Файл: Климентов П.П. Динамика подземных вод учеб. для геологоразведоч. техникумов.pdf

учет осуществляется путем задания начальных условий. Расчеты начального положения уровня осуществляются по формулам уста­ новившегося движения естественных потоков подземных вод, отве­ чающим конкретной природной обстановке (см. гл. IV и V).

ПОДПОР ГРУНТОВЫХ ВОД В УСЛОВИЯХ УСТАНОВИВШЕЙСЯ ФИЛЬТРАЦИИ

При получении расчетных формул для стационарного подпора широко используются решения для установившейся филь­ трации естественных потоков, рассмотренные в главах IV и V. При этом основной задачей является определение положения новой депрессионной кривой, формирующейся в результате подпора. Для этого проводится определение ординат кривой депрессии в задан-

Рис. 90. Расчетная схема подпора в междуречном

ных сечениях потока ух (при этом х отсчитывается обычно от на­ чального сечения потока, принимаемого на урезе водохранилища) или величины повышения уровня грунтовых вод zx в соответствую­ щих сечениях потока (рис. 90).

Для определения ординат стационарной кривой подпора можно использовать соответствующие рассматриваемым природным усло­ виям расчетные формулы естественных потоков подземных вод, в которые вместо естественных уровней на границах потока следует подставлять уровни, соответствующие условиям запроектированно­ го подпора. При этом условия фильтрации при подпоре должны от­ вечать полностью принятой расчетной схеме и следующим из нее зависимостям. Например, пусть требуется определить стационарное положение кривой подпора в пределах междуречного массива с резкой сменой коэффициента фильтрации в горизонтальном на­ правлении, при изменении уровней воды на обеих его границах в условиях, отображенных на рис. 90.

Учитывая, что при подпоре остается справедливой схема филь­ трации воды через междуречье с резкой сменой коэффициента

фильтрации по пути движения (кривая подпора при W= 0 не мо­ жет оказаться в пределах толщи покровных отложений, что приве­ ло бы к изменению условий фильтрации по сравнению с существо­ вавшими до подпора), для определения ординаты кривой можно воспользоваться соответствующими формулами, полученными для естественного потока в междуречье.

По формуле (Ѵ,47) необходимо сначала определить мощность потока г/s в условиях подпора в месте сочленения различных по во­ допроницаемости участков междуречья:

Уs: ■ /

k ll2-\-k2ll

Теперь, располагая значением г/s, можно определить мощность потока при подпоре в любом сечении у%на обоих его участках, для чего следует воспользоваться формулой (IV,13) для однородного пласта, с заменой в ней значений hx, hu h2 на ух>ух и у2. Все обоз­ начения ясны из рис. 90.

Для прогноза подпора получены также специальные решения, в которых учитывается первоначальное положение кривой депрес­ сии hx и определяется величина повышения уровня в результате подпора гх. Эти решения наиболее часто получаются на основе со­ поставления депресеионных кривых, имеющих место до и после подпора [5, 22, 56].

Покажем принцип получения решения на примере определения стационарного подпора в однородном грунтовом потоке с горизон­ тальным залеганием водоупорного ложа. Решения для других схем приводим в готовом виде, отмечая лишь особенности условий их получения и использования.

Стационарный подпор грунтовых вод в однородных пластах с горизонтальным водоупором

Для условий однородного горизонтального пласта реше­ ние о стационарном подпоре грунтовых вод получено Г. Н. Камен­ ским. Для естественных условий при установившейся фильтрации единичный расход потока q\ при мощности потока в его сечениях h\ и h2 (рис. 91) по формуле Дюпюи (IV,9) запишется в виде:

Строительство плотины в речной долине вызовет подъем гори­ зонта воды в водохранилище на высоту z \ (см. рис. 91). Указанный подъем горизонта воды обусловит повышение уровня в грунтовом потоке на некоторую высоту z2. Таким образом, через какое-то время, после стабилизации поток будет иметь новое положение де-

прессионной кривой с ординатами {h\ + Z\) в первом и (h2 + z2) во втором сечениях. Уравнение расхода для таких условий имеет вид:

Подпор приведет к изменению расхода грунтового потока. Од­ нако при больших водосборных площадях и относительно неболь­ шом подпоре по сравнению с положением уровня грунтовых вод на водоразделе или же при наличии водонепроницаемых пород в зоне

Скв.59 2 ЕкВ.58

Рис. 91. Схема подпора грунтовых вод при гори­ зонтальном водоупорном ложе

аэрации нередко принимается равенство расходов потока до и пос­

Из приведенного уравнения (VI 1,5) можно получить величину подпора z2 в рачетном сечении. Считая это расчетное сечение рас­ положенным на расстоянии х от начального сечения (урез реки) и обозначая h2 через hx, {h\ + z{) через у\, а (h2 + z2) через у2 полу­ чим более общее выражение для определения мощности потока при подпоре Ух в любом произвольно взятом сечении:

Расчеты подпора грунтовых вод ведутся обычно по створам, за­ ложенным нормально к урезу водохранилища. Положение уровня воды в скважинах створа до подпора используется для определения

исходного положения кривой депрессии (для определения /іх во всех представляющих интерес сечениях). Затем при известной ве­ личине горизонта воды в водохранилище у\ (НПГ) по формуле (VI 1,6) определяется мощность потока при подпоре в ближайшем к водохранилищу сечении г/х=х,, после чего это сечение принимает­ ся за исходное и определяется мощность потока в следующем сече­ нии рх=х2. Таким образом выполняется расчет для всех остальных сечений створа.

Рис. 92. Схема подпора грунтовых вод в между­ речном массиве

В более общем случае, когда подпор вызывается изменением уровня воды на обеих границах потока (рис. 92), решение получа­ ется аналогично изложенному на основе сопоставления уравнений кривой депрессии до и после подпора и использования принципа наложения течений. Рассмотрим подпор в условиях междуречья, когда на одной границе уровень изменяется с h\ до у\, а на дру­ гой — с h2до у2 (рис. 92).

Положение кривой депрессии в междуречном массиве при нали­ чии инфильтрации (1^>0) и горизонтальном водоупоре отпределяется уравнением (IV,76);

Аналогично для кривой депрессии после подпора имеем:

Вычитая одну формулу (VII,7) из другой (VII,8), получаем рас­ четную формулу для определения ух:

Важно отметить, что в расчетную формулу (VII,9) не входит не­ посредственно величина инфильтрации W, однако ее влияние учте­ но в исходных уровнях первоначальной депрессионной кривой (hu hx, h2) . Полученное решение, как уже отмечалось, является наибо­ лее общим. Из него могут быть найдены многие частные решения, в том числе и для потока, у которого величина расхода не меняется в результате подпора, что уже было рассмотрено выше.

Если при подпоре депрессионная кривая пересекает то или иное понижение в рельефе местности (овраг, балка), которое до подпора не могло служить дреной вследствие своего более высокого поло­ жения, то в расчетах подпора оно должно учитываться как дрена со значением мощности потока в сечении этого понижения при под­ поре у2, определяемым положением его тальвега над водоупором. В таких природных условиях расчеты подпора выполняются с ис­ пользованием приведенной формулы (VI 1,9) отдельно на участке между левой рекой и местным понижением и на участке от этого понижения до правой реки. Для выполнения расчетов должна быть точно известна первоначальная мощность потока в сечении, отве­ чающем расположению понижения (см. рис. 89 и 93). На участке между понижением и правой рекой это понижение рассматривает­ ся как начальное сечение.

L \ - 2

Если на правой границе не происходит изменения уровня воды в реке (река принадлежит другой системе, либо не реагирует на подпор), т. е. y2 = h2 то расчетная формула для подпора еще более упрощается. Из формулы (VII,9) при г/2 = /г2, найдем: