Оптимизация параметров магистральных каналов в области гидравлически наивыгоднейших сечений

Магистральные каналы мелиоративных систем, наряду с наилучшими экономическими показателями, должны также соответствовать требованиям сопряжения проводящей сети в вертикальной плоскости и технологии производства работ по сооружению русла. Каналы гидравлически наивыгоднейшего профиля, хотя и являются самыми экономичными по объему земляной выемки, часто получаются слишком глубокими и небольшой ширины по дну, что не удовлетворяет указанным требованиям. Учесть все эти факторы можно, незначительно снижая скорость течения воды u (по сравнению со скоростью в русле с гидравлически наивыгоднейшим сечением u_г.н), что приводит к существенному уменьшению глубины русла и соответственно увеличению его ширины по дну. Такое снижение скорости экономически оправдано (без существенного увеличения площади сечения) в области гидравлически наивыгоднейших сечений, где кривая функции h = f(u) резко возрастает и асимптотически  приближается к ординате с максимально возможной скоростью u_г.н. Эту область можно приближенно охарактеризовать значениями скорости u = (0,95–1,0)u_г.н. Для удобства расчета полученная ранее автором формула для глубины канала гидравлически наивыгоднейшего профиля преобразована к более простому виду. Предложена аналитическая методика расчета оптимальных параметров сечения русла, находящихся в области гидравлически наивыгоднейших сечений, которая характеризуется коэффициентом оптимизации K_опт = u/u_г.н, изменяющимся в пределах K_опт = 0,95–1,0. В этой области сечение русла незначительно отличается от гидравлически наивыгоднейшего профиля и при этом  удовлетворяет требованиям сопряжения проводящей сети в вертикальной плоскости и условиям производства работ. Предложенный метод расчета менее трудоемкий и применим в широком диапазоне изменения показателя степени y в формуле Н. Н. Павловского для определения коэффициента Шези. Расчет по предлагаемой методике выполняют на основе использования зависимостей для определения характеристик гидравлически наивыгоднейшего сечения и формул русловой гидравлики (при незначительном поэтапном снижении скорости течения воды u). Получены формулы для определения глубины и ширины русла по дну при различных значениях скорости. 

1. Мелиоративные системы и сооружения. Нормы проектирования: ТКП 45-3.04-8–2005 (02250) / Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь. Минск, 2006. 106 с.

2. Михневич, Э. И. Пропускная способность главного магистрального канала, подающего воду из р. Хуанхэ на ирригационную систему Хэтао / Э. И. Михневич, Ли Цзэмин // Тридцать седьмое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Рязань, 3–7 октября 2022 г.): докл. и сообщения. М.: МГУ, 2022. С. 128–130.

3. Агроскин, И. И. Гидравлика / И. И. Агроскин, И. И. Дмитриев, Ф. И. Пикалов. 4-е изд. М.–Л.: Энергия, 1964. 352 с.

4. Штеренлихт, Д. В. Гидравлика / Д. В. Штеренлихт; ред. Н. М. Щербакова. М.: Колос С, 2007. 655 с.

5. Михневич, Э. И. Открытые водотоки: пропускная способность и устойчивость / Э. И. Михневич. Минск: БНТУ, 2021. 311 с.

6. Михневич, Э. И. Расчет пропускной способности и устойчивости каналов / Э. И. Михневич // Экология и строительство. 2020. № 1. С. 23–31.

7. Спицин, И. П. Общая и речная гидравлика / И. П. Спицин, В. А. Соколова. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 360 с.

8. Угинчус, А. А. Гидравлические и технико-экономические расчеты каналов. / А. А. Угинчус. М.: Изд-во лит. по строительству, 1965. 274 с.

9. Михалев, М. А. Расчет магистральных каналов / М. А. Михалев // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 4. С. 83–93.

10. Гульков, Н. Ф. Расчет экономически наивыгоднейшего живого сечения трапецеидального канала / Н. Ф. Гульков // НТИ по мелиорации и водному хозяйству / Минводхоз БССР. Минск, 1991. Вып. 5. С. 21–27.

11. Михневич, Э. И. Устойчивость русел и регулирование стока судоходных рек и каналов / Э. И. Михневич, В. Е. Левкевич. Минск: Право и экономика, 2022. 188 с.

12. Гладков, Г. Л. Гидроморфология русел судоходных рек: монография / Г. Л. Гладков, Р. С. Чалов, К. М. Беркович. 2-е изд., стер. Санкт-Петербург: Лань, 2019. 432 с.