момент разработки это сооружение было самым современным. Однако почти тридцатилетний период его эксплуатации показал на существование ряда проблем, которые, в первую очередь, связаны с рыбоотводом, его конструктивным решением, качеством строительства и эксплуатации.

Визуальные и инструментальные исследования проводились по общеизвестным методикам, с использованием стандартных инструментов и оборудования, как в осушенном, так и в рабочем состоянии. Они включали анализ и оценку: проектных решений элементов РЗС и их реализацию; гидравлических условий в сеточной камере; системы отведения рыб от сеточной камеры до рыбоотвода; конструкций и элементов сооружения в целом.

Рыбоотводящая система является наиболее сложной частью РЗС, которая включает: рыбоприемник в виде приемного окна и байпаса, расположенного в опорном быке; донные галереи, соединенные с открытым лотком рыбоотвода; рыбоотводящий канал. Оценка технических решений проекта и современное состояние элементов рыбоотвода свидетельствуют о высокой степени травмирования молоди на всех этапах ее продвижения от рыбоприемника до открытого рыбоотводящего канала.

Так размеры водоприемного окна, выполненного в виде щели шириной 0,35 м, высотой (глубиной) 6,0 м и протяженностью вдоль потока 1,8 м, не позволили качественно осуществить бетонирование и выполнить затирку бетона, в итоге на стенках окна выступают остатки арматуры, наплывы и неровности бетона. В таких условиях при движении потока вдоль узкой щели при средних скоростях до 0,95 м/с вероятность контакта молоди с поверхностью бетонной стенки и ее гибели резко возрастает. Подобные условия сохраняются и на всем пути перемещения молоди в пределах байпаса, имеющего такую же ширину. Конструктивно байпас представляет собой металлический модуль, расположенный внутри опорного быка, обеспечивающий сопряжение приемного окна с входным отверстием донной галереи (рисунок 1).

1 – приемное окно; 2 – корпус байпаса; 3 – распределительный профиль; 4 – закладные для крепления; 5 – входное отверстие донной галереи; 6 – стенка опорного быка Рисунок 1 – Рыбоприемник с сопрягающим байпасом РЗС ДМК Для перераспределения и выравнивания скоростей потока внутри корпуса байпаса установлен распределительный профиль.

Обследование байпаса показало, что распределительный профиль и опорные элементы внутри него являются, во-первых, местом накопления поступающего мусора, а, во-вторых, способствуют травмированию рыб, так как по данным исследований института Южгипроводхоз, скорость потока перед отверстием из байпаса в донную галерею достигает величины 3,8 м/с.

Из донных галерей вода с молодью рыб поступает в открытый переходный колодец. Для создания в донных галереях скоростного режима, отвечающего требованиям отведения молоди рыб, предусмотрен подпор потока во всей напорной части системы рыбоотвода с помощью порога, расположенного за переходным колодцем. В результате исследований признано неудачным решение и этого участка рыбоотвода, так как падение потока с молодью при прохождении через порог, с высоты более двух метров создает угрозу гибели рыб при ударе о дно, несмотря на то, что глубина в лотке находится в пределах одного метра. Разность уровней воды в магистральном и рыбоотводящем канале составляет более 6,0 м, что обуславливает наличие больших скоростей в концевой части рыбоотводящей галереи и существенное травмирование молоди рыб.

В главе отмечается, что принятые размеры отдельных элементов рыбоотвода, например, рыбоприемные окна (0,356,0 м), входные отверстия донной галереи (0,350,9 м), донные галереи (0,61,0 м), выполненные в монолитном бетоне, не позволяют осуществлять необходимые обслуживающие (техническое обследование, удаление наносов, мусора) и ремонтные работы.

Выполненные натурные исследования позволили оценить состояние конструкций и предложить основные направления совершенствования рыбоотводов, и, в частности, для рыбозащитного сооружения ДМК устройство системы рыбоотведения в виде лотка на базе рыбоотводящей запани.

