Анализ влияния различных факторов на потери воды из оросительных каналов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Анализ влияния различных факторов на потери воды из оросительных каналов

Молдамуратов Ж.Н.

Эффективность земель в аридной зоне во многом определяется техническим уровнем оросительных систем. Большой удельный вес (до 70% по ОС юга РК) в эксплуатационных мероприятиях по поддержанию в рабочем состоянии оросительных систем занимает эффективная работа оросительной сети. Это, во-первых. борьба с фильтрацией на оросительных каналах, во-вторых, очистка оросительных каналов от наносов и растительности.

Водосбережение [1] во всех сферах водопользования и водопотребления - это единственный источник воды для устойчивого развития экономики и стабилизации экологической обстановки в регионе.

Низкий технический уровень оросительной сети является основной причиной сдерживания в увеличении использования водно-земельных ресурсов.

В последние годы только по южным областям Казахстана из-за неисправности оросительной сети не используется более 200 тыс.га орошаемых земель. Из-за низкого технического состояния оросительной сети, нехватки средств на ремонт и проектную эксплуатацию каналов, допускаются существенные непроизводительные потери воды [1, 2].

Из-за снижения пропускной способности каналов снижается объем водозаборов и ухудшается использование оросительной воды, уменьшается кратность поливов сельскохозяйственных культур. И как следствие снижение эффективности орошения.

В последние годы в связи с снижением финансирования не решаются многие водохозяйственные вопросы, от которых по существу зависит судьба снабжения населения продуктами питания. Сократилось выделение средств на эксплуатацию оросительной сети. Эксплуатационные затраты на 1 га поливной площади составляют по югу Казахстана от 350 до 500 тенге, при нормативной потребности от 2200-5000 тенге [3].

Многие водохозяйственные объекты не ремонтируются, сооружения работают на износ, увеличиваются потери воды из каналов и сооружений, снижается проектная способность каналов (до 20-60%), в связи с отсутствием средств на проведение мехочистки и ремонта.

Таким образом, по данным многих авторов [1-3] и обследований гидрогеолого-мелиоративных экспедиций по южным областям около 70% оросительных систем на сегодняшний день нуждаются в реконструкции.

Потери воды по ОС распределяются примерно следующим образом: МК и их ветки - около 10-15%; межхозяйственные распределители - около 20-25% и потери во внутрихозяйственной сети и на поле 60-65%.

Основными причинами потери воды из оросительных каналов являются:

просачивание или фильтрация воды через дно и откосы канала;

испарение с водной поверхности;

утечка воды через различные гидротехнические сооружения (регуляторы, водовыпуски, прорывы в дамбах и пр.);

эксплуатационные потери, связанные с водораспределением воды между отдельными водопользователями.

Наибольшие потери воды [2-5] происходят в следствии фильтрации (от 30 до 60%) ее из каналов и зависят от свойств грунтов, формы поперечного сечения, величины расхода, от скорости движения воды, от степени зарастания канала, от длины и срока службы канала и от других факторов.

Как видно из приведенных данных, потери воды на фильтрацию достигают очень больших величин, и это обстоятельство указывает только на то, что при учете потерь необходимо учесть все опытные данные по этому вопросу [6, 7], а также выведенные на основании этих данных различными исследователями эмпирические формулы.

Наибольшее применение в практике проектирования оросительных каналов получила формула академика А.Н. Костякова, который аналитически нашел значение коэффициента потерь на фильтрацию для каналов постоянного (непрерывного) действия при свободной безподпорной (безнапорной) фильтрации и при глубоком залегании грунтовых вод и предложил для его определения формулу:

, % на 1 км (1)

где: к - коэффициент фильтрации; Q - расход; х - скорость; m - показатель степени в законе фильтрации меньше единицы, зависящий от величины напора h и глубины просачивания и изменяющийся обычно в пределах от 0 до 0,50; г - коэффициент поправки на капиллярное боковое поглощение воды в откосы канала; обычно г=1,1-1,4 в зависимости от капиллярных свойств почвогрунта; ц - заложение откосов.

При m=0, что может быть принято для многих случаев с глубоким залеганием грунтовых вод, формула значительно упрощается:

, % на 1 км. (2)

Из этой зависимости видно, что потери в каналах на фильтрацию увеличиваются с уменьшением пропускной способности.

Для различных грунтов установлены три эмпирические зависимости потерь на фильтрацию в процентах на 1 км от расхода воды:

а) для легких проницаемых грунтов наибольшие потери будут:

, % на 1 км канала; (3)

б) для средних проницаемых грунтов:

, % на 1 км канала; (4)

в) для тяжелых водонепроницаемых грунтов:

,% на 1 км канала. (5)

Этими эмпирическими формулами академика А.Н. Костякова можно пользоваться при приближенных определениях потерь или же при расчетах потерь в небольших оросительных системах, причем значения потерь получаются несколько повышенными, ибо в этом случае создается некоторый запас в целях учета потерь по утечке через гидротехнические сооружения каналов [5, 8].

Из теоретических формул, определяющих потери воды в каналах, наибольшее распространение получили формулы Козени, А.Н. Костякова, Н.Н. Павловского, С.Ф. Аверьянова и В.В. Ведерникова, которые проводятся с соответствующим кратким выводом по условию их применения в мелиоративно-гидротехнической практике [9].

СНиПами проектирования оросительных каналов рекомендуется при свободной фильтрации, т.е. при отсутствии подпора со стороны грунтовых вод, принимать следующие формулы:

а) Павловского Н.Н.:

, м3/с на 1 км канала; (6)

Или

, % от расхода воды на 1 км канала; (7)

где: В - ширина канала по урезу воды, м; h - глубина воды в канале, м; к - коэффициент фильтрации грунта за сутки, м; Qнетто - расход канала нетто, м3/с.

б) при отсутствии данных о сечении канала потери воды на фильтрацию можно ориентировочно подсчитать по формуле С.А. Гиршкана:

, м3/с на 1 км канала (8)

или

,% на 1 км канала. (9)

При отсутствии специальных исследований по определению значений к - грунтов проектируемого канала по формулам Н.Н. Павловского и С.А. Гиршкана для предварительных подсчетов принимаются следующие значения коэффициента фильтрации в метрах за сутки:

в) ориентировочно величины потерь можно определить и по формулам (3), (4), (5) А.Н. Костякова.

В этих формулах размеры сечения канала учтены величиной расхода Q, фильтрационные свойства грунта учитываются коэффициентом числителя и показателем степени знаменателя при расходе Q.

Коэффициент числителя и показатель степени знаменателя могут иметь и другие значения в соответствии с имеющимися данными опыта и наблюдений:

При наличии достаточных данных о физических свойствах грунтов и установленной схеме расположения каналов расчеты потерь воды на фильтрацию (при подпоре со стороны грунтовых вод) могут производиться по формуле С.Ф. Аверьянова:

, м3/с на 1 км канала (10)

Или

,% от расхода воды на 1 км канала (11)

где: h - глубина воды в канале, м; B - ширина канала по урезу воды, м; Нк - максимальная высота капиллярного поднятия, м; величина капиллярного поднятия изменяется обычно в пределах 0,5-3,0 м; К1 - коэффициент капиллярной проницаемости при полной влагоемкости с учетом воздуха, зажатого (защемленного) в порах грунта. Скорость К1 выражается в данном случае в м/сут и определяется или опытным путем как скорость установившегося впитывания при длительном опыте, или приближенно по связи:

(12)

где: K - коэффициент фильтрации грунта, определенный откачкой или в монолитах при удалении воздуха и выраженный м/сут; W1 - полная влагоемкость, т.е. влажность при полном насыщении, но с учетом защемленного воздуха (определяется в полевых условиях); W0 - минимальная влагоемкость (по С.И. Долгову) определяется в полевых условиях или лабораторных условиях как влажность начала движения влаги в жидкой фазе (величина минимальной влагоемкости изменяется в пределах 0,05-0,35, причем меньшее значение относится к легким грунтам, большее - к тяжелым); m - полная скважность грунта.

Очень важным является определение потерь воды на фильтрацию непосредственным наблюдением на каналах и так называемым балансовым методом по данным эксплуатационной гидрометрии, что возможно при достаточно налаженной службе учета вододеления [7].

Кроме фильтрационных потерь воды из оросительных каналов, существуют эксплуатационные или технические потери, зависящие от неправильной эксплуатации каналов и сооружений. К ним относятся: потери воды, в следствии зарастания каналов, потери на образование «мертвых» запасов в следствии подпора, потери от перелива, утечки через неисправности и др. Иногда эти потери достигают 20-30% от потерь на фильтрацию [8]. потеря вода канал фильтрация

Так как, зная размеры потерь, их стабильность, связь их с расходами в каналах, влияние на их размер природных условий (характер грунтов, глубину залегания грунтовых вод), близость коллекторов и дрен, условий работы каналов и др. можно точно установить коэффициент полезного действия (КПД) оросительной системы, изменение их во времени и наметить необходимые противофильтрационные мероприятия на отдельных элементах и последовательность их проведения.

Литература

Водные ресурсы Казахстана в новом тысячелетии (ПРООН, 2004 г)

Катализатор реформ. Руководство по разработке Стратегии ИУВР (ГВП, 2004 г.) и другие материалы ГВП

Приоритетные проблемы 7 основных речных бассейнов РК (Всемирный Банк / Комитет по водным ресурсам, 2003 г.)

Кузьминов Ю.М. Мелиоративные каналы в легкоразмываемых грунтах. - М.: Колос, 1977. - 192с.

Каримов Р.М. Гидравлический расчет каналов. - Ташкент, 1976. - 46с.

Быков А.В. Усвоение данных измерений в задаче численного моделирования переноса примеси. /В кн. Методы математического моделирования в гидродинамических задачах окружающей среды. - Новосибирск, 1993 стр. 87-96.

Аявазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. - М.: Финансы и статистика, 1983. - 471с.

Гришанин К.В. Устойчивость русел рек и каналов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 144с.

Алтунин С.Т. Регулирование русел. М.: Сельхозиздат, 1962 стр. 143-145.

Размещено на Allbest.ru