Способ определения потерь воды на фильтрацию из каналов

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к способам определения потерь воды на фильтрацию из водопроводящих сооружений, в частности из оросительных каналов гидромелиоративных систем в облицованных руслах. Для определения потерь воды на фильтрацию из канала по периметру опорожненного от воды канала на участке изолированного отсека выполняют пазы на всю толщину облицовки, свободно, без натяжения укладывают в подготовленные пазы полотнища из бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани для перекрытия канала на участке изолированного отсека и заделывают пазы цементным раствором. Через верх полотнищ в устроенные анкера-отверстия пропускают монтажные тросы, натяжением которых в перерывах между поливами при заполненном водой канале создают мягкие водонепроницаемые перегородки. Для фиксирования монтажных тросов в натянутом положении используют анкерные опоры, установленные на бермах канала. В изолированном отсеке устанавливают мерные рейки и прибор для учета испарения воды с водной поверхности канала, заполняют отсек водой и длительно его промачивают. В условиях установившегося фильтрационного режима осуществляют замеры объема потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном отсеке и расчетным путем определяют удельный фильтрационный расход из отсека канала, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации облицовки. Изобретение позволяет уменьшить продолжительность исследовательских работ по определению фильтрационных потерь воды из каналов с обеспечением высокой точности измерений, снизить трудозатраты и стоимость. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

Реферат

Изобретение относится к способам определения потерь воды на фильтрацию из водопроводящих сооружений, в частности из оросительных каналов гидромелиоративных систем в облицованных руслах.

Известен способ измерения потерь воды с помощью фильтромерного отсека, образуемого эластичным экраном из резины с рифленной поверхностью. При этом способе экран раскрывают по контуру опорожненного от воды канала на длине исследуемого участка и торцевые концы экрана приклеивают к поверхности облицовки. Приклеивание осуществляют клеем «№88», мастикой УМС-50 или битумным лаком с использованием прокладок из марлевых бинтов. После высыхания клеящих средств полость экрана соединяют с расходомером и заполняют канал водой (см. SU, авторское свидетельство №151137, А1. М.кл3. Е02В 13/00. Способ определения абсолютных фильтрационных потерь на участке ирригационного канала / Г.В.Абелишвили. - Заявка №754261/30-15; Заявлено 30.11.1961; Опубл. 1962 г., Бюл. №20).

Недостатками данного способа являются значительная трудоемкость и сложная технология подготовки и приклеивания экрана к поверхности облицовки; невозможность использования экрана значительных размеров, то есть на крупных каналах, а также на облицовках, деформационные швы которых образованы с применением закладных профильных элементов и имеют по всей длине трещину.

Известен способ измерения потерь воды через швы и облицовку гидротехнических сооружений, заключающийся в использовании фильтромеров. При этом способе измеряют потери воды через монолит облицовки канала и поперечные швы с помощью фильтромерных полостей, прижимаемых к облицовке через легкодеформируемый материал. Фильтромерные полости устанавливают вдоль откоса канала по поверхности облицовки и вдоль шва, прижимают к облицовке и с помощью прокладок уплотняют полости. Внутрь полостей подают из тарированных емкостей воду и замеряют фильтрационный расход (см. SU, авторское свидетельство №592915. М.Кл2. Е02В 3/16 А01G 25/00. Устройство для определения потерь воды в канале через противофильтрационные облицовки / В.М.Бойко и Е.А.Богатов. - Заявка №2379895/29-15; Заявлено 14.06.1976; Опубл. 15.02.1978, Бюл.№6).

Недостатками этого способа являются невозможность определения потерь воды через облицовку, швы которой выполнены с закладными профильными элементами, то есть через облицовку, имеющую открытые трещины и скрытые пустоты вдоль швов, а также невозможность одновременного определения потерь воды через различные конструктивные элементы облицовки без взаимного влияния их фильтрационных расходов друг на друга. Эти недостатки в целом снижают точность измерений.

Известен также способ определения потерь воды через швы и облицовку гидротехнических сооружений, заключающийся в использовании фильтромеров, при этом измерение потерь осуществляют одновременно через швы и облицовку, в которой предварительно герметизируют трещины (см. SU, авторское свидетельство №918385. М.Кл3. Е02В 3/16. Способ измерения потерь воды / В.М.Бойко. - Заявка №3007185/29-15; Заявлено 24.11.1980; Опубл. 07.04.1982, Бюл. №13).

Описанный способ отличается значительной трудоемкостью и низкой точностью.

Наиболее близким к заявленному объекту относится способ определения потерь воды на фильтрацию из каналов с использованием изолированных водных отсеков, включающий выполнение специальных пазов на всю толщину облицовки по периметру опорожненного от воды канала, установку в подготовленные пазы металлических перегородок для перекрытия канала на участке изолированного отсека, заделку пазов цементным раствором, установку в изолированном отсеке мерных реек и прибора для учета испарения воды с водной поверхности канала, заполнения отсека водой и длительное его промачивание, замеры объема потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном отсеке в условиях установившегося фильтрационного режима и расчетное определение удельного фильтрационного расхода из отсека канала, интенсивности фильтрации и коэффициента фильтраций облицовки (см. А.Г.Алимов, Э.И.Гольденберг, В.M.Иванов Натурные исследования противофильтрационных одежд оросительных каналов // Гидротехника и мелиорация. 1977. №8. с 33...38).

Недостатком вышеуказанного способа является значительная трудоемкость при монтаже и демонтаже металлических перегородок для создания изолированных фильтрационных отсеков на оросительных каналах в технологических окнах между поливами, что вызывает существенное удорожание и увеличение сроков проведения исследовательских работ по определению фильтрационных потерь воды из каналов.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создание способа определения потерь воды на фильтрацию из каналов.

Технический результат - снижение трудозатрат, стоимости и продолжительности исследовательских работ по определению фильтрационных потерь воды из каналов с обеспечением высокой точности измерений.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения потерь воды на фильтрацию из каналов с использованием изолированных водных отсеков, включающем выполнение специальных пазов на всю толщину облицовки по периметру опорожненного от воды канала на участке изолированного отсека, установку в подготовленные пазы перегородок для перекрытия канала на участке изолированного отсека, заделку пазов цементным раствором, установку в изолированном отсеке мерных реек и прибора для учета испарения воды с водной поверхности канала, заполнения отсека водой и длительное его промачивание, замеры объема потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном отсеке в условиях установившегося фильтрационного режима и расчетное определение удельного фильтрационного расхода из отсека канала, интенсивности фильтрации и коэффициента фильтрации облицовки, согласно изобретению, в качестве перегородок в подготовленные в облицовке пазы по периметру опорожненного от воды канала свободно, без натяжения укладывают полотнища из бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани и омоноличивают их цементным раствором или бетоном, затем через верх полотнища в специально устроенные анкера-отверстия пропускают монтажные тросы, натяжением которых в перерывах между поливами при заполненном водой канале создают мягкие водонепроницаемые перегородки для изолированного водного отсека, причем для фиксирования монтажных тросов в натянутом положении используют анкерные опоры, установленные на бермах канала, а удельный фильтрационный расход из отсека канала, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации облицовки определяют из следующих зависимостей:

где Qобл - удельный фильтрационный расход из отсека облицованного канала, л/(сут·пог.м);

β - коэффициент соответствия размерностям, β=8,64·103 л·с/(сут·см2·пог.м);

в - средняя ширина по дну канала в отсеке, см;

m - средний коэффициент заложения откосов канала в отсеке;

h - средняя глубина воды в отсеке за время наблюдений, см;

Δh - снижение уровня воды в отсеке за вычетом слоя испарившейся воды за время наблюдений, см;

H - проектная глубина наполнения канала, см;

δ - средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;

Т - время наблюдений, с;

qобл - интенсивность фильтрации из отсека облицованного канала, л/(сут·м2);

α - коэффициент соответствия размерностям, α=8,64·105 л·с/(сут·см·м2);

Kобл - осредненный коэффициент фильтрации облицовки канала

на участке отсека, см/с.

Длину изолированного водного отсека принимают из выражения:

где L - длина изолированного водного отсека, м;

Lм - минимальная длина изолированного водного отсека, Lм=30 м;

α' - коэффициент соответствия размерностям, α'=0,01 м/см;

H - проектная глубина наполнения канала, см;

i - уклон дна канала в отсеке.

