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

При рассмотрении фильтрации воды из каналов выделяют три стадии: 1) смачивания породы (впитывание воды в сухую поро­ ду под действием силы тяжести и капиллярных сил); 2) капилляр­ но-грунтового потока (с момента смыкания фронта просачиваю­ щейся воды с капиллярной каймой над грунтовыми водами) и 3) сплошного потока грунтовых вод (с момента подпора фильтру­ ющихся из канала вод грунтовым потоком) [70]. С точки зрения практической оценки фильтрационных потерь первые две стадии объединяют в одну, называемую стадией свободной фильтрации, когда вследствие просачивания воды из канала происходит промачивание пород зоны аэрации, в отличие от второй стадии — несво­ бодной или подпертой фильтрации, когда движение воды из кана­ ла происходит в условиях взаимодействия с естественным грунто­

канала, глубиной залегания грунтовых вод, водопроводимостью пород зоны аэрации. Для кратковременно работающих малых ка­ налов характерна первая стадия. Для большинства оросительных длительно действующих каналов характерна вторая стадия. При этом для каналов первой группы фильтрационные потери зависят от проходящего по ним расхода воды; для длительно действующих каналов потери определяются режимом грунтовых вод и почти не зависят от величины пропускаемого по ним расхода. Режим фильт­ рации вод из канала при второй стадии в общем — неустановившийся, однако со временем возможна стабилизация потока, при которой расход и уровни потока принимают предельные свои зна­ чения (расходы минимальные, уровни максимальные).

Расчеты фильтрационных потерь из каналов проводятся в зави­ симости от стадии фильтрации, положения уровня подземных вод, литологических особенностей подстилающей толщи пород и условий работы канала. Детальное освещение методов расчета фильтраци­ онных потерь из каналов приведено в следующих работах [32, 70, 71].

Ниже рассмотрены только некоторые схемы расчетов, наиболее часто применяющиеся на практике.

Расчеты свободной фильтрации (промачивание пород зоны аэрации)

Однородная толща. При получении решения учитывает­ ся неустановившийся характер движения фильтрационного потока, преобладающая вертикальная фильтрация с учетом бокового рас­ текания путем введения расчетной ширины потока B = B0+Aho, дей­ ствие капиллярных сил, однородное строение пород зоны аэрации [32]. Расчетная схема вертикально нисходящей фильтрации показа­ на на рис. 167, откуда ясны и все принятые обозначения.

Время промачивания пород под каналом t на любую глубину у, отсчитываемую от дна канала, определяется по формуле:

ц — недостаток насыщения; /гк— капиллярное давление, определя­ емое по данным, приведенным на стр. 381).

Во/ho

В

растекания

При у — т, где т — превышение дна канала над свободной по­ верхностью грунтовых вод или относительным водоупором, по фор­ муле (XII,1) определится /о — продолжительность периода насыще­

где В — расчетная ширина, которая с учетом бокового растекания определяется как B = Bo+Aho (здесь В 0— фактическая ширина ка­ нала по урезу воды, А — коэффициент бокового растекания, опре­ деляемый из решения В. В. Ведерникова по графику, изображенно­ му на рис. 168, в зависимости от крутизны заложения откоса т' и

Во

отношения — ' a — коэффициент, учитывающий неустановившийся

По

характер фильтрации через величину у, так как a = ———— .

по -ц пк

Средний в течение всей стадии насыщения расход воды из кана­ ла определяется величиной

,[ітВ

Практика и конкретные расчеты показывают, что длительность пе­ риода смачивания to, как правило, несущественна, однако фильтра­ ционные потери на насыщение могут быть значительными [32].

верхнего слоя мощностью т.\ происходит за время t\, которое опре­ деляется по формуле (XII,1) при у = т 1. Расход воды q' при насы­ щении верхнего слоя в любой момент времени t< t і можно опреде­

ho -)- trii -p hK

Полная продолжительность стадии насыщения обоих слоев t0 определится из формулы (XII,4) при у2 = т2.

Фильтрационный расход из канала q' на единицу его длины можно определять по следующим формулам:

в любой момент времени (при t > tî)

, kiВ (1 -р ссг)

(XII,5)

^ki

ß+ Т-СС2

средний за весь период насыщения

Предельные значения фильтрационного расхода можно определять

пиллярного поднятия) [7]. В качестве зависимости, наилучшим об­ разом отражающей природу свободной фильтрации, им рекоменду­ ется формула H. Н. Павловского — H. Н. Веригина в следующем виде:

'BQ'

где kB— коэффициент водопроницаемости при полной влагоемкос­ ти пород с учетом защемленного в них воздуха, определяемый по данным впитывания воды на опытных площадках. Ориентировочно

где Wп — полная влагоемкость; 1Ѵмакс—-максимальная молекуляр­ ная влагоемкость, п — объемная пористость.

Расчеты подпертой фильтрации

Расчеты фильтрации из каналов в условиях взаимодей­ ствия фильтрующегося потока из канала и грунтовых вод выпол­ няются как по формулам установившейся, так и неустановившейся фильтрации. При этом, как уже отмечалось выше, расчеты по фор­ мулам установившейся фильтрации дают предельные значения фильтрационного расхода (в процессе развития фильтрации и фор­ мирования уровня этот расход будет больше, но постепенно он ста­ билизируется и принимает свое предельное, в данном случае мини­ мальное значение) и уровней (в процессе неустановившейся фильтрации и постепенного повышения уровня грунтовых вод под­ пор потока из канала увеличивается вплоть до сформирования сво­ ей предельной установившейся поверхности). В зависимости от конкретных гидрогеологических условий решения получают для схем полуограниченных и ограниченных потоков с различными гра­ ничными условиями. Для многих природных условий при этом ис­ пользуются полученные ранее решения для условий естественных потоков и их подпора.

Так, например, расчеты установившейся фильтрации из каналов при наличии вблизи них естественных понижений или специальных дрен, могут проводиться по обычным формулам Дюпюи. Например, для схемы, изображенной на рис. 171, расход воды из канала при симметричном расположении его относительно дрен с уровнями /гд

При несимметричном расположении дрен расход воды на фильт­ рацию определяется в каждую сторону дрены отдельно по формуле Дюпюи (IV,10). Некоторые решения, приемлемые для расчетов фильтрации из каналов при установившемся и неустановившемся режиме, приведены выше при рассмотрении фильтрации из водо­