Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

42. Гидрометрическая вертушка Жестовского ВЖМ-3

Скорость движения такого поплавка приблизительно равна скоро-

сти течения воды на глубине по1ружения глубинного поплавка.

Верхний поплавок лишь фиксирует положение глубинного. Поверх-

ностный поплавок изготовляют из пенопласта или пробки; глубин-

ный

—

из стеклянного шарика, целлулоидных пластин и других ма-

териалов.

Измерения скорости можно выполнить батометром и гидро-

метрической вертушкой при послойном измерении абсолютных

значений ее величин в потоке. Батометр Глушкова представляет

собой резиновый мешок вместимостью

л, в который через трубку

диаметром 6 мм поступает вода. Батометр тарируют и устанавлива-

ют зависимость между скоростью потока и количеством воды, по-

ступающей в мешок.

Измерение скорости потока в производственных условиях ча-

ще производят с помощью гидрометрической вертушки

Н.Е. Жестовского. Она состоит из корпуса со счетным механизмом,

лопастей и стабилизатора

V V V V Vr (Р

ис

- 42). Стабилизатор

- удерживает вертушку

против потока воды, а по

числу оборотов лопастей

с использованием тари-

ровочных таблиц судят о

скорости потока. С помо-

щью батометра и вертуш-

ки можно определять

скорости на разных глу-

Рис.

43.

Изотахи (V

—

скорости потока: бинах потока. Линии,

F- площади с равными скоростями) объединяющие точки по-

тока с равными скоростя-

ми,

называются изотахи (рис. 43). Зная скорости разных зон по-

тока и их площадь, можно с достаточной для решения практиче-

ских задач точностью рассчитать его расход.

112

4.1.7. ПОТЕРИ ВОДЫ НА ФИЛЬТРАЦИЮ

ИЗ КАНАЛОВ

Движение воды

каналах происходит

разных породах

мате-

риалах, которые обладают различной порозностью, трещиновато-

стью и водопроницаемостью. Поэтому коэффициент полезного

действия и экономичность оросительных систем, состояние оро-

шаемой территории, ее вторичное засоление и заболоченность в

значительной мере определяются потерями воды на фильтрацию

из оросительных каналов различного порядка. Количественно оце-

нить потери воды на фильтрацию из канала достаточно просто.

С этой целью

в двух

створах изучаемого отрезка канала определяют

расходы воды и по разности расходов в верхнем и нижнем створах

рассчитывают

ее

потери. Если при этом известна площадь смочен-

ной поверхности канала, то делением потерь расхода воды между

двумя створами на смоченную площадь каната можно рассчитать

фильтрацию на исследуемом участке:

„ Qi-Qi д<2

s '

где

Кф —

фильтрация из канала, м/с; Q

—

расходы соответст-

венно

верхнем и нижнем створах, м

/с, л/с; AQ— потери воды на

фильтрацию между двумя створами; S

—

площадь смоченной по-

верхности канала между двумя створами, м

А.Н. Костяковым была предложена эмпирическая формула для

определения

Д —

процента потерь расхода на

км длины канала:

где

Q —

расчетный расход воды (нетто) в канале (м

/с); коэффици-

енты А и т приняты равными для малопроницаемых грунтов

—

= 0,7,

0,3;

для средних

по

водопроницаемости

= 1,9, т = 0,4;

сильнопроницаемых — А = 3,4 и т = 0,5. Расчет по формуле

А.Н. Костякова

возможен при отсутствии данных о

параметрах канала.

Для расчета абсолютных значений потерь воды на фильтра-

цию при отсутствии подпора и глубоком залегании

грунтовых вод с учетом известных данных о свойствах поч-

вогрунтовой толщи расчет потерь на фильтрацию может быть вы-

полнен по формуле Костякова

[b+2v/z-V(ctgcp)

+l],

где W

—

потери воды на фильтрацию на

м канала, м

/с;

Кф —

ко-

эффициент фильтрации, м/с; b

—

ширина канала но дну, м; v

—

поправка на капиллярность почвы (изменяется от 1,1 до 1,4); h

—

глубина воды в канале, м;

ctg q> —

коэффициент откоса.