Минимальная длина Lм=30 м изолированного водного отсека обусловлена обеспечением высокой точности измерений (с погрешностью не более 1%) по определению потерь воды на фильтрацию, а максимальная длина L≤α'·H/i определяется из выражения (4) возможностью наполнения отсека канала.

Изобретение поясняется иллюстрированным материалом.

На фиг.1 показан изолированный водный отсек, план; на фиг.2 - то же, разрез I-I на фиг.1; на фиг.3 - то же, разрез II-II на фиг.1.

Изолированный водный отсек 1 содержит мягкие перегородки 2 из полотнищ бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани, предварительно свободно уложенные в подготовленные по границам отсека 1 пазы в облицовке 3 или грунтовом ложе опорожненного от воды канала и омоноличенные цементным раствором или бетоном. Через верх полотнищ перегородок 2 в специально устроенные анкера-отверстия 4 пропущен монтажный трос 5, натяжением которого при надобности и создается мягкая перегородка 2 для изолированного водного отсека 1. Для фиксирования монтажного троса 5 в натянутом положении предусмотрены анкерные опоры 6, установленные на бермах отсека канала. Изолированный отсек оборудован мерными рейками и прибором для учета испарения воды с водной поверхности канала (не показан).

При полном ослаблении монтажного троса 5 полотнища водонепроницаемого экрана - перегородки 2 - свободно укладываются на дно канала и не мешают движению потока воды.

Заявленный способ определения потерь воды на фильтрацию из каналов реализуют следующим образом.

Из выражения (4) определяют длину L изолированного отсека 1, временно опорожняют канал от воды, производят инструментальные измерения и геодезическую съемку канала на участке изолированного отсека и устанавливают его планово-высотное положение. Затем в противофильтрационной облицовке 3 отсека канала по границам отсека 1 выполняют пазы по периметру канала и свободно, без натяжения укладывают в них полотнища перегородок 2 из бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани и омоноличивают их цементным раствором или бетоном. Через верх полотнищ в анкера-отверстия 4 пропускают монтажные тросы 5, устанавливают в отсеке 1 мерные рейки и прибор для учета испарения воды с водной поверхности канала (не показаны), а после набора прочности цементного раствора или бетона отсек 1 канала заполняют водой и длительно промачивают, натягивают монтажные тросы 5 и фиксируют их на анкерных опорах 6, установленных на бермах отсека 1 канала. В условиях установившегося фильтрационного режима с помощью мерных реек и прибора-испаромера, установленных в отсеке 1, ведут замеры потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном водном отсеке 1 и определяют удельный фильтрационный расход из отсека канала, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации облицовки отсека канала из следующих зависимостей:

где Qобл - удельный фильтрационный расход из отсека облицованного канала, л/(сут·пог.м);

β - коэффициент соответствия размерностям, β=8,64·103 л·с (сут·см2·пог.м);

в - средняя ширина по дну канала в отсеке, см;

m - средний коэффициент заложения откосов канала в отсеке;

h - средняя глубина воды в отсеке за время наблюдений, см;

Δh - снижение уровня воды в отсеке за вычетом слоя испарившейся воды за время наблюдений, см;

H - проектная глубина наполнения канала, см;

δ - средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;

Т - время наблюдений, с;

qобл - интенсивность фильтрации из отсека облицованного канала, л/(сут·м2);

Кобл - осредненный коэффициент фильтрации облицовки канала на участке отсека, см/с;

α - коэффициент соответствия размерностям, α=8,64·105 л·с/(сут·см·м2).

ПРИМЕР 1. Определить фильтрационный расход, интенсивность фильтрации различных конструкций противофильтрационных облицовок в первый год их эксплуатации на экспериментальном участке канала 4х-1 в совхозе «Николаевский» на Кисловской оросительной системе в Волгоградской области.

С этой целью по предлагаемому способу определения потерь воды на фильтрацию на экспериментальном участке канала 4х-1 выполнено восемь изолированных водных фильтрационных отсеков. Строительные элементы канала 4х-1 на участках опытных отсеков и результаты измерений в условиях установившегося фильтрационного режима приведены в табл.1

Таблица 1
№№ отсековКонструкция облицовок каналаH, смh, смв, смmδ, смL, мТ, сΔh, см
12345678910
1Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором7020851,528723024002,69
2То же, основание обработано гербицидами7025851,438483456003,68
3Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами7030851,538481080001,6

Продолжение таблицы 1
12345678910
4Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»7016851,458423456003,68
5Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»7024851,438542700004,70
6Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором7017851,4283630240012,19
7Необлицованное русло на опытном участке канала7040801,30-5008000031,6
8Монолитный бетон с дощатыми швами706175,31,47584614040010
Н - проектная глубина наполнения канала, см;
h - средняя глубина воды в отсеке за время наблюдений, см;
в - средняя ширина по дну канала в отсеке, см;
m - средний коэффициент заложения откосов канала в отсеке;
δ - средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;
L - длина изолированного водного отсека, м;
Т - время наблюдений, с;
Δh - снижение уровня воды в отсеке за вычетом слоя испарившейся воды за время наблюдений, см.

Данные о противофильтрационных свойствах различных конструкций облицовок в первый год их эксплуатации на экспериментальном участке канала 4х-1, установленные предлагаемым способом, приведены в табл.2.

Таблица 2
№№ отсековКонструкция облицовок каналаКоэффициент фильтрации Коблг), см/сИнтенсивность фильтрации qобл (qз), л/(сут·м2)Удельный фильтрационный расход Qобл (Qз), л/(сут·пог.м)Уменьшение интенсивности фильтрации (число раз) по сравнению
с необлицованным русломс монолитной облицовкой с дощатым швами
1234567
819Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором2,94·10-61654,4204,25
2То же, основание обработано гербицидами2,90·10-615,952,420,14,28
3Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами3,76·10-62068,2163,4
4Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»3,84·10-62169,615,23,2
5Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»4·10-62272,414,53,1
6Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором14·10-677252,74,2-
7Необлицованное русло на опытном участке канала2,5·10-4320990,81-
8Монолитный бетон с дощатыми швами12,4·10-668220,94,71
Примечание: 1. Параметры Кобл, qобл, Qобл относятся к отсекам №1, №2, №3, №4, №5, №6, №8.
2. Указанные в скобках параметры Кг, qз, Qз относятся к отсеку №7.

ПРИМЕР 2. Определить удельный фильтрационный расход, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации различных конструкций облицовок после шести лет их эксплуатации на экспериментальном участке канала 4х-1 в совхозе «Николаевский» на Кисловской оросительной системе в Волгоградской области.

Для определения потерь воды на фильтрацию предлагаемым способом через различные конструкции облицовок после шести лет их эксплуатации на экспериментальном участке канала 4х-1 было выполнено девять изолированных фильтрационных отсеков. Основные строительные элементы канала 4х-1 с экспериментальными облицовками на участках опытных отсеков и результаты измерений в условиях установившегося фильтрационного режима приведены в табл.3.

Таблица 3
№№ отсековКонструкция облицовок каналаH, смh, смв, смmδ, смL, мТ, сΔh, см
12345678910
1Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором7043851,528721450932,5
2То же, основание обработано гербицидами7059851,438481467743,0
3Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами7032851,538481381014,0
4Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»7040851,458421027324,0
5Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»7035851,43854795424,5
6Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором7042851,4283616076412,2
7Необлицованное русло на опытном участке канала7040801,30-5008000031,6
8Монолитный бетон с дощатыми швами706175,31,47584614040010,48
9Монолитный бетон со швами из полиэтиленовой пленки, защемленной в бетон7042831,510522195954,6

Данные о противофильтрационных свойствах различных конструкций облицовок после шести лет их эксплуатации на экспериментальном участке канале 4х-1, установленные предлагаемым способом, приведены в табл.4

