Халықаралық Ғылыми-тәжірибелік конференцияның ЕҢбектері

260 
 
Наименования 
кВт 
 
п/п 
Наименование  
кВт 
1 
Теплота  сгорания 
природного газа 
=279
330,7 
100 
1 
 
2 
 
3 
 
4 
 
5 
 
 
6 
 
7 
Теплота, 
отпускаемая 
потребителям тепла 
Потеря 
теплоты 
в 
сетевой установке 
Теплота,  уходящая  с 
дымовыми газами 
Теплота,  отводимая  в 
конденсаторе 
Выработанная 
электроэнергия, 
отпус-
каемая на сторону 
Потеря 
теплоты 
в 
деаэраторе 
Прочие потери 
Q
T
=73380,6 
 
Q
СУ
=2201,4 
 
Q
G
=32179,6 
 
Q
K
=89111,7 
 
N=80000 
 
 
Q
Д
=1164 
 
1294 
26,2 
 
0,8 
 
11,5 
 
31,9 
 
28,6 
 
 
0,4 
 
0,46 
 
 Всего 
279330,7 
100 
 
Всего  
279330,7 
100 
  
 
 Таблица 3. Энергетические характеристики энергоблока 
№ 
п/п 
           Наименования  
Обозна
чение  
Е
д.изм. 
    
Величина  
1 
2 
 
3 
4 
 
5 
6 
7 
 
 
 
 
 
8 
 
9 
 
10 
 
11 
Расход пара на турбину 
Тепло, 
расходуемое 
на 
выработку 
электророэнергии 
Тепло, отпускаемое потребителям 
Тепло,  отводимое  к  циркуляционной  воде  в 
конденсаторе 
Теплота регенерации 
Неиспользуемое в котле тепло 
Расход электроэнергии на собственные нужды: 
- на тягу и дутье 
- циркуляционные и конденсатные насосы 
- питателные насосы 
- сетевые насосы 
- итого собственных нужд  
КПД по отпуску электроэнергии 
 
КПД по отпуску тепла 
 
Удельный 
расход 
у.т. 
на 
отпускаемую 
электроэнергию 
Удельный расход у.т. на отпускаемое тепло 
D
0
 
Q
Э
 
 
Q
Т
 
Q
К
 
 
Q
R
 
Q
G
 
 
N
ТД 
N
ЦН 
N
ПН 
N
СУ 
N
СН 
N 
 
Q 
 
b
N 
 
b
Q 
Кг/с 
кВт 
 
кВт 
кВт 
  
кВт 
кВт 
 
кВт 
кВт 
кВт  
кВт 
кВт 
 
 
 
 
89,126 
171496,4 
 
73380,6 
89111 
 
22695,04 
32179,6 
 
3208,5 
1386,1 
2284,6 
1411,7 
8290,9 
 
0,37 
 
0,86 
 
0,332 
0,143 
 
После  этого  была  проанализирована  эксергетическая  эффективность  работы  энергоблока. 
Химическая эксергия топлива была равна 279330,8 кВт. 
Результаты  расчетов  эксергетического  баланса  и  эксергетических  характеристик  энергоблока 
показаны в таблицах 4 и 5.  
 
Таблица  4. Результаты расчетов эксергетического баланса энергоблока 
                                       Вход 
                      Выход 
№  п/п 
Наиме
новани
е 
Кол-во, 
кВт 
% 
№ 
п/п 
           Наименование  
Кол-во, кВт 
% 
 1 
Эксерг
ия 
природ
-ного 
газа 
Е
о
= 
279330,8 
100 
1 
 
 
2 
 
 
3 
 
Потеря  эксергии  с  ух.газами  в 
окружающую  среду,  от  хими-
ческой неполноты сгорания 
Потери 
эксергии 
от 
неравновесных  процессов  горения 
и теплообмена в котле 
Потери 
эксергии 
от 
неравновесного расширения пара в 
D
G
=32179,6 
 
 
D
ГТ
=121962 
 
 
D
ТГ
=11753,4 
 
11,5 
 
 
43,7 
 
 
4,2 
 

261 
 
 
4 
 
5 
 
6 
 
7 
 
8 
 
9 
 
 
 
 
10 
турбине 
Потери эксергии от теплообмена в 
деаэраторе 
Эксергетическая 
производи-
тельность по отпуску теплоты 
Потери 
эксергии 
в 
сетевой 
установке 
Потери эксергии в конденсаторе 
Потери  эксергии  на  трения  в 
турбине 
Эксергетическая 
производи-
тельность 
по 
выработке 
электроэнергии 
 В.т.ч  эксергия  электроэнергии  на 
собственные нужды 
Прочие потери 
 
D
Д
 =2187 
 
E
Q
=15492,2 
 
D
СУ
=8341,95 
 
D
К
 =3499,4 
 
D
ЭМ
 =2400 
 
N
r
=80000 
 
 
N
СН
 =8290,9 
 
1515,3 
 
0,8 
 
5,5 
 
3,0 
 
1,2 
 
0,9 
 
28,6 
 
 
2,9 
 
0,5 
 
      
Всего  
279330,8 
100 
 
  Всего  
279330 
100 
Таблица 5. Эксергетические характеристики энергоблока (результаты расчетов) 
 
№ п/п 
  
               Элементы энергетической установки 
Эксергетический  
КПД 
Относительные 
потери эксергии 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
Котельный агрегат 
Турбогенератор 
Конденсатор 
Сетевая установка  
Питательные насосы  
Циркуляционные и конденсатные насосы 
Тяговые и дутьевые вентиляторы 
Деаэратор 
Вспомогательное оборудование  
0,45 
0,83 
0,025 
0,65 
0,71 
0,72 
0,64 
0,78 
0,5518 
0,0507 
0,0125 
0,0299 
0,0058 
0,0036 
0,0073 
0,0078 
0,0054 
 
 
9 
10 
11 
12 
                                   Итого  
                          Полезная работа  
Электроэнергия, расходуемая на собственные нужды 
Эксергия, передаваемая к сетевой воде 
Электроэнергия, передаваемая в сторону  
Суммарная электроэнергия 
 
 
0,0297 
0,052 
0,257 
0,286 
0,6748 
13 
 
14 
Суммарный  эксергетический  КПД  энергоблока  по 
отпуску электроэнергии и тепла 
Суммарный  эксергетический  КПД  энергоблока  (без 
электроэнергии на собственные нужды)  
0,312 
 
0,341 
 
 
По  результатам  выполненных  расчетов  можно  заключить,  что  наибольшие  потери  эксергии  в 
окружающую среду, т.е. оказывают техногенную нагрузку на природную среду, в первую очередь, сам котел 
из-за неравновесных процессов горения и теплообмена (43,7%), а также  отходящие газы (11,5%). Поэтому 
оптимизационные  инженерно-технологические  решения  должны  быть  связаны,  прежде  всего,  с  этими 
структурными элементами. 
 
Литература 
1.
 
Джефферс Дж. Введение в системный анализ: применение в экологии. – М.: Мир, 1981. – 256 с. 
2.
 
Воробьев  О.Г.,  Реут  О.Ч.  Геотехнические  системы:  генезис,  структура,  управление.  - 
Петрозаводск:   ПетрГУ, 1994. - 84 с. 
3.
 
Оценка  и  управление  техногенной  нагрузкой  химических  предприятий  на  природную  среду  / 
Балабеков О.С., Бахов Ж.К., Воробьев О.Г., Шакиров Б.С. – Алматы: 2002. - 201 с. 
4.
 
Кириллов  В.М.,  Воробьев О.Г.  Методология  инженерно-экологической  оценки  промышленных 
объектов. – М.: ВИНИТИ, 1991. – 200 с.  
5.
 
Моисеенкова Т.А. Эколого-экономическая сбалансированность промышленных узлов. - Саратов: 
СГУ, 1989. - 216 с. 
6.
 
Бродянский  В.М.,  Фратшер  В.,  Михалек  К.  Эксергетический  метод  и  его  приложение.  –  М.: 
Энергоатомиздат, 1988. 

262 
 
7.
 
Кириллов  В.М.,  Воробьев  О.Г.  Экологический  анализ  химической  технологии  //  Химическая 
промышленность, 1989, №1. - С.68-71. 
 
