Фільтрація в зоні впливу гідротехнічних споруд

Тема дає можливість визначати елементи гідродинамічної обстановки в зоні впливу гідротехнічних споруд. Дається поняття про підпір підземних вод та способи його визначення в різних умовах. Дається характеристика методики визначення втрат води з водосховищ на фільтрацію в береги та в районі греблі.

Запитання, що розглядаються в даній темі:

1. Які втрати води з гідротехнічних споруд можуть виникати при заповненні їх водою?

Мають місце тимчасові та постійні втрати води з гідротехнічної споруди.

2.Що Що таке “тимчасові втрати” води з гідротехнічної споруди?

Це та кількість води, що йде на насичення зони аерації в межах ложа водосховища чи каналу. Далі починається фільтрація в сторони від гідротехнічної споруди, у водосховищі при цьому деяка кількість води витрачається на насичення берегів.

3. Що таке “підпір підземних вод”?

Підйом поверхні підземних вод, що має місце при заповненні водосховищ та каналів називається підпором підземних вод. Підпір підземних вод розвивається поступово, тому розрізняють так званий неусталений та усталений підпір. Відповідно існують і методи оцінки цього явища для умов усталеної та неусталеної фільтрації.

4. В яких випадках мають місце “постійні втрати” води з гідротехнічних споруд?

Умови формування підпору підземних вод залежать від співвідношення відміток рівня підземних вод, проектної відмітки рівня в водосховищі, наявності та відстані до сусіднього дренуючого утворення.

Якщо природна поверхня підземних вод розташована значно нижче проектного рівня води у водосховищі, то при заповненні такого водосховища водою, після формування підпору підземних вод вододіл не виникає і фільтраційний потік направляється в сторону від водосховища до найближчої природної чи штучної дрени.

5. Які втрати води з водосховища можливі в районі греблі?

В районі гідротехнічної споруди (греблі) також мають місце постійні страти води. Фільтраційний потік може йти в обхід греблі, під фундаментом греблі та крізь тіло греблі.

6. Як виконується оцінка усталеного підпору підземних вод?

Ця оцінка виконується на базі теорії усталеної фільтрації. Якщо вважати, що до та після формування підпору підземних вод в річку розвантажувалась однакова кількість води то рівняння кривої депресії до формування підпору буде мати такий вигляд:

, що відповідає умовам розрахункової схеми Дюпюі, а після формування підпору такий вигляд:

. Послідовно віднімаючи друге рівняння від першого отримуємо рівняння для оцінки усталеного підпору підземних вод для потоку, що відповідає розрахунковій схемі Дюпюі:

7. Як виконується оцінка неусталеного підпору підземних вод?

Для оцінки неусталеного підпору використовується методика запропонована В.М.Шестаковим.

,

де - величина зміни гідродинамічного напору на відстані від межі потоку на момент часу ; - величина зміни гідродинамічного напору на межі потоку; - функція, що залежить від типу потоку та його характеристик.

8. Як визначається функція для умов напірного потоку з постійною водопровідністю?

Якщо такий потік напівобмежений, то:

, де - еррор-функція, чи інтеграл вірогідності Гауса (визначається за таблицею); ; - відстань від межі потоку; коефіцієнт п’єзопровідності; час, на момент якого визначається неусталений підпір;

9. Як визначається функція для умов обмеженого відкритого потоку при постійному рівні на межі ?

; , де -функція, що визначається за таблицею; - відстань від межі потоку ; коефіцієнт рівнепровідності; час, на момент якого визначається неусталений підпір;

10. Для чого в аналітичних розрахунках фільтрації використовується формула Асатура?

В реальних умовах на формування підпору підземних вод впливають періодичні сезонні коливання рівня води в поверхневих водостоках. Такий вплив можна оцінити за формулою Асатура:

, де

відстань від урізу водосховища, на якій припиняється вплив зміни рівня у водосховищі; коефіцієнт фільтрації водовмісних порід; потужність водоносного горизонту; найбільший півперіод коливання рівня води у водосховищі.

11. Як визначаються постійні втрати в береги водосховищ і каналів?

Фільтраційні втрати з водосховища визначаються як різниця витрат потоку підземних вод до та після формування підпору підземних вод:

, де

питома витрата потоку підземних вод; та положення рівня на межі області фільтрації до та після підпору.

11. Які особливості має процес фільтрації під тілом греблі, які негативні та небезпечні явища при цьому виникають?

При проходженні потоку підземних вод під тілом греблі виникає сила дії потоку на основу греблі(понур), яку можна розглядати як верхню межу напірного потоку. В зв’язку з цим можлива деформація та часткове руйнування основи греблі, що може привести до зменшення її стійкості в цілому.

12. Для чого під греблею влаштовується водонепроникна завіса?

Для запобігання руйнуванню греблі. Влаштування водонепроникної завіси (флютбету) приводить до збільшення шляху фільтрації та відповідно зменшення швидкості фільтрації. Для захисту нижнього б’єфу від фільтраційних деформацій теж будуються спеціальні пристрої – водобій та рисберма.

13. Як визначається витрата потоку підземних вод, що проходить під греблею?

При наявності водонепроникних завіс визначення витрати потоку під тілом гідротехнічної споруди ведуть за такою залежністю:

, де

- - перепад напорів між верхнім та нижнім б’єфами греблі;

- - сумарний безрозмірний опір;

- - сумарний фільтраційний опір підземного контуру споруди, діб/м².

- - коефіцієнт фільтрації водовмісних порід.

14. Яка схема приймається для визначення обхідної фільтрації?

При визначенні фільтраційної витрати в обхід примикання греблі до берегів (обхідна фільтрація) приймається така схема:

- верхній та нижній б’єфи греблі зводяться до однієї лінії;

- вважається потік підземних вод обходить греблю по еліпсу, розмір осей якого залежить від фільтраційних властивостей водовмісних порід, величини перепаду напорів між верхнім та нижнім б’єфами греблі, межі впливу водосховища. Визначення ведеться за емпіричним формулами (залежність Веригіна).

15. Що таке “межа впливу” водосховища?

Це та відстань де крива підпору співпадає з кривою природного розподілу гідродинамічних напорів, що мав місце до заповнення водою водосховища.

Додаткові запитання до теми:

1.Як визначається неусталений підпір підземних вод, якщо зміна рівня на межі ступінчаста?

2.Як визначається сумарний безрозмірний опір?

3.

Задача № 9.1

Умова та варіанти завдань:

Визначення усталеного підпору підземних вод

1.Визначити величину усталеного підпору підземних вод в умовах безнапірного однорідного горизонтального потоку при наявності інфільтраційного живлення та незмінному урізі води в водосховищі (за схемою 9.4.а).

2.Чи будуть мати місце постійні втрати води з гідротехнічної споруди?

3.Розрахунок провести з інтервалом 200м

Варіант	,м	,м	,м	,м	,м/добу	,мм/рік
					2,5
					2,5

Задача № 9.2

Умова та варіанти завдань:

Визначення неусталеного підпору підземних вод.

Визначити величину неусталеного підпору підземних вод на період 15,30,60,90 діб з кроком 50м в умовах обмеженого горизонтального відкритого потоку при відсутності інфільтраційного живлення та миттєвому підйомі рівня на межі потоку за такими даними:

Н_0.=110м, Н_П=115м, Н_В=100м, Н_L=120м, L=500м, К=5м/добу, 0,15.

Задача № 9.3

Умова та варіанти завдань:

Визначення обхідної фільтрації. Визначити фільтраційну витрату в обхід греблі (точно та приблизно) у умовах горизонтального безнапірного однорідного потоку за такими даними:

Відмітка напору в створі водосховища – 112.7м, відмітка напору в річці – 109.6м, відмітка напору в спостережній свердловині на відстані 500 м від створу греблі – 110,6м, відмітка водотривкого шару – 98,7м, довжина обтічного контуру примикання греблі – 95м, коефіцієнт фільтрації водовмісних порід – 1.7м/добу.

Схематизація потоку відповідно до рис.10.9.а.