Методы регулирования и оценка ирригационного значения речных наносов

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. Одним из важнейших вопросов в мире является разработка методов распределенения наносонесущих потоков в реках, каналах и других руслах, создание методов регулирования наносами и эффективного использования. В этой связи в качестве одного из типов существующих глобальных круговоротов в природе (воздуха, воды, температуры и др.) регулирование движения речных наносов имеет особое значение. В этом направлении, особое внимание в практике развитых государств, в том числе в США, Германии, Китае, России и др., уделено значению понятия “эколого-эрозионные процессы”, входящие в область гидравлики и инженерной гидрологии, направленные на предотвращение заиления ирригационных систем, эффективное использование водных ресурсов (рек) и доставку речных наносов, богатых минеральными удобрениями, на посевные поля, а также на особое улучшение экономической и экологической обстановки. В мире ведутся целенаправленные исследовательские работы, посвященные нахождению экономически эффективных и экологически безопасных решений в направлении научно обоснованной оценки регулирования речных наносов, оценки их качества и количества, разработке новых технологий их использования. В этой связи одной из важнейших задач является целенаправленное внедрение научно-исследовательских работ, направленных на эффективную оценку качества речных наносов, создание методов и технологий их регулирования, разработку путей доставки наносов, богатых минеральными удорениями на посевные поля. С приобретением независимости нашей Республики, широко внедряются мероприятия, направленные на эффективное использование водных ресурсов в процессе водозабора, защиту гидротехнических сооружений (ирригационные отстойники, магистральные и оросительные каналы) от заиления, усовершенствование методов и технологий регулирования речных наносов. Вместе с этим, достигнуты существенные результаты в предотвращении заиления магистральных каналов за счет осаждения речных наносов в ирригационных отстойниках. В этом направлении требуется усовершенствование методов регулирования речных наносов на основе строительства и реконструкции магистральных каналов, гидроузлов и водозаборных сооружений и повышения эффективности их эксплуатации. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 гг. указано о «...дальнейшем развитии мелиоративных и ирригационных объектов для увеличения уровня национальной экономики»1. В этой связи имеет важное значение выполнение данной задачи, в том числе, проектирование водохозяйственных сооружений, строительство и продуктивное использование их, усовершенствование методов движения речных наносов, разработка методов определения и расчета количества наносов в потоке, их химического и механического состава, предотвращение заиления или размыва каналов, а также разработка технологии регулирования количества наносов разделяя их по фракциям, и ведение научно-исследовательских работ по усоверщенствованию технологий доставки, богатых минеральными удобрениями на оросительные поля имеет важное значение. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан ПП-1958 от 19 апреля 2013 года “О мерах по дальнейшему улучшению мелиоративного состояния орошаемых земель и рациональному использованию водных ресурсов”, Стратегий действий по пяти приоритетным направлениям развития Узбекистана в 2017-2021 годах, утвержденной Указом Президента Республики Узбекистан УП-4947 от 7 февраля 2017 года и другими нормативно-правовыми документами, принятых в этом направлении. Цель исследования состоит в разработке усовершенствованных методов регулирования и оценки ирригационного значения речных наносов, с учётом их фракционного состава. Научная новизна исследования заключается в следующем: усовершенствован метод расчета распределения речных наносов по длине гидротехнических сооружений с учётом их неравномерного движения; усовершенствован метод расчёта распределения речных наносов в гидротехнических сооружениях с учётом фракционного состава мутного наноса; усовершенствованы конструктивные параметры сооружения-отстойника, регулирующие речные наносы и позволяющие эффективно задерживать наносы; усовершенствован метод гидравлического расчета сооружения-отстойника, регулирующего речные наносы с учетом их фракционного состава; обоснована связь фракционного и химического состава речных наносов при регулировании и оценке их ирригационного значения посредством коэффициента корреляции. Выводы На основании научно-исследовательских работ, по диссертации на тему: “Методы регулирования и оценка ирригационного значения речных наносов» на соискание степени доктора философии (PhD) сделаны следующие выводы: 1. На основе проведенных натурных и теоретических исследований по оценке ирригационного значения речных наносов необходимы исследования не только химического и минералогического, но и фракционного составов. Обоснована возможность прогноза и определения количества минералов, биогенных элементов и гумуса, доставляемых на посевные поля при регулировании механического и химического составов наносов. 2. Анализ натурных данных, полученных на гидротехнических сооружениях, в магистральных каналах (Миришкор, БФК) показал, что речные наносы для каждого объекта разные, при их регулировании и использовании коэффициент корреляции зависимости между фракционным и химическим составами составил (г=0,80). В результате регулирования мелких фракций появилась возможность регулирования химического состава наносов. 3. По проведенным экспериментам на канале Миришкор распределение наносов в магистральном канале и сформировавшиеся в реках отличается большим разнообразием. Фракционный состав наносов, в основном, составляет мелкий песок (0,1 - 0,05 мм) и крупная пыль (0,05 - 0,001 мм). По результатам экспериментов обоснована возможность переноса на посевные поля химических элементов N-NH4, Р2О5, К2О, входящих в состав наносов. 4. Разработана математическая модель, выражающая распределение наносов при неравномерным движении в открытых каналах (Свидетельство DGU04572). Своеобразность предложенной модели определяется связью рапределения наносов потока и фракции. На основе разработанного метода расчета имеется возможность заранее прогнозировать заиление сооружений на канале с учетом неравномерного движения потока воды. 5. Сопоставительно оценен метод расчета, выражающий распределение наносов по длине потока при неравномерном движении с полученными данными натурных полевых исследований в канале Миришкор при “Аму-Кашкадарьинском Бассейновом Управлении Ирригационных систем”. Разница между рассчетными и измеренными значениями составляет 6-10%. 6. На основе проведенных теоретических и натурных экспериментов усовершенствованы конструктивные параметры сооружений, регулирующих речные наносы. Предложена новая конструкция отстойника, дающая возможность регулирования речных наносов по фракциям (Патент. № ҒЛР 00926). В результате использования новой конструкции отстойника речные наносы регулируются путем разделения их на фракции, что дает возможность подавать мелкие частицы на орошаемые поля. 7. На основе проведенных теоретических и натурных экспериментов даны рекомендации по гидравлическому расчету сооружения - отстойника, регулирующего речные наносы. На основе разработанных рекомендаций выполнены гидравлические расчеты отстойников канала Шават, насосной станции Сувли, БФК-Сух и определены конструктивные параметры отстойников. Ожидаемая экономическая эффективность составляет 66 млн. сум. Отдельные части результатов исследований применяются учебном процессе.