 
UDK 51 
 
АДАМ ЭКОЛОГИЯСЫНЫҢ ПАЙДА БОЛУЫН ТҤСІНДІРЕ ОТЫРЫП  ОҚУШЫЛАРҒА 
ЭКОЛОГИЯЛЫҚ БІЛІМ МЕН ТӘРБИЕ БЕРУ 
 
Қожахметова А.Қ. 
«Ӛрлеу» БАҦО АҚФ ОҚО ПҚБАИ, Шымкент, Қазақстан 
 
           Қоршаған  ортаға    адам  әрекетінің  басымдылығы  мен    ғылыми-техниканың  жедел  дамуына 
байланысты ХХ ғасырдың орта шенінен бастап, географиялық ортаның кҥрт ӛзгеруі  – экология терминіне 
жаңаша  ғылыми  кӛзқарас  қалыптастырады.  Ғылымның  барлық  салаларының  қарқынды  дамып, 
жетістіктерге жетуі – қоршаған ораның ӛзгерісіке ҧшырауы кең етек жая бастады. Соңғы он жылдың ішінде 
экология  ғылымының  жаңа  қҧрылымы  басталды.  Бҥгін  кҥрт  ӛзгерген  экологиялық  мәселелерді  шешуде 
адамның  ӛзі  жасап  отырған  кҥрделі  ғылыми  жетістіктерін  ендігі  жерде  табиғи  ортаны,  адам  баласының 
болашағын сақтау, табиғатты қорғау және тиімді пайдалану ҥшін керек. Себебі, адам мен қоршаған ортаның 
арасындағы 
байланыс 
ХХ 
ғ. 
ортасына 
дейін 
ғылымда 
қарастырылмаған. 
         Ғылыми  тҧрғыдан  адам  экологиясын  зерттеу  кейінгі  жылдары  ғана  қолға  алынды.  Себебі  қоршаған 
табиғатының  бҧзылуы  адам  баласының  денсаулығына  зиян  әкелгендігі  анықталды.  Адам  –  табиғаттың 
туындысы, онсыз ӛмір сҥре алмайды. 
         Адам экологиясын ғылыми тҧрғыдан қарастыруға, оны зерттеуге ҥлкен әсер еткен ХХғ. ӛмірге келген 
«қоршаған орта тҥсінігі». Соның нәтижесінде адамның ӛмір сҥріп жатқан жері, оның ҥйі, сол ҥйдің тҧрақты 
таза  болуы  адамға  байланысты.  Егер  оны  адам  қорғамаса,  жағдай  жасамаса,  онда  ертең  қҧлауы  мҥмкін. 
        Соңғы кездерде орта жағдайына болжам жасайтын ғылыми орталықтардың пайда болуы, қалыптасқан 
экологиялық  мәселелерге  бақылау  жасау,  баға  беру  және  толық  кешенді  болжам  жасауға  мҥмкіндік  беріп 
отыр.  Кезіндегі  «Ноосфера»  ҧғымы  бҥгінгі  кҥні  «нооэкология»  ҧғымына  айналды.  Ноэкологияны  грек 
тілінен  аударсақ,  «Ноо  –  ақыл  ой,  адамның  рухани  байлығы,  кҥші»  деген  мағынаны  білдіреді.  Ал, 
литосфера,  гидросфера,  атмосфера,  биосфера  деген  бірін-бірі  толықтырушы,  кҥрделі  байланыстағы  – 
географиялық  орта  –  табиғаттың  бҥкіл  қалыптасуы  осы  ортада  жҥреді.  Аталған  табиғи  ортаны  адамның 
ақыл-ойы арқылы басқаруын В. И. Вернадский – «ноосфера» деп, терминді тҧжырымдаған болатын. Кейінгі 
экология  ғылымының  қалыптасуына,  дамуына  байланысты  ноосфера  –  нооэкология  деп  орынды  аталып 
жҥр. 
        Адам  –  биоәлеуметтік  тіршілік  иесі,  яғни  табиғаттан  пайда  болып,  соның  ішінде  ӛмір  сҥреді,  есейеді, 
қартаяды, аяғында табиғаттың заңдылығына сай ӛледі. Бірақ осы аралықта ӛмір сҥру деңгейінің табиғатты 
(қоршаған ортаны) ӛзгерте алады. Яғни, табиғатты кӛркейтетін де қҧртатын да  адам баласының іс-әрекеті 
екені  сӛзсіз.  Шӛлді-шӛлейтті  жерлерді  бау-бақшаға,  жазық  даланы  қалаға  айналдыруы  мысал  бола  алады. 
          Адамдар  табиғатты  осылай  ӛзгерте  отырып,  әрекетінен  пайда  болған  ерекше  жаңа  қоршаған  ортаны 
қалыптастырады.  Сол  ортаның  адам  ӛміріне  қолайлы  не  қолайсыз  әсер  ету  деңгейін  «Адам  экологиясы» 
зерттейді. 
        Адамдарға  табиғи  ортадан  басқа  әлеуметтік  –  мәдениеттілік  ортасы  да  қажет.  Себебі,  адам  ӛткен 
ӛмірінің  тарихын  білмей  болашағы  болмайды.  Осының  нәтижесінде  экология  және  мәдениет  проблемасы 
пайда  болды.  Біздің  тҥсінігіміздегі  жақсы  және  жаман  деген  идеяларымыз  адамгершілік  негізіне  жатады. 
Бҧл  жердегі  адамгершілік  принцпінің  ӛзі  қҧқықтық  заңдармен,  халықаралық  қҧқықтармен  негізделген. 
Бҧның 
ӛзі 
экология 
және 
қҧқық 
арасындағы 
байланысқа 
жатады.  
         Қазіргі  кездегі  экологиялық  проблема  сыртқы  саясаттың  кҥрделі  элементіне  айнала  бастады.  Сол 
себепті  де  экология  және  саясат  кейбір  жағдайларда  бӛлінбейтін  жағдайға  жетті.  Суды  қорғау,  қышқыл 
жауындардан орманды қорғау проблемаларын ӛкімет басшылары талқылауда. Қазіргі таңда Каспи теңізінің 
ӛсімдіктер    мен  жануарлар  дҥниесінің  тіршілік  етуіне,  кӛбеюіне  антропогендік  факторлар  кері  әсерін 
тигізуде. 
        Осындай ҧдайы ӛзгеріске ҧшырап отыруы орта факторын тиянақты, тыңғылықты классификациялауда 
қиындық туғызады. Бҧларды ҧдайы анықтап отыратын әдіс – динамикалық классификация әдісі. Бҧл пәнді 
игеруде  ӛте  терең  білім  қажет  –  ол  ҥшін  мектеп  оқушылары  математиканы,  физиканы,  химияны, 
биологияны  жақсы  білу  керек.  Бҧл  пәндерге  де  Қазақстан  Республикасының  Білім  және  ғылым 
министрлігінің  жоғары  мемлекеттік  стандарттарына  сәйкес  кӛңіл  бӛлініп,  белгіленген  мӛлшерде  сағат 
бӛлініп отыр. 
 Қазақстан Республикасы ҥшін  ҥлкен мәні бар принциптар: 

