Аннотация

Цель: выполнение гидравлического анализа потока в лотке при пропуске форсированного расхода воды; формирование выводов о несоответствии полученных параметров актуальным нормативным актам и обоснование принятых проектных решений лотка для обеспечения безопасности и долговечности сооружения. 

Материалы и методы. Исследование основано на численном интегрировании дифференциального уравнения неравномерного движения воды в открытых руслах. Для верификации результатов и демонстрации надежности выводов расчеты выполнены двумя независимыми численными методами: методом конечных разностей В. И. Чарномского (расчет по шагам глубины) и методом стандартных шагов (расчет по шагам длины), рассчитанные в программном модуле на языке Python. 

Результаты. Расчеты, выполненные для форсированного расхода Q = 260 м³/с, показали, что в лотке быстротока формируется кривая спада типа В₂. Скорость потока к концу лотка длиной 159 м достигает 15,73 м/с, а число Фруда превышает 5,0. Касательные напряжения на дне достигают 14 кПа. 

Выводы. Полученные значения скорости и касательных напряжений категорически недопустимы для эксплуатации бетонного гидротехнического сооружения, т. к. многократно превышают пределы его абразивной и кавитационной стойкости. Данные нагрузки негативно влияют на несущую способность и долговечность строительных конструкций, а также могут привести к возникновению чрезвычайной ситуации. Разработанный программный модуль подтвердил корректность вычислений и может быть использован как гибкий инструмент для дальнейшего вариантного проектирования.

doi: 10.31774/2712-9357-2025-15-4-353-366

Для цитирования

Литуновский И. Г., Ткачев А. А. Анализ гидравлики потока при пропуске через лоток катастрофического сброса Новотроицкого водохранилища форсированного расхода воды // Мелиорация и гидротехника. 2025. Т. 15, № 4. С. 353–366. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2025-15-4-353-366.

Список литературы

1. Актуальные проблемы реконструкции длительно эксплуатируемых гидротехнических сооружений / А. В. Михальчук, И. Г. Литуновский, И. А. Солонина, В. А. Белов // Мелиорация как драйвер модернизации АПК в условиях изменения климата: материалы Междунар. науч.-практ. интернет-конф., г. Новочеркасск, 21–23 апр. 2025 г. Новочеркасск: Лик, 2025. С. 154–159. EDN: COQZOZ.

2. Актуальные вопросы практических исследований гидротехнических сооружений: монография / А. А. Ткачев [и др.]. Новочеркасск: Лик, 2024. Ч. 2. 209 с. ISBN: 978-5-907708-86-0. EDN: YZUWDT.

3. Конструктивные решения водосбросных сооружений при реконструкции малых прудов / И. Г. Литуновский, А. В. Сафронов, В. О. Антонов, В. И. Меньшиков // Наука и молодёжь: сб. науч. тр. Вып. 10. Инновации в современном агропромышленном комплексе. Новочеркасск, 2023. С. 13–18. EDN: NGEPVE.

4. Баев О. А., Шевченко А. В. Совершенствование конструктивных решений водосбросов с центральным размещением рыбопропускных сооружений и закрепленной рисбермой // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. 2022. № 2(86). С. 13–21. EDN: ITEKUC.

5. Бубнов Д. В., Брянская Ю. В. Гидравлический расчёт быстротока с различными типами шероховатости // Гидротехническое строительство. 2024. № 10. С. 17–22. EDN: KFESUI.

6. Технические решения при реконструкции водосбросного сооружения сифонного типа / Р. С. Мезин, Е. В. Харламов, И. А. Андрос, Р. В. Кувшинчиков // Мелиорация как драйвер модернизации АПК в условиях изменения климата: материалы IV Междунар. науч.-практ. интернет-конф., г. Новочеркасск, 24–26 апр. 2023 г. Новочеркасск: Лик, 2023. С. 104–109. EDN: AVDCTZ.

7. Каньяругендо Л. Оценка влияния зигзагообразной шероховатости на кинематические параметры потока // Природообустройство. 2023. № 3. С. 85–91. DOI: 10.26897/1997-6011-2023-3-85-91. EDN: UHBWNT.

8. Energy dissipation and flow characteristics of baffles and sills on stepped spillways / Sh. Li, Ji. Zhang, Ji. Nie, Y. Peng // Journal of Hydraulic Research. 2014. Vol. 52, no. 1. Р. 140–143. DOI: 10.1080/00221686.2013.856040.

9. Судольский Г. А. Гидравлическое обоснование схемы гашения энергии с помощью диафрагм на тракте строительно-эксплуатационного водосброса Пскемской ГЭС // Гидротехническое строительство. 2020. № 9. С. 5–15. EDN: JZYYQA.

10. Бубнов Д. В., Брянская Ю. В. Расчёт быстротока с усиленной шероховатостью // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева. 2024. Т. 312. С. 3–12. EDN: ERPGTF.

11. Blanc P., Lempérière F. Labyrinth spillways have a promising future // Hydropower & Dams. 2001. Vol. 8, iss. 4. Р. 129–131.

12. Tabbara M., Chatila J., Awwad R. Computational simulation of flow over stepped spillways // Computers & Structures. 2005. Vol. 83, iss. 27. P. 2215–2224. ISSN: 0045-7949. DOI: 10.1016/j.compstruc.2005.04.005.