Таблица 4
№№ отсековКонструкция облицовок каналаКоэффициент фильтрации Коблг), см/сИнтенсивность фильтрации qобл (qз), л/(сут·м2)Удельный фильтрационный расход Qобл(Qз), л/(сут·пог.м)Уменьшение интенсивности фильтрации (число раз) по сравнению
с необлицованным русломс монолитной облицовкой с дощатыми швами
1234567
1Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором3,4·10-618,576,3117,33,8
2То же, основание обработано гербицидами3,2·10-617,572,6418,34,1
3Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами7·10-638,0154,428,41,9
4Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»8·10-644,0175,707,51,6
5Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»12·10-665,2263,404.91,1
6Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором15·10-482,6330,023,9-
7Необлицованное русло на опытном участке канала2,5·10-6320990,81-
8Монолитный бетон с дощатыми швами13·10-671,3230,64,61
9Монолитный бетон со швами из полиэтиленовой пленки, защемленной в бетон5·10-625,074,214,53,2
Примечание: 1. Параметры Кобл, qобл, Qобл относятся к отсекам №1, №2, №3, №4, №5, №6, №8, №9.
2. Указанные в скобках параметры Кг, qз, Qз относятся к отсеку №7.

Применение эластичной водонепроницаемой ткани в качестве перегородок при создании изолированных водных фильтрационных отсеков для определения потерь воды на фильтрацию предлагаемым способом на экспериментальном участке канала 4х-1 Кисловской оросительной системы позволило исключить многократный монтаж и демонтаж перегородок отсеков, существенно ускорить и обеспечить точность проведения измерительных работ по определению фильтрационных потерь воды из канала.

Снижение трудозатрат на устройство одного фильтрационного отсека из эластичной водонепроницаемой ткани составляет 14 чел/дн., экономия листовой стали 0,5 т, бетона до 9 м3.

Годовой экономический эффект на один фильтромерный отсек составляет 30000 руб.

1. Способ определения потерь воды на фильтрацию из каналов с использованием изолированных водных отсеков, включающий выполнение пазов по границам отсека на всю толщину облицовки по периметру опорожненного от воды канала, установку в подготовленные пазы перегородок для перекрытия канала на участке изолированного отсека, заделку пазов цементным раствором, установку в изолированном отсеке мерных реек и прибора для учета испарения воды с водной поверхности канала, заполнение отсека водой и длительное его промачивание, замеры объема потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном отсеке в условиях установившегося фильтрационного режима и расчетное определение удельного фильтрационного расхода из отсека канала, интенсивности фильтрации и коэффициента фильтрации облицовки, отличающийся тем, что в качестве перегородок в подготовленные в облицовке пазы по периметру опорожненного от воды канала свободно, без натяжения укладывают полотнища из бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани и омоноличивают их цементным раствором или бетоном, затем через верх полотнищ в устроенные анкера-отверстия пропускают монтажные тросы, натяжением которых в перерывах между поливами при заполненном водой канале создают мягкие водонепроницаемые перегородки для изолированного водного отсека, причем для фиксирования монтажных тросов в натянутом положении используют анкерные опоры, установленные на бермах канала, а удельный фильтрационный расход из отсека канала, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации облицовки определяют из следующих зависимостей:

где Qобл - удельный фильтрационный расход из отсека облицованного канала, л/(сут·пог.м);

β - коэффициент соответствия размерностям, β=8,64·103 л·с/(сут·см2·пог.м);

в - средняя ширина по дну канала в отсеке, см;

m - средний коэффициент заложения откосов канала в отсеке;

h - средняя глубина воды в отсеке за время наблюдений, см;

Δh - снижение уровня воды в отсеке за вычетом слоя испарившейся воды за время наблюдений, см;

H - проектная глубина наполнения канала, см;

δ - средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;

Т - время наблюдений, с;

qобл - интенсивность фильтрации из отсека облицованного канала, л/(сут·м2);

α - коэффициент соответствия размерностям, α=8,64·105 л·с/(сут·см·м2);

Кобл - осредненный коэффициент фильтрации облицовки канала на участке отсека, см/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину изолированного водного отсека принимают из выражения

α'·H/i≥L≥Lм,

где L - длина изолированного водного отсека, м;

Lм - минимальная длина изолированного водного отсека, Lм=30 м;

α' - коэффициент соответствия размерностям, α'=0,01 м/см;

Н - проектная глубина наполнения канала, см;

i - уклон дна канала в отсеке.