 
қазіргі  және  болашақтағы  ҧрпақтардың  ӛмір  сҥруіне  қажетті  ӛнімдермен  қамтамасыз  ету  және 
оның қорын сақтау; 

 
биотехнологиялық тҧрғыдан ойластырылған, қалдықтан – қалдықсыз ӛнім шығаруға кӛшу;  

263 
 

 
біртіндеп  органикалық  отынмен  жҧмыс  істейтін  энергетика  ӛнеркәсібінен  қолайлы  немесе 
дәстҥрлі емес энергния алу кӛздеріне ӛту, пайдалану; 

 
табиғатты қорғаудағы әкімшілік, экономикалық және қҧқықтық әдістерді жақсарту; 

 
биосфераның кӛптҥрлілігін сақтау, қорғау бағытында жҧмыс істеу; 

 
экологиялық мәдениеттілік кодексін тиянақты, бҧзбай сақтау. 
Қазіргі  кезде  адамның  шаруашылықты  ҧйымдастырудағы  әрекеті                табиғат  байлығын  
таусылмайтын  қҧнсыз  зат  деп  қарауы,    тез  арада  сол  жерден  пайда  тауып,    ысырап  жасауы.  Біз  табиғат 
байлықтарын (мҧнай, элекрт энергиясы, су, отын тҥрлері т.б.) осы қарқында пайдалана берсек, онда біздің 
болашағымыздың кҥні не болмақ? 
  Кез  келген  экологиялық  мәселелерді  шешу  ҥшін,  адамдардың  әрекетімен  болып  жатқан  ғылыми 
жетістіктердің барлығын болашақ ҧрпақтың сақталуына, денсаулығына, болашағына тҧжырымдама беретін-
адам экологиясы.  
 Бҥгін  кҥрт  ӛзгерген  экологиялық  мәселелерді  шешуде  адамның  ӛзі  туындатып  отырған  кҥрделі 
ғылыми  жетістіктерін  ендігі  жерде  табиғи  ортаны,  адам  баласының  болашағын  сақтау  ҥшін,  табиғатты 
қорғау және тиімді пайдалану керек. 
 Сонымен  қатар,  қоршаған  орта  адам  денсаулығына  да  әсерін  тигізеді.  Ауаның  тазалығы,  қоршаған 
ортаның басқа  қҧрам бӛліктеріндегі тепе-теңдіктің сақталуы адамның жҧмыс қабілетіне, ҧзақ ӛмір сҥруіне 
жағдай  жасайды.  Қазіргі  кезеңде  ғылым  мен  техниканың  ӛркендеуінің  нәтижесінде  адамның  қоршаған 
ортаға  ықпалы  артты.  Мҧндай  ықпалдың  зиянды  жақтарының  бірі  –  адам  денсаулығына  әсері.Іс  жҥзінде 
қоршаған  ортаның  радиоактивтік,  химиялық  заттармен  ластануының  әсерінен  адам  тәнінде  тектік  және 
хромосомдық  ӛзгерістердің  пайда  болуы,  сонымен  бірге  ӛсімдіктер  мен  жануарлардың  қҧри  бастауы 
адамзатқа  тӛнген  қауіптің  зор  екендігінің  айқын  айғағы.  Осындай  генетикалық  ӛзгергіштіктердің 
салдарынан  мысалы,  ҧрықтанған  жҧмыртқа  жасушаларының  50%-і  ӛледі,  немесе  олардан  пайда  болған 
организмдер артына ҧрпақ қалдыра алмайды. Гентикалық зардаптар дене мҥшелеріндегі әр тҥрлі ӛзгерістер 
және  психологиялық  кеселдер  тҥрінде  пайда  болады.  Осындай  зардапқа  душар  болған  балалардың 
