МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ СТЕПЕНИ НАПОЛНЕНИЯ КАНАЛОВ КРУГОВОЙ ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ

Цель. Задача состояла в получении модели для определения максимально возможной степени наполнения каналов круговой формы сечения в земляном русле, исходя из условия обеспечения устойчивости откосов и минимального объема выемки грунта при их возведении, а также в поиске оптимальной степени наполнения укрепленных каналов замкнутого профиля, соответствующей максимальной пропускной способности.

Метод. В работе использованы аналитические методы дифференциального исчисления и решения неявных уравнений.

Результат. Для решения поставленных задач, подборе методов исследования и критериев оптимизации параметров каналов учтен опыт отечественных и зарубежных исследователей. Рассмотрены два случая каналов круговой формы сечения: в земляном русле; укрепленный замкнутого поперечного профиля. Для случая гидравлически наивыгоднейшего кругового канала в земляном русле путем приравнивая первой производной уравнения окружности обратной величине допустимого коэффициента заложения откосов получено аналитическое решение для определения максимальной степени наполнения из условия устойчивости откосов, которая оказалась не зависящей от величины транспортируемого расхода воды и гидравлических элементов потока. В случае несвязных грунтов, слагающих русло, круговой канал можно наполнить на глубину, не превышающую 20 процентов от радиуса канала. При этом средняя скорость потока должна оставаться в пределах от незаиляющей до неразмывающей. Для возможности нахождения расхода даны аналитические выражения нахождения гидравлических элементов потока в круговом канале. При определении объема выемки грунта по возведению канала учтено превышение бровки канала над максимальным уровнем воды в канале. Для случая укрепленного канала замкнутого поперечного профиля путем взятия производных из формулы Шези получены оптимальные значения расхода и средней скорости.

Вывод. Укрепленный замкнутого кругового профиля канал имеет максимальную пропускную способность при относительной степени наполнения 0,938, а максимальная средняя скорость движения жидкости в безнапорном канале достигается при степени наполнения 0,815.. Для определения максимально допустимой относительной степени наполнения в случае канала кругового сечения в земляном русле получены аналитические зависимости, до применения которых по справочной литературе предварительно нужно принять величину коэффициента заложения откоса для данного вида грунта ложа канала. 

1. Алибеков А.К. Поиск оптимальной длины холостой части магистрального оросительного канала// Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2011. – № 2 (21). – С. 99- 104.

2. Алибеков А.К. Оптимальная относительная ширина канала по дну в земляном русле// Мониторинг. Наука и технологии. – 2012. № 3 (12). – С.48-52.

3. Алибеков А.К. Проектирование параболических каналов// Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. - 2015. - № 37. – С.18 – 25.

4. Алибеков А.К. Основы гидравлики: теория и практика Учебное пособие. – Махачкала: ФГБОУ ВО «ДГТУ», 2016. – 172 с.

5. Алибеков А.К., Гасанов К.А. Проектирование каналов в земляном русле с оптимальными параметрами: Учебное пособие. – Махачкала: ФГБОУ ВПО «ДГТУ», 2013. - 112 с.

6. Гиргидов А.Д. Механика жидкости и газа (Гидравлика). – СПб.: СПбГПУ, 2007. – 545 с.

7. Дементьев В.Г. Орошение. – М.: Колос, 1979. - 304 с.

8. Курбанов С.О. Развитие теории, методов расчетного обоснования и проектирования каналов и зарегулированных русел с полигональным поперечным сечением: автореф. дис. … д-ра техн. нааук. – М.: ФГБОУ «МГУП», 2013. - 57 с.

9. Мирцхулава Ц. Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости. - М.: Колос, 1967. – 178 с.

10. Михалев М.А. Расчет магистральных каналов// Инженерно-строительный журнал, 2013. № 4(39). – С. 83 - 93.

11. Михалев М.А., Алибеков А. К. Условие начала трогания несвязных грунтов. В кн.: Гидравлика русловых потоков: Сб. науч. тр. – Калинин: КГУ: 1985. – С. 8 - 14.

12. СП 100.13330.2016 Мелиоративные системы и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.06.03-85. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 65 с.

13. Угинчус А.А. Гидравлические и технико-экономические расчеты каналов. – М.: Сторйиздат, 1965. - 274 с.

14. Bhattacharjya R.K., Satish M.G. Optimal design of a stable trapezoidal channel section using hybrid optimization technique// Journal of Irrigation and Drainage Engineering. – 2007. – Vol. 133. – P. 323−329.

15. Chahar B.R. Optimal design of a special class of curvilinear bottomed channel section// Journal of Hydraulic Engineering. 2007. 133. Pp. 571−576.

16. Das A. Chance constrained optimal design of trapezoidal channels// Journal of Water Resources Planning and Management. – 2008. – Vol. 134. – P. 310−313.

17. Easa S.M. New and improved channel cross section with piecewise linear or smooth sides// Canadian Journal of Civil Engineering. – 2011. – Vol. 38. – P. 690−697.

18. Fatchullaev A.M., Arifjanov A.M. Optimization of hydraulic parameters of irrigation canals in earthen channel// European science review. – 2016. –№ 9-10. – P. 220 - 223.

19. Fatchullaev A.M., Hazratov A.N. Limit irrigation canals regimes in earthen channel// Agro ilm. – Number 3(15). – 2010. – P. 41 - 42.

20. Shen H., Zhang X., Qiao W. Partition curve of hydraulic radius and average sidewall and bed shear stresses in open-channel flows. Journal of Hydroelectric Engineering. – 2011. – Vol. 30. – P. 44 - 48.

21. Sun G., Wei W., Zhang P., Yang G., Hu W. Calculation of optimal hydraulic cross section of a cubic parabolashape open channel// Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, APPEEC 2011. Article No. 5748593.