Призначення та розміщення регулюючих споруд

При експлуатації гідромеліоративних систем виникає необхідність в регулюванні кількості води, що подається в систему чи окремі її ділянки, необхідність регулювання рівнів води в каналах, а також необхідність аварійного скидання лишків води або спорожнення окремих ділянок каналів чи системи в цілому. Споруди, які влаштовуються для виконання вказаних функцій, називаються регулюючими або регуляторами (шлюзами-регуляторами). За призначенням регулюючі споруди можна поділити таким чином:

1) регулятори-водовипуски, що регулюють подачу кількості води в канал;

2) підпірні або перегороджуючі, що створюють підпір та регулюють рівні води в каналах;

3) водоскидні або регулятори-водоскиди, що скидають воду при переповненнях каналів чи аваріях на них;

4) промивні, що не допускають попадання наносів в канал, а змивають їх постійно чи періодично в нижній б'єф;

В багатьох випадках регулюючі споруди на каналах компонуються для виконання декількох задач, утворюючи при цьому вузол споруд.

Водовипуски розміщуються на початку кожного з відвідних каналів для регулювання витрати води, що надходить в той чи інший канал, чи для повного його відключення. Водопідпірні споруди на відміну від водовипусків встановлюються не на початку, а на трасах каналів. Основне їх призначення – це створення рівнів води, що забезпечують надходження у відвідні канали необхідних витрат води при мінімальних розрахункових витратах цього каналу.

Водопідпірна споруда, збільшуючи глибину, зменшує швидкість води в каналі, що може призвести до відкладання наносів перед спорудою. Щоб не допустити цього, часом поруч з водопідпірною спорудою влаштовуються промивні чи скидні споруди з таким розрахунком, щоб була можливість періодично змивати наноси в скидну мережу. Кінцеві скиди (регулятори-водоскиди) влаштовуються в кінці кожного розподільника. З їх допомогою забираються лишки води із зрошуваної території та спорожнюються канали. Іноді водоскидна споруда розміщується не в кінці каналу, а в місцях його перетину з пониженням місцевості – видолинки, балки, яри. Така споруда має спеціальний оголовок, через який зливається вода при непередбачених переповненнях каналу і називається катастрофічним водоскидом. Один з варіантів розміщення споруд показаний на рис. 6.1.

Регулятори – це масові споруди на мережі, вартість яких складає 40-60% від вартості системи. При їх спорудженні необхідно використовувати стандартне обладнання і місцеві матеріали, конструктивні елементи повинні бути доступними для огляду та ремонту, допускати заміну деталей без порушення роботи.

Рис. 6.1. Схема розміщення споруд на каналі: 1 – підпірний регулятор; 2 – промивний регулятор; 3 – бічний регулятор; 4 – автоматичний (аварійний) скид; 5 – магістральний канал

 

Основні типи регуляторів та їх конструктивні

Особливості

За конструктивними ознаками розрізняють три типи регуляторів: відкриті, закриті або трубчасті та діафрагмові (зі забральною балкою).

Відкриті регулятори (рис. 6.2) складаються з флютбету, повздовжніх стінок (берегових стоянів), затворів, підйомних механізмів та мостів.

Рівень води у відкритому регуляторі доступний для замірів та спостережень, а елементи споруди – для огляду та ремонту. Відкритим регуляторам надається перевага в таких випадках: при малих глибинах в каналі та незначних коливаннях рівня верхнього б'єфа; коли максимальну витрату необхідно пропустити при незначному гідравлічному перепаді (0,1 м та менше); при необхідності пропуску в нижній б'єф плаваючих предметів;

Рис. 6.2. Відкритий регулятор на каналі: 1 – понурний шпунт; 2 – понур; 3 - королевий шпунт; 4 – водобій; 5 – рисберма; 6 – зворотний фільтр; 7 – кріплення укосів плитами; 8 – кам'яна призма; 9 – службовий місток; 10 – затвор; 11 – берегові стояни

 

До недоліків, що збільшують вартість споруди, слід віднести необхідність влаштування службового, а іноді і проїжджого мостів, що опираються на стояни, розміри яких повинні бути визначені з врахуванням цього навантаження.