балалардың – 10 пайызы, яғни әрбір 1 млн баланың – 100 мыңы кеміс болып туылады екен. 
Сондықтан  табиғи  қорларды  сарқылтпау  ҥшін  қалпына  келмейтін  табиғат  байлықтарын  тиімді 
пайдалануға,  шикізаттың,  отынның,  қуаттың  жаңа  кӛздерін  іздеуге  барлық  кҥш  жҧмылдыруда.  Бҧл 
шараларды  іске  асырудың  маңызды  жолдары  –  басқа  шикізат  тҥрін  кеңінен  қолдану  және  қалдықсыз 
пайдалану. 
Қоршаған  ортаны  қорғау  –  мемлекетаралық,  мемлекеттік  маңызды  жайт  екені  дау  тудырмайтын 
мәселе.  Табиғатты  қорғау,  қоршаған  орта  тазалығы  ҥшін  кҥрес,  табиғат  байлығын  ҧқыпты  пайдалану 
мәселелерін мемлекеттік саясат деңгейінде қарастыру әбден заңды да. 
Табиғат қорғау проблемасын іс жҥзінде шешудің негізгі бір мақсаты жастарды туған жерге, Отанға, 
табиғатқа  деген  сҥйіспеншілікке  тәрбиелеу.  Табиғатты  қорғау  мәселесі  педагогикалық  мәселелердің  бірі. 
Педагогика  ғылымының  негізгі  міндеті  оқыту,  білім  беру,  тәрбилеу  және  жеке  басы  қасиеттерін 
қалыптастыру. 
  Экологиялық  тәрбие  -  бҧл  адамдардың  сезіміне,  санасына,  кӛзқарастарына  әсер  ету  әдістері. 
Ол  азаматтардың  саналық  деңгейінің  артуына,  табиғатқа  қарым-қатынасының  ӛзгеруіне,  табиғат 
ресурстарына ҧқыптылықпен, ҥнемшілікпен қарауға, оның жай-кҥйіне жаны ашып қарауға, табиғи 
ортада ӛзін ӛнегелі ҧстауға әсер етеді. 
Оқушыларға  экологиялық  білім  мен  тәрбие  беру  -  олардың  тіршіліктану  жӛніндегі  сауатын  ашуға 
қажет және қоршаған ортаны сақтауда маңызы зор екенін білесіздер. Сондықтан да мектеп оқушыларының 
экологиялық білімдерін бастауыш сыныптан қалыптастырып, жо5ары сыныптарда  
экологиялық  білім  мен  тәрбие  беруге,  барлық  адамдардың  экологиялық  деңгейі,  соны  ҧғынуы  мен  білім 
дәрежесінің  жоғары  болуларына  әсер  етіп,  қордағы  басылымдардың  бар  тҥрін  кеңінен  пайдалана, 
оқырмандардың экологиялық ақпараттандырылуын қанағаттандыра білу педагогтердің міндеті. 
Адам  табиғатқа  мейірімділікпен,  сҥйіспеншілікпен,  қамқорлықпен  қарап,  ҥйлесімділік  сақтағанда, 
адамзат баласы ҥшін табиғат – кең сарай, мәңгі тозбас қҧтты қоныс болады. Жер бетіндегі барлық тіршілік 
атаулы табиғат-анаға қарыздар. Сондықтан да Табиғатқа немқҧрайды  қарау, онымен санаспау  – ана сҥтін 
ақтамағанмен тең. Адам баласы Табиғаттың ең ҧлы перзенті болумен бірге, ең ҧлы қамқоршысы да екенін 
ешқашан естен шығармауымыз керек. 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 532.543 
 

