4.4 Особенности наблюдений за гидротехническими сооружениями с высокоскоростными потоками

В современных условиях натурные исследования, проведенные НИСом Гидропроекта, ВНИИГом и другими научно-исследовательскими учреждениями, показали, что наблюдения за водосбросами с высокоскоростными потоками должны быть комплексными. При этом необходимо изучать процесс взаимосвязи потока с элементами водосброса и сооружения в целом, обращая особое внимание на гидравлику, гидродинамику, кавитацию, вибрацию и др. Наблюдения на таких водосбросах надо проводить весь период их эксплуатации с помощью приборов и аппаратуры многоцелевого назначения. Заканчиваться наблюдения должны разработкой и внедрением мероприятий позволяющих повысить надежность гидротехнических сооружений. Комплексные долгосрочные наблюдения необходимо проводить как для высоконапорных сооружений, так и для крупных гидротехнических сооружений с небольшими (15...25 м) напорами. Примером в подтверждение сказанного могут быть Волжские ГЭС им. В. И Ленина и XXII съезда КПСС. Там в период прохождения паводков 1980...1981 гг. возникли явления самосинхронизации колебаний плит водобоя и секций водосливных плотин. При этом произошло «сверхдальнее» распространение упругих волн в основании плотин, которые вызвали пробуждение колебаний зданий, расположенных на расстоянии 3...6 км от гидроузлов. В ряде случаев эти колебания выходили за пределы допускаемых значений и вызывали неприятие ощущение.

В настоящее время в НИСе Гидропроекта и других научно-исследовательских организациях разработан комплекс преобразователей, регистрирующей и обрабатывающей аппаратуры, позволяющей наблюдать за кавитацией, динамическими нагрузками, аэрацией, вибрацией сооружений с потоками, имеющими скорость до 50 м/с.

Для определения гидродинамического давления на элементы водосбросов используют преобразователи (датчики) осредненного давления и пульсации в точке. Зачастую требуется найти пульсационную нагрузку не в точке, а ее интегральное значение по плите. В этом случае несколько (10...20) преобразователей устанавливают на расстоянии друг от друга не более радиуса взаимной корреляции, который определяют теоретически или экспериментально для конкретных условий. Учитывая возможность механического повреждения преобразователей (плавающими телами, камнями, строительным мусором и т. п.), при установке их дублируют (монтируют два прибора в каждом месте) и делают съемными. При изучении гидродинамического давления, как правило, в тех же точках измеряют пьезометри­ческий напор.

Чтобы выявить кавитационные условия, на водосбросных сооружениях устанавливают преобразователи для ультразвукового изучения кавитационной эрозии, гидродинамического давления, пульсационной и осредненной составляющей скорости. Различают зоны очагов местной и общей кавитации. Местные участки наблюдаются на гасителях, расщепителях, водобойных стенках, в пазах затворов и т.п. Общие кавитационные зоны могут быть, например, на входных оголовках, водосливных поверхностях, раздельных быках, участках поворотов водоводов. В последнем случае устанавливается не одна условная точка с измерительной аппаратурой, а выбирается несколько створов во взаимно перпендикулярных направлениях. При анализe кавитационной стойкости исследуемой поверхности предлагается обмерять существующие фактические неровности водопроводящего тракта путем выполнения маркшейдерской или стереофотограмметрической съемки.Это позволяет вычислить статистические оценки неровностей поверхности (стандарт, функции распределения и т д.), характеризующиеся шероховатостью, углами наклона выступов неровностей, направлениями и т. д. Такое предложение справедливо для оценки общей кавитационной ситуации. Полученные при этом данные позволяют также определить нелокальную ка­витационную прочность поверхности в отдельных точках.

Для установления скорости распределения упругих волн в основании гидротехнических сооружений вибропреобразователи монтируют на ряде соседних секций (3...5), размещая их в средней части каждой секции. Вместе с тем для более полной характеристики воздействия потока на элементы водосброса предусматривают периодические наблюдения состояния водной поверхности, величин и направления скоростей как в плане, так и но глубине потока. Для этого применяют гидрометрические приборы (вертушки, флюгеры и т. д.) или стереофотограмметрию.

Примерный перечень рекомендуемых натурных исследований, проводимых на водопропускных гидротехнических сооружениях с относительно высокоскоростными потоками приведен в таблице 1.

Таблица 1. Перечень рекомендуемых натурных исследований на водопропускных гидротехнических сооружениях

Объект	Натурные исследования
	эксплуатационные	специальные	пусковые
Водосливная плотина: гребень,затворный узел водосливная грань участок сопряжения с нижним бьефом быки	11 11 3,11 3,11	1,2,3,4,5,11 1,2,3,10,11 1,2,3,4,5,10,11 1,2,3,4,5,10,11
Туннельный водовод: входной оголовок затворный узел облицовка поворотные и диффузорные участки концевой участок	3 3,4,11 3,6,11 3,11,6 3,4,11	1,2,3,4 1,2,3,4,5,11 1,2,3,4,5,6,11 1,2,3,4,6,10,11 1,2,3,4,5,10,11
Шахтный водосброс: водоприемник; вертикальный ствол; поворотный участок; водоотводящий участок
Быстроток: водоприемник; водоскат; концевой участок
Нижний бьеф: водобой; гасители энергии пото­к; рисберма; неукрепленное русло, берега

Примечание. Обозначение цифр: 1 — гидродинамическое давление (осредненное и пульсационная составляющая), 2 - кавитация; 3 — эрозия, 4 – вибрация; 5 — динамические деформации и напряжения; 6 – контакт облицовки со стенкой водовода, 7 – размыв дна и берегов нижнего бьефа; 8 – подмыв под сооружение; 9 — растекание потока в плане, скорости по глубине потока; 10 — аэрация потока; 11 — визуальные наблюдения гидравлического режима, состояния обтекаемой потоком поверхности, затворов, peшеток.