В третьей главе рассмотрены вопросы совершенствования конструкции рыбоотвода рыбозащитного сооружения с плоской сеткой, в частности, разработаны основные принципы реконструкции, которые включают возможность изменения компоновочного решения сооружения, как в целом, так и отдельных его частей, включая сетчатый экран, его систему промывки, рыбоприемную и рыбоотводящую части.

Систематизация обзорной информации и результатов натурных исследований РЗС ДМК, позволила выделить две принципиальные схемы, отличающиеся компоновочно-конструктивным решением примно-сопрягающей части рыбоотвода: с донными галереями и с открытым водоводом. В частности, для открытого рыбоотвода наиболее приемлемым конструктивным решением примно-сопрягающей части рыбоотвода, исходя из условий жизнеобеспечения рыб, признано использование сопрягающего пандуса, в том числе в комбинации с воздушно-пузырьковой завесой. Это дало возможность разработать и защитить патентом на изобретение конструкцию РЗС, отвечающую требованиям обеспечения безопасности молоди рыб (рисунок 2).

1 – подводящий канал; 2 – сороудерживающая решетка; 3 – опорный бык; 4 – сеточная камера РЗС; 5 – сеточный рыбозащитный экран; 6 – промывное устройство; 7 – быкрыбопримник; 8 – щелевой рыбопримный лоток; 9 – входное окно рыбоотводящего лотка; 10 – отводящий канал; 11 – рыбоотводящий лоток; 12 – перфорированные трубы воздушно-пузырьковой завесы; 13 – переходный пандус; 14 – сбросная галерея Рисунок 2 – Рыбозащитное сооружение. Патент, Россия № Для оптимизации параметров основных элементов данной конструкции необходимо проведение исследований по: определению оптимального угла наклона и очертания поверхности переходного пандуса; установлению основных размеров рыбопримной части, способствующих безопасному продвижению молоди рыб, и оценке гидравлических условий, обеспечивающих е эффективное отведение.

В четвертой главе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований по изучению условий движения рыбоотводящего потока в пределах рыбопримного лотка. Анализ основных параметров рыбопримников (пандусов) рыбоотводов существующих РЗС позволил установить следующий диапазон изменений их значений: ширина рыбопримника bр.о = 0,3 – 0,6 м; глубина воды в рыбопримнике hр.о. = 2,0 – 6,0 м; длина сопрягающего участка (пандуса) l1 = (5 – 10) bр.о.; уклон дна i1 = – (0,2 – 0,5), при этом глубина воды в рыбопримнике значительно превышает его ширину, т.е. имеют место весьма узкое русло (по определению Р.Р. Чугаева).

В главе приведн анализ гидравлических элементов живого сечения весьма узких русел. Установлено, что при расчете параметров движения потока воды глубиной h, в прямоугольных руслах шириной В при значениях B с приемлемой для практических расчетов точностью допустимо приh нимать 2h, а весьма узкими руслами следует считать русла при h > 4B.

В соответствии с расчтной схемой (рисунок 3) дифференциальное уравнение неравномерного движения для случая прямоугольного цилиндрического русла с обратным уклоном i < 0 имеет вид где i i – уклон дна (абсолютная величина); Q – расход потока; b h– площадь живого сечения, принимая В=b; 2h – смоченный периметр (для весьма узкого прямоугольного русла); R – гидравлический радиус (const, не зависит от h); C R –коэффициент Шези (const, не зависит от h).

Рисунок 3 – Расчетная схема к интегрированию уравнения неравномерного движения для цилиндрического русла В результате интегрирования дифференциального уравнения неравномерного движения (1) для случая весьма узкого цилиндрического русла с обратным уклоном дна по общепринятой в гидравлике методике получено уравнение для расчета кривой спада в пределах рыбопримного участка рыбоотвода в виде где l – длина расчтного участка между сечениями 1–1 и 2–2, с глубинами Уравнение (2) является уравнением неравномерного движения воды для весьма узких прямоугольных русел с обратным уклоном дна. Построение положения свободной поверхности потока осуществляется по участкам, на границах которых задаются значениями глубин потока, в соответствии с методикой известной в гидравлике.