264 
 
МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 
ОРОСИТЕЛЬНОЙ ВОДЫ В СИСТЕМЕ ОТКРЫТЫЙ КАНАЛ – ПОРИСТАЯ СРЕДА  
 
Нысанов Е.А., Джолдасова М.С. 
Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауэзова, Шымкент, Казахстан 
 
Түйін 
      Бұл  мақалада  ашық  ағымның  ылғалдың  тарқалуына  әсерінің  математикалық  моделі  құрылған 
және осы моделді пайдалана отырып есептеу жұмыстары орындалған. Екі процесстің (ашық ағым және 
ылғалдың топырақтағы тарқалуы) ӛзара әсері канал түбіндегі шекаралық шарт арқылы есепке алынған. 
 
Summary 
         In  this  article  the  mathematical  model  of    interaction  of  a  superficial  open  stream  and  distribution  of  a 
moisture is developed. Thus  interaction of  two processes (current of water in open channels and distribution of a 
moisture to a ground) is taken into account through a boundary condition at the bottom of the channel.  
 
В практике часто приходится сталкиваться со случаями, когда во входном створе канала увеличивают 
отметку  уровня  воды 
H
.  Такого  рода  изменения 
H
  обуславливается  изменением  степени  открытия 
водопропускных  затворов.  Поэтому  в  данной  статье  решается  следующая  задача.  В  открытом  канале 
равномерно  движется  поток  с  постоянной  глубиной  (отметкой  уровня) 
0
H
    и  средней  скоростью 
0
U
. 
Предполагается,  что  горизонт  воды  во  входном  створе  (х  =  0)  изменяется  по  известному  закону  с 
отметки
0
H
    до  отметки 
0
0
a
H
  (
0
a
  -  степень  открытия  затвора),  которая  в  дальнейшем  сохраняется 
постоянной. Изменение происходит за счет увеличения (
0
a
>0) степени открытия водопропускных затворов. 
Необходимо определить изменение глубины потока 
H
(х, t) и средней скорости 
)
,
( t
x
U
 в других створах 
при  различных  моментах  времени,  а  также  время  добегания  изменения 
0
a
    на  заданное  расстояние  при 
фильтрации с целью рационального использования оросительной воды. 
      Поставленная  задача  решается  исходя  из  модели  нестационарного  течения  открытого  потока  с 
учетом фильтрации, построенная на уравнениях Сен-Венана, которые имеют вид [1,2]:  
                            
;
)
(
2
2
0
q
U
R
C
U
g
x
H
i
g
x
U
U
t
U
 
                            
;
q
x
Q
t
 
где 
g
 - ускорение свободного падения; 
0
i
 - уклон дна канала; 
C - коэффициент Шези; 
R
 - гидравлический радиус; 
 - площадь живого сечения потока; 
Q
 - расход воды; 
q
 - потеря воды за счет фильтрации на единицу длины канала; 
t
 - время; 
x
 