8 - 2099

113

Расходы брутто и нетто можно определить прямыми экспери-

ментальными замерами расходов потока в голове и на выходе из

канала. Эти данные позволяют произвести расчет коэффициента

полезного действия оросительного канала:

Коэффициент полезного действия оросительной системы в це-

лом — отношение объема воды, поданной непосредственно на

поля, к объему воды, поступившей в голову системы:

ОбрТ

где 1(?

нт

—

сумма расходов воды, подаваемой на поля; t

—

продол-

жительность подачи воды на поля в течение оросительного перио-

да, с; Т — продолжительность работы магистрального канала, с;

(2бр — расход воды в голове магистрального канала или систе-

мы,

/с

В соответствии с нормативами КПД каналов оросительной си-

стемы должен быть равным для каналов в земляном русле

—

0,90;

в бетонной, пленочной одежде или асфальтобитумной одежде,

а также в железобетонных лотках — 0,96; для трубопроводов —

0,98. В целом КПД оросительных систем с каналами в земляном

русле должен быть не менее 0,75-0,80. При меньших значениях

КПД систем на оросительных каналах применяют противофиль-

трационные мероприятия.

4.1.8. ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫЕ

МЕРОПРИЯТИЯ НА КАНАЛАХ

В ЗЕМЛЯНОМ РУСЛЕ

Мероприятия по борьбе с высокой фильтрацией из ороситель-

ных каналов можно дифференцировать на три следующие груп-

пы:

технические, механические, химические и физико-химические

(схема 3).

Технические мероприятия по борьбе с фильтрацией

заключаются в создании на поверхности канала или в теле грунта,

слагающего русло канала, противофильтрационной одежды из ис-

кусственных или привезенных материалов с низкой водопроницае-

мостью. Такими материалами являются бетонные одежды, пленки,

асфальтовые, битумные, глиняные покрытия, а также многослой-

но-тонкослойные экраны.

Бетонные облицовки изготавливают толщиной 6-10 см, по-

крытие из сборного железобетона

—

6 см (рис. 44). Бетонные и же-

лезобетонные облицовки делают однослойными, на ответственных

местах канала — многослойными. Возможно сочетание бетонных

114

115

и пленочных

покрытий.

Бетонные и железобетонные покрытия со-

оружают на предварительно подготовленном основании. Для этого

производится замочка

уплотнение просадочных, неплотных

на-

сыпных грунтов, устройство дренажа при наличии грунтовых вод

и др. Продольные и поперечные швы железобетонных облицовок

заполняют битумной мастикой.

Битумные, асфальтовые, асфальтобетонные

одежды могут быть поверхностными и скрытыми. При укладке

на поверхности грунта создается экран из этих материалов слоем

Рис.

44. Магистральный оросительный канал в Голодной степи в

железобетонной облицовке. Мост

—

переезд. Узбекистан

116

5-8 см; при скрытой

—

слой битума, асфальта, пленки, асфальто-

бетона перекрывается 30-50-сантиметровым слоем грунта.

качестве глинистых экранов используются бентонито-

вые глины и грунтобентонитовые смеси, которые так

же,

как и би-

тумные экраны, перекрывают слоем грунта мощностью 30-50 см.

Пленочные экраны из полимерных пленок толщиной

0,2-0,6

мм

всегда устраивают

только

закрытыми

защитным слоем

грунта. Пленка располагается только по смоченному периметру ка-

нала.

Многослойные экраны, предназначенные для сниже-

ния потерь воды на фильтрацию, были впервые предложены поч-

воведом-гидрологом А.Ф. Лебедевым при строительстве крупных

гидротехнических каналов. Он покрывал поверхность канала зако-

номерно чередующимися слоями грунтов, резко отличающихся по

своим свойствам (например, торфом и супесью). Эти материалы,

легко пропускающие воду при однородной укладке, в условиях за-

кономерного переслаивания (торф, супесь, торф, супесь и т.д.) на

контакте слоев образуют мениски, которые затрудняют фильтра-

цию воды и оказывают значительное сопротивление мигрирующе-

му потоку. Впоследствии почвовед-физик профессор НА. Качин -

ский установил, что чем чаще чередуются и чем тоньше слои, тем

больше формируется менисков и тем резче снижается водопрони-

цаемость многослойного экрана. Действие многослойных грунто-

вых экранов основано на известном эффекте Жамена (рис. 45).