Кількість прогонів повинна бути мінімальною та непарною, щоб виключити збійність потоку в нижньому б'єфі. Розміри елементів флютбету визначаються на основі фільтраційних та гідравлічних розрахунків за умови розміщення затворів, водобійних пристроїв та мостів. Довжина берегових стоянів ув'язується з розмірами водобою. Відмітка порога регулятора, звичайно, встановлюється на рівні дна каналу.

При значних витратах та напорах влаштовується залізобетонні регулятори докової конструкції, що являють собою жорстко з'єднані бики та берегові стояни з флютбетом (донною плитою). Це дозволяє надати споруді економічних контурів. Монолітні бетонні, кам'яні, кам'яно-бутові та цегляні споруди влаштовуються, як правило, розрізної конструкції при порівняно невеликих витратах та напорах. При цьому флютбет (водобій) відділяється від берегових стоянів та биків конструктивними швами.

Водопропускні отвори відкритого регулятора перекриваються плоскими чи сегментними металевими затворами. Висота стоянів та биків при цьому повинна бути достатньою для підйому затвора на повне відкриття.

Підпірні регулятори можуть бути різних конструкцій, основним призначення яких є підтримання в каналі старшого порядку певних горизонтів води з метою забезпечення нормальної роботи молодших каналів (відводів) нижчого порядку. У верхньому б'єфі підпірного регулятора, внаслідок його специфічної роботи, утворюється підпір, який небажаний на каналах з малими уклонами дна (осушувальні системи). З метою недопущення цього небажаного явища підпірні регулятори на осушувальних системах проектуються таким чином, щоб ширина отвору регулятора була не меншою, ніж середня ширина потоку в каналі. При цьому можливий варіант, коли ширина отвору регулятора більша за ширину каналу низом і для спряження з каналом необхідно влаштовувати перехідні ділянки у вигляді косих площин. В конструктивному відношенні такі регулятори найчастіше аналогічні відкритим.

Вододільники – це відкриті регулятори, що забезпечують поділ води в певнихспіввідношеннях між двома та більше каналами. Розміщуються вони поперек підвідного каналу фронтально до потоку, як і підпірні регулятори. Для нормальної роботи володільників необхідно забезпечити однакові умови підходу потоку до кожного прогону та однакові коефіцієнти витрати. Перша вимога досягається за умовиспокійного і плавного підходу води до випусків дільників та розміщення порогів-відводів на однакових відмітках. Друга вимога забезпечується за умови вільного витікання потоку через водозливи без підтоплення та однакових конструкцій вхідних частин. Дотримання цих умов забезпечує поділ загальної витрати пропорційно ширині отвору випуску.

Розподільні вузли (вузли регуляторів) на каналах розміщуються в місцях розгалуження каналу на декілька менших відвідних каналів. До складу розподільного вузла входить підпірна споруда, що перегороджує канал старшого порядку та один або декілька бічних регуляторів-водовипусків, що живлять відвідні канали. Іноді у розподільних вузлах передбачаються промивні споруди. Для виконання головної умови – забезпечення точного регулювання параметрів потоку, всі регулятори, які входять до складу вузла, а також і ті, що працюють окремо від нього, повинні мати необхідні водомірні властивості, які досягаються шляхом забезпечення прямолінійності та ретельної очистки каналу на ділянці 150... 300 м до і після регулятора.

В практиці гідротехнічного будівництва меліоративних об'єктів використовуються дві основні схеми компонування розподільних вузлів: зближена (зблокована) та віддалена.

З точки зору затрат будівельних матеріалів та технічної експлуатації зближене компонування вигідніше. Спільний понур, короткі з'єднувальні стінки знижують вартість вузла. Недоліком такого компонування можна вважати незручність в керуванні водою, тому що близько розміщені регулятори впливають один на одного при вимірюванні витрат води (погіршується їх водомірність).

При віддаленій схемі компонування вузла регуляторів збільшується їх вартість, бо кожна споруда зводиться окремо, а тому застосовувати таку схему можна лише після відповідного техніко-економічного обґрунтування.

Трубчасті закриті регулятори (рис 6.3) складаються з труб, які розміщені на деякій глибині від поверхні, вхідного та вихідного оголовків, затворів з підйомниками та гасителів енергії в нижньому б'єфі. Вони застосовуються в таких випадках: коли канал проходить в глибокій виїмці; при значних коливаннях рівня верхнього б'єфа (0,5 м і більше); коли при відносно великих напорах пропускаються малі витрати (водовипуски магістральних каналів); при влаштуванні переїзду через регулятор; при використанні їх як регуляторів-водомірів. Трубчасті регулятори не рекомендується застосовувати в тих випадках, коли мінімальна витрата проходить із замулюючими швидкостями.

Основними недоліками трубчастих регуляторів є трудність профілактичного ремонту та огляду, а також зміна гідравлічних режимів, що несприятливо впливає на роботу стиків труб.

Труби можуть бути круглого, прямокутного та полігонального поперечного перерізів. Довжина трубчастої частини регулятора, який суміщено з переїздом, визначається шириною проїжджої частини. При великих напорах трубчасті регулятори влаштовуються з залізобетону, а при малих (на іригаційних системах) – з бетону. Основа під трубою повинна бути міцною (втрамбований грунт або шар щебеню чи бетону), а для попередження фільтрації вздовж труби навколо неї укладається м'ята глина чи важкий суглинок шаром не менше 0,5 м. Крім цього, іноді по довжині труби влаштовуються ребра-діафрагми висотою 0,5... 1,0 м. Окремі ланки труб з'єднуються між собою за допомогою фальцевих, розтрубних, фланцевих та муфтових з'єднань.

Число отворів (ниток) трубчастого регулятора визначається гідравлічними та техніко-економічними розрахунками, але їх кількість має бути непарною, щоб мати можливість за рахунок маневрування затворами уникнути збійності потоку в нижньому б'єфі споруди.

Затвори на трубчастих не автоматизованих регуляторах встановлюються як на вході, так і на виході з труби. Встановлення затворів на виході має ряд переваг: зручність управління, доступність огляду та ремонту, незмінність напірного режиму роботи труби. Але при цьому труба завжди знаходиться під напором, створюються умови для замулення при повному закритті затвора, виникає необхідність у влаштуванні ремонтних затворів чи пазів на вході.

Рис. 6.3. Трубчастий регулятор: 1 – пірнаюча стінка; 2 – понур; 3 – затвор; 4 – підготовка; 5 – ланка труби; 6 – водобій; 7 – водобійна стінка; 8 – кам'яна призма

 

Діафрагмові регулятори є різновидом відкритих регуляторів і відрізняються від них тим, що верхня частина отвору на вході перекрита поперечною стінкою, яка, в залежності від розмірів, називається забральною балкою чи діафрагмою, що дозволяє зменшити висоту затворів та потужність підйомників (рис. 6.4). Одночасно діафрагма служить за поперечну розпірку, збільшуючи таким чином жорсткість конструкції, що дозволяє зменшити товщину поздовжніх стінок регулятора.

Діафрагмові регулятори влаштовуються для відводів з невеликим відбором води та при значних коливаннях рівнів в каналі старшого порядку перед спорудою.

 

Рис. 6.4. Регулятор з діафрагмою: 1 – понур; 2 – шпунт; 3 – затвор; 4 – водобій; 5 – діафрагма; 6 – рисберма; 7 – зворотний фільтр; 8 – кам'яна призма

 

Вони часто використовуються як промивні та скидні регулятори, особливістю роботи яких є наявність великих швидкостей в межах споруди, а також як звичайний регулятори на каналах, що проходять в глибоких виїмках.