- координатная ось, направленная вдоль канала. 
Остановимся на параметрах, входящих в систему уравнений (1). Процесс рассматривается в каналах 
различной  формы  (прямоугольной,  трапецеидальной,  параболической)  поперечного  сечения  для  отрезка 
L
x
0
,  L-длина  канала  с  целью  определения  наилучшей  формы  поперечного  сечения  (при  равных 
площадях),  в  смысле  быстрого  добегания  данного  изменения  во  входном  створе  на  заданное  расстояние. 
Используя известные соотношения для основных характеристик открытого потока, имеем [3]: 
                                  
,
;
;
;
;
V
q
R
x
H
B
x
t
H
B
t
U
Q
 
здесь B- ширина потока по верху; 
          
- смоченный периметр канала; 
          V- скорость фильтрации на дне канала: 
   
0
K
V
 для больших каналов; 
   
t
V
V
1
 для малых каналов; 
(1) 
 

265 
 
где 
0
K
- коэффициент фильтрации; 
1
V
 
-Скорость впитывания за первую единицу времени; 
изменяется от ¼  (сильно водопроницаемые почвогрунты) до ¾ (слабопроницаемые почвогрунты). 
      Далее приведем гидравлические элементы поперечного сечения каналов. Трапецеидальная форма 
поперечного сечения: 
                      
,
2
;
1
2
;
)
(
2
mH
b
B
m
H
b
H
mH
b
 
где 
b
- ширина канала по дну; 
m=ctg - коэффициент заложения откосов; 
- угол наклона откосов. 
В  частности,  при  m=0  (
o
90
)  получаем  прямоугольную  форму  поперечного  сечения.  Для 
поперечных  сечений,  очерченных  по  квадратичной  параболе  с  уравнением 
py
z
2
2
  (p-  размерная 
линейная величина и называется параметром параболы), имеем:  
,
)
2
1
2
ln(
)
2
1
(
2
;
2
2
;
3
2
P
PH
B
BH
 
 
где 
P
H /
. 
  Из существующего большого количества формул для коэффициента Шези, в практике наибольшее  
распространение получила формула Павловского,  которая имеет вид: 
                        
0
0
1
n
R
m
C
, 
здесь  
0
m
- коэффициент шероховатости; 
.
13
,
0
)
1
,
0
(
75
,
0
5
,
2
0
0
0
m
R
m
n
 
В частности, при  
6
/
1
0
n
, получим формулу  Маннинга. 
  Таким  образом,    используя  приведенные    соотношения  систему  уравнений  (1)  запишем 
относительно 
U
и H. В результате получим замкнутую систему уравнений: 
 
;
)
(
2
2
0
V
U
R
C
U
i
g
x
H
g
x
U
U
t
U
  
 
 
 
.
V
x
H
UB
x
U
t
H
B
 
Эта система  является  гиперболической  и имеет следующие характеристики [4]: 
 
.
;
B
g
U
dt
dx
B
g
U
dt
dx
 
Для  оросительных  каналов 
B
g
U
,    поэтому  обе  характеристики    «уходящие».  В  связи  с  этим  
систему уравнений (2)  решаем с начальными  и граничными условиями: 
            
0
0
,
H
H
U
U
 при 
,
0
t
;
0
L
x
   
 
            
)
(
),
(
1
1
t
H
H
t
U
U
 при x=0, t>0 
Изменение глубины потока  во входном створе (x=0)  задается  по следующему закону: 
   
)
1
(
)
(
0
0
0
1
t
e
a
H
t
H
 
где 
0
a
-  степень  открытия затвора; 
0
- степень быстроты открытия. 
Средняя  скорость 
)
(
1
t
U
    во  входном  створе  выражается  через 
)
(
1
t
H
  по  формуле  Шези.  Время 
добегания  данного  изменения  во  входном  створе  на  заданное  расстояние  определяется  из  решения 
следующей задачи: 
                                            
;
)
,
(
1
t
x
U
dx
dt
                     
                                             
,
0
)
0
(
t
 
     (2) 
   (3) 
(4) 

266 
 
здесь 
)
,
( t
x
U
 является решением задачи (2), (3).  
  Для  решения  задачи  (2),  (3)  сначала  нелинейные  члены      линеаризуем,  применяя  метод    простой  
итерации, затем перейдем  к безразмерным величинам и вводя вектор 
H
U
Y
,  запишем задачу в  векторно-
матричном виде 
                       