Механический и гидромеханический способы

борьбы с фильтрацией заключаются в уплотнении ложа и откосов

каналов ударным действием на грунт трамбующей плиты экскава-

тора (вес 0,5-3 т, высота падения 1—3 м). Таким Образом создает-

ся уплотненный слой мощностью до

м. Снижение общей пороз-

ности грунта на 10% позволяет в

5—7

раз снизить потери воды на

фильтрацию. Уплотнение грунта ложа канала может быть достиг-

Рис.

45. Жаменовские цепочки, возникающие при создании тонкослойно-мно-

гослойных противофильтрационных экранов из торфа и песка (НА.Качинс-

кий, 1970)

Крупные капиллярные поры (слой песка М, N, О) и капиллярные перемычки (слой

торфа). Система противостоит давлению слоя воды (Р) в водоеме (водотоке) за счет

капиллярного противодавления менисков (Pi). Положение менисков до (а, Ь, с)

и после (а

b\,

c-J

затопления. Цепочка выдерживает давление столба воды в

несколько атмосфер

117

нуто прикатыванием специальными прицепными катками (гладки-

ми,

ребристыми, кулачковыми). Длительность последействия ме-

роприятий по уплотнению 3—4 года.

Весьма эффективным способом борьбы с потерями воды из ка-

налов в сильнофильтрующих грунтах (песках, галечниках, рис. 46)

является кольматация. Кольматация заключается в том, что в

крупные поры грунта ложа каналов вместе с фильтрующейся водой

внедряются взвешенные частицы твердого стока и задерживаются в

них. Обычно в результате кольматации в верхней толще грунта ка-

нала формируется тонкий слой (мощностью около 10 см), обога-

щенный глинистыми и пылеватыми частицами. В песчаных грун-

тах кольматация снижает фильтрацию в 2-6 раз, причем чем круп-

нее песок, тем выше эффект кольматации. В песчано-галечнико-

вом, песчано-галечниково-валунном аллювии кольматация являет-

ся весьма эффективным противофильтрационным мероприятием.

В этом случае потери воды на фильтрацию из оросительных кана-

лов можно снизить в 10-50 раз и более (табл. 10). Последействие

антифильтрационного экрана, созданного в процессе кольмата-

ции, может сохраняться неопределенно

долго.

Его антифильтраци-

онный эффект возрастает со временем в результате непрерывного

заиливания пор грунта тонкими фракциями наноса, влекомого по

каналу оросительной водой (рис. 1.4). Механизм и эффект кольма-

тации тождествен весьма распространенному в почвообразовании

процессу лессиважа. Действие естественной кольматации может

быть резко усилено, если искусственно вносить в поток

воды,

транс-

портируемый по ороси-

тельному каналу, тонкую

минеральную взвесь.

Водопроницаемость

ложа каналов снижают

с помощью физико-

химических и хи-

мических способов

борьбы с фильтрацией.

Она заключается в обра-

ботках грунта, слагающе-

го ложе канала, полиме-

рами, жидким стеклом

и другими веществами.

Для снижения фильтра-

ции в толще грунта ло-

жа каналов искусственно

активизируют также та-

Рис.

46. Оросительный канал в сильнофиль-

кие

почвообпазователь-

трующем валунно-галечниково-песчаном ал-

лювии после многолетней естественной коль-

ные

процессы, которые

матации. Сут-Хольская степь. Тува вызывают обесструктури-

118

Таблица

Изменение фильтрации

потерь воды

из

оросительных каналов, проложенных

валунно-галечииковом аллювии

песчаным заполнителем под влиянием

кольматации. Сут-Хольская степь, Тува (Ф.Р. Зайдельман,

1965)

Период наблюдения за

фильтрацией

Вновь построенный канал

после 3-суточного напол-

нения

Равномерная фильтрация

на 2-4-е сутки после на-

полнения

После кольматации в тече-

ние

ч.

После кольматации и

эксплуатации в течение

лет

Кф поверхностных слоев

грунта, слагающих ложе

канала, м/сут

12,0-16,0

4,5-7,0

0,5-0,6

0,2-0,1

Потери воды на

фильтрацию, % на 1 км

длины канала

58-77

21-33

2,5

0,5

рование верхних слоев породы и снижают их водопроницаемость.

Это

достигается осолонцеванием рыхлых пород и их

г л

нием. Способ осолонцевания грунтов ложа оросительных ка-

налов был предложен почвоведом-химиком А.Н. Соколовским.

Для осолонцевания грунта ложа канала на 1 м

поверхности вно-

сят 2-5 кг поваренной соли. По понятным причинам этот спо-

соб малоэффективен на карбонатных породах, песках, галечни-

ках, песчано-галечниковом аллювии. Последействие осолонцева-

ния — 5-6 лет, после чего это мероприятие необходимо повто-

рить.

Осолонцевание в 3-5 раз снижает потери воды на фильт-

рацию.

Чтобы вызвать оглеение ложа канала, в зоне смоченного пери-

метра укладывают растительный материал (трава, листья, солома

и др.) слоем 5-10 см и перекрывают его защитным слоем грунта

мощностью до

10—15

см.

анаэробной среде при оглеении проис-

ходит переход

подвижное состояние

железа,

органического веще-

ства, кальция. Минеральная масса грунта утрачивает агрегирован-

ность, уменьшается в 6-10 раз

ее

водопроницаемость. Осолонцева-

ние и оглеение как способы снижения потерь воды на фильтрацию

из оросительных каналов наиболее эффективны в суглинистых и

глинистых грунтах. Способ борьбы с потерями из оросительных

каналов оглеением был предложен

А.С.

Вознесенским и С.Г. Хлеб-

никовым (1950). Наиболее эффективным мероприятием по борьбе

с фильтрацией на оросительной системе является устройство про-

водящей сети в бетонном русле или применение закрытых трубо-

проводов.

119

4.2.

ЛОТКОВАЯ ОРОСИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ

Лотковая оросительная сеть изготовляется из железобетона и

имеет различные параметры. Лотки монтируют на опорах высотой

0,2-2,0

м (рис. 47,48). Швы между лотками герметизируют резино-

выми водонепроницаемыми прокладками, асфальтовой мастикой,

специальными клеями, высокопрочными армированными тканя-

ми.

Лотки изготавливают из ненапряженного и напряженного же-

лезобетона. На железобетонных каналах-лотках монтируют водо-

выпускные устройства для подачи воды в сеть временных оросите-

лей. Лотки применяют для транспорта расходов в диапазоне от

0,5 до 5 м

/с при уклонах 0,0005. Поэтому в лотках устраивают

внутрихозяйственные и хозяйственные каналы. Все лотковые ка-

налы имеют концевые сбросы, из которых вода отводится водо-

сборно-сбросной сетью. Стандартные параболические железобе-

тонные лотки имеют длину 6—8 м, высоту 0,4—0,8, ширину сверху

0,8—1,1

м. Наряду с лотками параболического сечения используют

лотки полукругового и трапецеидального очертаний. Лотки пара-

болической формы являются наиболее распространенными в ир-

ригационной практике.

Лотковая оросительная сеть позволяет резко снизить потери

воды на фильтрацию КПД (до 90-95%), повышает коэффициент

Рис.

47. Железобетонные лотки на свай-

ных (а), стоечных (б) опорах и уложен-

ные на грунт (в) (В.К. Губин, Б.В. Гордеев,

1985):

—

свая; 2

—

лоток; 3, 5

—

цементный рас-

твор;

—

стойка; 6

—

фундаментная плита;

7—

песчано-гравийная подготовка; 8— опор-

ная плита;

—

водовыпуск из лотка в гибкий шланг;

1 —

лоток; 2— патрубок; 3— гидрант; 4— гибкий

шланг

120

Рис.

48. Монтаж лотковой оросительной сети

земельного использования, исключает возможность зарастания,

заиления и размыва. Она обеспечивает лучшие условия командова-

ния над орошаемой площадью. При использовании лотковой сети

возникают необходимые условия для индустриализации процесса

строительства.

Наиболее серьезными недостатками лотковых каналов явля-

ются потери воды из стыков звеньев лотков при некачественной

герметизации, а также возможность механического повреждения

торцов, углов и бортов отдельных звеньев лотков.

121