Для проверки полученных теоретических решений и оценки условий движения потока в пределах изучаемого участка сооружения были проведены экспериментальные исследования на модели рыбопримника, выполненного в виде переходного пандуса в масштабе 1:10 и размещенного в зеркальном лотке гидротехнической лаборатории НГМА.

В процессе исследований параметры модели пандуса при ширине лотка bл = 4,0 см и высоте порога P = 10,0 см имели следующие значения: длина пандуса l1 = 50 см, при i1 = – 0,2; l2 = 28,6 см при i2 = – 0,35 и l3 = 20,0 см при i3 = – 0,50; глубина потока на пороге пандуса принималась h1 = 20,0 см, h2 = 24,0 см, h3 = 28,0 см и h4 = 32,0 см; расход воды на модели задавался равным Q1 = 3,5 л/с и Q2 = 5,2 л/с.

В главе приведены данные по обоснованию условий моделирования, методика эксперимента и результаты расчетов по определению относительных погрешностей измерений глубин и скоростей, которые не превышали 2,75 %. Всего было выполнено 24 опыта, по результатам которых строились кривые свободной поверхности потока и эпюры скоростей, отвечающие условиям эксперимента.

Лабораторные исследования рыбопримного участка рыбоотвода в пределах исследованных значений уклонов пандуса показали, что с уменьшением глубины потока и увеличением уклона пандуса интенсивность падения свободной поверхности увеличивается, при этом скорость потока в пределах пандуса увеличивается в 1,3–1,5 раза, а структура потока способствует продвижению молоди рыб к рыбоотводу. Таким образом, гидравлические условия потока в пределах рыбопримного участка позволяют обеспечить безопасный перевод молоди рыб от сетчатого элемента в отводящий тракт.

В качестве примера на рисунке 4 представлены опытные кривые свободной поверхности потока, полученные при расходе в лотке равном 5,2 л/с, различных значениях глубин и уклонов пандуса, в сопоставлении с результатами расчетов по уравнению (2). Результаты расчта проведены в виде отдельных точек, полученных в пределах соответствующих участков пандуса.

Расчет выполнялся при значении коэффициента шероховатости для стеклянных русел равном n= 0,010. Значения коэффициентов корреляции соответственно равны: r1 = 0,924; r2 = 0,956; r3 = 0,928.

а) h1 = 32,0 см и i1 = – 0,20; б) h2 = 24,0 см и i2 = – 0,35; в) h3 = 20,0 см и i3 = – 0,50;

Рисунок 4 – Сопоставление результатов лабораторных экспериментов (при расходе Q = 5,2 л/с) с расчетом по уравнению (2) В главе приведены результаты сравнения расчтов кривой свободной поверхности потока в рыбоотводе, полученных по уравнению (2), с данными расчтов по известным в гидравлике способам Б.А. Бахметева, Н.Н. Павловского и В.И. Чарномского для условий призматических русел с обратным уклоном дна.

Расчты выполнялись для рыбоотводящего лотка при расходе 1,0 м3/с;

ширине 0,4 м; уклоне i – 0,2; глубине в аванкамере 3,0 м; длине пандуса 5,30м и n = 0,015. Результаты сравнения приведены в таблице.

Таблица – Сопоставление результатов расчета кривой свободной поверхности по уравнениям, полученным разными авторами По Б.А. Бахметеву По Н.Н. Павловскому По В.И. Чарномскому По автору Относит.

глубин, % Анализ сопоставления, как с экспериментом, так и с результатами расчетов известными способами, дает основание заключить, что полученное в диссертационной работе уравнение позволяет с приемлемой для выполнения расчтов точностью определять положение свободной поверхности потока в рыбопримном лотке как в весьма узком русле.

В пятой главе представлены данные о внедрении результатов исследований в проекты реконструкции рыбозащитных сооружений больших водозаборов, в частности Донского магистрального канала и насосной станции № 42 Азовской оросительной системы (АОС). На основе анализа результатов натурных исследований и сведений организаций, эксплуатирующих РЗС, об особенностях работы рыбозащитных сооружений типа плоской сетки разработана методика реконструкции данных сооружений.

Для реконструкции рыбозащитного сооружения ДМК в работе приведены технические решения и даны рекомендации по расчету и конструированию: рыбопримника, выполненного в виде переходного пандуса в комплексе с воздушно-пузырьковой завесой (патент, Россия № 2312184); открытого рыбоотводящего лотка, устроенного по типу рыбоотводящей запани конструкции НГМА (НИМИ); сопрягающего лотка, обеспечивающего перевод молоди на нижние отметки в транзитный тракт рыбоотвода. Принципиальная схема и основные размеры рыбопримника для условий РЗС ДМК приведены на рисунке 5.

1 – сеточный экран РЗУ; 2 –воздуховод воздушно-пузырьковой завесы;

3 – сопрягающий пандус; 4 – приемное окно рыбоотводящего лотка;

5 – рыбоотводящий лоток; 6 – отверстие для осушения РЗС;

Рисунок 5 – Схема рыбопримника с отводящим лотком РЗС ДМК Конструкция опорного быка-рыбопримника РЗС выполнена таким образом, что примное окно с помощью сопрягающего пандуса 3 разделяется на верхнюю (рыбоотводящую) и нижнюю (опоражнивающую) зоны. Пандус обеспечивает плавный подход воды с молодью к открытому рыбоотводящему лотку 5, по которому она отводится к береговому сопрягающему лотку.

Для перемещения к лотку молоди, скатывающейся у дна, формируется факел воздушно-пузырьковой завесы с помощью перфорированного воздуховода 2, при этом движение потока в отверстие 6 и далее в донную галерею 7 не осуществляется в виду того, что низовые затворы донных галерей закрыты.

Данное решение позволяет снизить вероятность контакта молоди рыб с бетонными элементами донных галерей, угрозу засорения проводящей части, исключает отрицательное воздействие резких перепадов давления и возможных ударов молоди, возникающих при переходе потока из байпаса в донные галереи.

Вторым объектом практической реализации результатов исследований, является реконструкция рыбозащитного сооружения насосной станции № Азовского магистрального канала с расходом QВЗ = 22,0 м3/с. Для данного объекта разработаны рекомендации, предусматривающие устройство рыбозащитного жалюзийного экрана и открытого рыбоотвода с примной частью, рыбоотводящим лотком и транзитным участком в виде канала в земляном русле трапецеидального поперечного сечения. Высотное положение РЗС позволяет обеспечить отвод защищенной молоди рыб по самотечному рыбоотводящему тракту протяженностью 4100 м в нижний бьеф Веселовского водохранилища. При этом сопряжение отметки дна аванкамеры РЗС с отметкой отводящего канала в пределах входного участка осуществляется с помощью переходного пандуса длиной 5,2 м и уклоном дна – 0,333. Работа рыбоотвода обеспечивается в автоматическом режиме в диапазоне рабочих уровней воды в аванкамере РЗС при расчтных расходах от 2,0 м3/с до 0,8 м3/с.

Техническое решение входной части и отводного лотка рыбоотвода РЗС НС № 42 Азовского магистрального канала с основными размерами приведено на рисунке 6.

1 – аванкамера РЗС; 2 – сопрягающий пандус; 3 – паз ремонтного затвора;

4 – служебный мостик; 5 – лоток рыбоотвода; 6 – рыбоотводящий тракт Рисунок 6 – Конструкция рыбопримного участка и лотка Для условий проектируемого сооружения рыбоотвод дополнительно выполняет функции опоражнивающего сооружения (до отметки порога) для осушения рабочей камеры РЗС на период е очистки, осмотра и ремонта жалюзийного экрана.

Эксплуатация рассмотренных в диссертационной работе рыбоотводов рыбозащитных сооружений больших водозаборов связана с необходимостью учта конструктивных особенностей и определенных условий работы РЗС в целом. В этой связи в главе даны рекомендации по эксплуатации рыбозащитного сооружения после реконструкции рыбоотводящей части, в частности, разработана технологическая схема эксплуатации рыбоотвода, которая включает три периода: начальный, рабочий и завершающий (период опорожнения рабочей камеры). Изложены задачи службы эксплуатации сооружения с учтом особенностей каждого периода работы рыбоотвода В главе рассмотрены перспективные варианты конструкций рыбоотводов, защищенных патентом на изобретение, использующих систему эжектирующих насадок, формирующих в качестве рабочего (рыбоотводящего) органа струи. Сформулированы основные направления дальнейших исследований и пути совершенствования рыбоотводов рыбозащитных сооружений с плоской сеткой.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ современных конструкций рыбоотводов отечественных РЗС показал, что сложность конструкций, в первую очередь рыбопримных участков, и низкое качество строительства, травмируемость рыб вследствие соприкосновения с элементами проточной части при прохождении рыбоотводов являются причинами их низкой эффективности и выживаемости молоди рыб в процессе отведения. Для повышения эффективности отвода молоди рыб от сеточного полотна РЗС необходима разработка экологически обоснованных и технически надежных конструкций рыбопримных участком рыбоотводов и методов расчета с преимущественным перемещением молоди в верхние слои потока и последующим отведением в водом-рыбопримник.

2. В результате натурных исследований рыбозащитного сооружения водозабора Донского магистрального канала установлено, что система отвода молоди рыб от сеточного полотна РЗС по своему конструктивному решению и условиям эксплуатации не отвечает условиям безопасного передвижения рыб и требует коренной реконструкции путем устройства поверхностного рыбоотводящего тракта в виде лотка на базе рыбоотводящей запани.

3. Разработаны основные принципы совершенствования рыбоотводов для рыбозащитных сооружений типа плоской сетки, которые включают возможность изменения компоновочного решения сооружения, как в целом, так и отдельных его частей для условий донного и поверхностного отведения молоди рыб. Сформулированы требования по обеспечению оптимальных условий для отвода молоди рыб за пределы РЗС, которые создаются при следующих параметрах рыбопримного участка лотка (пандуса): обратный уклон – (0,2 – 0,5); ширина 0,3 – 0,6 м; длина 6,0 – 9,0 м; глубина 2,5 – 6,0 м.

4. Анализ гидравлических элементов живого сечения рыбопримников как весьма узких русел, позволил установить, что при расчете параметров движения потока воды в прямоугольных руслах при глубине потока значительно превышающей ширину h B с приемлемой для практических расчетов точностью допустимо условие 2h, а весьма узкими следует считать русла, в которых h > 4B.

5. В результате интегрирования дифференциального уравнения неравномерного движения воды для случая весьма узкого цилиндрического русла с обратным уклоном дна, получено уравнение для расчета кривой свободной поверхности потока в пределах переходного участка рыбоотвода. Сопоставление результатов расчта по полученному уравнению с известными в гидравлике решениями уравнения неравномерного движения (Б.А. Бахметева, Н.Н. Павловского и В.И. Чарномского) показало возможность его применения с приемлемой точностью.

6. Лабораторные исследования на модели рыбопримного участка рыбоотвода, выполненной в масштабе 1:10, показали, что при значениях уклонов дна от – 0,2 до – 0,5 с уменьшением глубины потока и увеличением уклона дна интенсивность падения свободной поверхности увеличивается, при этом скорость потока к концу переходного участка возрастает в 1,3–1,5 раза.

Таким образом, гидравлические условия потока в пределах рыбопримного участка способствуют безопасному переводу молоди рыб в отводящий тракт.

7. Разработана методика реконструкции рыбоотводов рыбозащитных сооружений типа плоской сетки для больших водозаборов. Для условий реконструкции РЗС Донского магистрального канала и насосной станции № Азовского магистрального канала разработаны технические решения рыбопримников сооружений, даны рекомендации по эксплуатации РЗС и технологическая схема эксплуатации рыбоотвода.

Рассмотрены перспективные конструкции рыбоотводов, сформулированы основные направления дальнейших исследований по совершенствованию рыбопримников рыбозащитных сооружений с плоской сеткой.

Результаты исследований внедрены в проект реконструкции рыбозащитных сооружений Донского и Азовского магистральных каналов, ожидаемый экономический эффект составляет 28,043 млн. руб.

Диссертация соответствует формуле специальности 05.23.07 – «Гидротехническое строительство», а именно пункту 5 – «Разработка новых направлений повышения рыбопродуктивности и биопродуктивности водохранилищ, а также новых конструкций рыбозащитных и рыбопропускных сооружений».

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Михеев, П.А. Оценка состояния РЗС Донского магистрального канала с целью реконструкции /П.А. Михеев, А.И. Перелыгин //Гидротехническое строительство.–2007.–№ 8.–С. 41–44. (автора 50 %).

2. Михеев, П.А. Гидравлические условия в сеточной камере РЗС Донского магистрального канала /П.А. Михеев, А.И. Перелыгин //Мелиорация и водное хозяйство.–2007.–№ 4.–С. 50–51. (автора 60 %).

3. Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения Патент, Россия № 2288990 /А.А. Чистяков, В.Н. Шкура, П.А. Михеев, А.И. Перелыгин.– Опубл.

10.12.2006, Бюл. № 34. (автора 20 %).

4. Рыбозащитное сооружение Патент, Россия № 2312184 /В.Н. Шкура, П.А. Михеев, А.А. Чистяков, В.П. Боровской, Г.Н. Пурас, А.И. Перелыгин. – Опубл. 10.12.2007, Бюл. № 34. (автора 15 %).

5. Михеев, П.А. Общие принципы создания рыбохозяйственных комплексов на малых реках /П.А. Михеев, А.И. Перелыгин //Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: тр. акад. проблем водохоз. наук РФ. – Новочеркасск: ООО НПО «ТЕМП», 2003.–Вып. 4 – С.3–8. (автора 50 %).

6. Михеев, П.А. Оценка современного состояния рыбозащитного сооружения Донского магистрального канала в связи с реконструкцией /П.А. Михеев, А.И. Перелыгин, М.А. Чеботарев //Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: тр. акад. проблем водохоз. наук РФ. – Новочеркасск: ООО НПО «ТЕМП», 2005.–Вып. 5 – С.15–21. (автора 50 %).

7. Абуханов, А.З. Обследование состояния бетона рыбозащитного сооружения Донского магистрального канала /А.З. Абуханов, С.В. Филонов, А.И.

Перелыгин //Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: тр. акад.

проблем водохоз. наук РФ. – Новочеркасск: ООО НПО «ТЕМП», 2005.– Вып.

5. – С. 22-29. (автора 30 %).

8. Михеев, П.А. Расчет параметров рыбоотводящего лотка рыбозащитного сооружения Донского магистрального канала /П.А. Михеев, А.И. Перелыгин //Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: тр. акад. проблем водохоз. наук РФ. – Новочеркасск, 2007.–Вып. 6 – С. 5–8. (автора 50 %).

9. Перелыгин, А.И. Обоснование конструкции рыбопримника рыбозащитного сооружения типа плоской сетки /А.И. Перелыгин //Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: тр. Акад. проблем водохоз. наук РФ.

/Новочерк. гос. мелиор акад. – Новочеркасск, 2007.–Вып. 6. – С. 53–59.

10.Михеев, П.А. Интегрирование уравнения неравномерного движения воды для условий весьма узких русел с обратным уклоном дна /П.А. Михеев, А.И. Перелыгин, В.А. Храпковский //Гидротехническое строительство: матер. регион. науч. техн. конф. «Гидротехника, гидравлика и геоэкология».

Вып. 2. /ФГОУ ВПО НГМА.–Новочеркасск: Лик 2009.–С. 3–10. (автора 35%).

Подписано в печать 12.11.2010 г.

Объем 1,0 уч. изд. листов. Тираж 100 экз. Заказ №Типография НГМА, 346428, г. Новочеркасск, ул. Пушкинская, 111.