)
(
*
)
(
*
)
(
*
s
s
s
D
x
y
B
t
Y
A
     
                       
0
Y
Y
 при t=0, 
;
1
0
x
                       
                       
)
(
1
t
Y
Y
при x=0, t>0,      
где s=0,1,2,…- номер итерации. При s=0  выбирается  начальное значение неизвестных, т.е. при t=0. 
Краевая  задача  (5),  (6)    решается  методом  конечных  разностей.  При  этом  используем    двухслойную 
четырехточечную  неявную  схему    с  симметризованными  производными  [5].  Далее    решается  задача  (4) 
методом Рунге-Кутта четвертого порядка точности.  
      Для исследования течения фильтрационной воды в пористой среде используем теорию движения 
почвенной  влаги  при  неполном  насыщении,  в  которой  считают,  что  давление  и  коэффициент 
водопроницаемости  –  заданные  функции  насыщенности,  причем  движением  воздуха  пренебрегают.  При 
выводе  уравнения  для  насыщенности    грунта    влагой  (влажности)  исходят  из  уравнения  неразрывности, 
которое  выражает  тот  факт,  что  изменение  массы  жидкости,  вытекающей  в  единицу  времени  из 
элементарного объема, компенсируется изменением насыщенности внутри этого объема. Тогда уравнение, 
описывающее изменение влажности   для случая движения влаги вниз имеет вид [6]: 
                      
,
)
(
)
)
(
(
y
K
y
D
y
t
                                                   (7) 
здесь  - влажность пористой среды; 
D( )- коэффициент диффузии при влажности  ; 
K( )- коэффициент водопроницаемости при влажности  ; 
y- координатная ось, направленная со дна канала вертикально вниз. 
     При этом используется следующие соотношения: 
                      
3
0
0
0
)
(
K
K
 
 
 
где 
0
- количество связанной воды в единице объема пористой среды; 
- пористость грунта  
   
         
,
)
(
)
(
P
K
D
 
 
где P- давление воды в пористой среде, определяемое по зависимости 
                         
,
3
0
3
3
3
0
0
п
п
P
P
 
здесь  - удельный вес воды; 
 
0
P
- давление связанной воды при влажности 
0
 
  
п
-полная влагоемкость грунта. 
       Теперь  установим  начальные  и  граничные  условия  для  уравнения  (7).  В  начальный  момент 
времени влажность в пористой среде считаем известной 
              
0
 при t=0, 
h
y
0
, 
где h- необходимая глубина увлажнения. 
На дне канала считаем верным обобщѐнный закон Дорси, т.е. 
             
V
K
y
D
)
(
)
(
 при y=0, t>0. 
В конце длины распространения влаги вниз сохраняется начальная влажность 
        
 
0
 при y=y(t), t>0, 
причем длина распространения влаги вниз y(t) определяется из решения следующей задачи: 
(5) 
(6) 

267 
 
   
                    
;
V
dt
dy
 
   
                    
0
)
0
(
y
; 
                                 
.
)
(
0
h
t
y
 
Таким образом, уравнение (7) решаем с начальными и граничными условиями: 
                       
0
 при t=0, 
;
0
h
y
 
                     
V
K
y
D
)
(
)
(
 при y=0, t>0;                                       (8) 
                               
0
 при y=y(t), t>0. 
Краевая  задача  (7),  (8)  решается  методом  конечных  разностей.  При  этом  используем  двухслойную 
шеститочечную  неявную  схему  с  весами  [7].  Полученная  система  алгебраических  уравнений  решается 
методом прогонки. 
      Сопоставление  результатов  расчета  для  различных  форм  поперечных  сечений  (при  равных 
площадях) показывает, что наилучшим, в смысле быстрого добегания данного изменения во входном створе 
на  заданное  расстояние,  является  параболическая  форма  поперечного  сечения.  Для  трапецеидальных 
сечений  наилучшим,  в  смысле  быстрого  добегания  данного  изменения  является  сечение  с  условиями 
o
b
H
40
;
44
,
1
/
0
. 
С  уменьшением  коэффициента  шероховатости,  с  увеличением  уклона  дна  канала  потеря  воды  на 
фильтрацию уменьшается. Выявлено, что влажность изменяется с глубиной по параболе, что соответствует 
экспериментальным  исследованиям.  С  уменьшением  коэффициента  фильтрации  кривизна  параболы 
влажности увеличивается. С течением времени влажность становится более равномерным по глубине. 
 

жүктеу/скачать 5,62 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: