Современные методы борьбы с фильтрацией на оросительных системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск

Современные методы борьбы с фильтрацией на оросительных системах

Ю.М. Косиченко

О.А. Баев

Существующие оросительные системы построены в основном в земляном русле и только около 15-20 % общей длины каналов оборудовано противофильтрационными облицовками, что приводит к большим потерям на фильтрацию и снижению их коэффициента полезного действия (КПД) при эксплуатации. При этом КПД большинства оросительных систем в настоящее время не превышает 0,85-0,87, то есть около 25-30 % всей воды, транспортируемой от водозабора до орошаемого поля, теряется на фильтрацию из оросительных каналов.

При низких КПД оросительных систем появляется необходимость увеличивать забор воды с водоисточника, а, следовательно, увеличивать размеры каналов и гидротехнических сооружений [1].

По данным ФГБНУ «РосНИИПМ» среднее значение КПД каналов оросительных систем в земляном русле составляет 0,821, а КПД ряда каналов в облицовке с пленочными экранами в Ростовской области, Ставропольском крае и других регионах не превышает 0,85-0,86 [2]. Эти данные свидетельствуют о низкой гидравлической эффективности и больших потерях не только на каналах в земляном русле, но и на каналах с противофильтрационными покрытиями, которые превышают допускаемые значения СП 81.13330.2012 на 5-8 % [3].

Рис. 1. - Общие потери на оросительной системе

Если общие потери на системе принять за 100 % , то они распределяются следующим образом (рисунок 1): потери на фильтрацию - 70-75 %, потери на испарение - 3-5 %, технические потери - 20-25 %.

На оросительной сети общие фильтрационные потери воды распределяются примерно так (рисунок 2) [4]:

- в магистральных каналах (МК), их ветвях, в межхозяйственных распределителях теряется около 30-35 %;

- во внутрихозяйственной оросительной сети (ОС) - от 50-55 %;

- во временных оросителях (ВО) - до 10 % [1].

Рис. 2. - Общие фильтрационные потери на оросительной системе

Так, при фильтрации из каналов (рисунок 3) происходят непроизводительные потери воды, подъем уровня грунтовых вод, подтопление и заболачивание территорий, вторичное засоление почв, а также создание аварийных ситуаций [2].

Рис. 3. - Последствия фильтрации из оросительных каналов

Для борьбы с фильтрацией из каналов оросительных систем в 80 годах прошлого столетия использовались различные противофильтрационные мероприятия: уплотнение, оглеение, кольматация глинистыми частицами и бентонитом, битумизация и цементация, воздействие химических кольматирующих веществ, а также устройство различного типа облицовок (грунтовых, бетонных, асфальтовых, каменных, кирпичных, грунтоцементных, пленочных и других) [5, 6].

Однако, несмотря на большое разнообразие существующих противофильтрационных мероприятий и различного типа облицовок, потери воды от фильтрации в оросительных системах остаются еще значительными.

В связи с этим, необходима разработка высоконадежных конструкций противофильтрационных облицовок [7, 8] оросительных каналов нового поколения, с применением геосинтетических материалов.

К таким материалам можно отнести различные геосинтетические материалы (рисунок 4): геомембраны, геотекстили, геокомпозиты, георешетки, геосетки, бентоматы, габионы, которые в различном сочетании позволяют создать противофильтрационные конструкции и способы их укладки, практически полностью исключающие потери на фильтрацию и обеспечивающие повышение КПД каналов оросительных систем до 0,97-0,98 [9]. оросительный фильтрация ирригационный конструктивный

В таблице 1 представлены основные типы противофильтрационных облицовок оросительных каналов с использованием современных геосинтетических материалов [10], их ориентировочная средняя стоимость (с учетом средней стоимости работ по устройству противофильтрационного экрана), а также показатели долговечности и водонепроницаемости той или иной конструкции.

Таблица 1 Типы противофильтрационных покрытий оросительных каналов с использованием геосинтетических материалов

Примечание: Цены на геосинтетические материалы приведены в соответствии с прайс-листом компании «Центр дорожных технологий» (на 2014 г.) и учитывая средние затраты на строительство 1 м2 экрана (15 % от стомости материалов экрана и в зависимости от видов выполняемых работ)

Бентоматы - это современный, высокоэффективный, композитный гидроизоляционный материал на основе геосинтетики и природной бентонитовой глины. Данный материал находит все большее распространение в качестве противофильтрационных покрытий оросительных каналов в России.

Конструкция противофильтрационого покрытия оросительных каналов с применением бентонитовых матов и защитным покрытием из каменной наброски представлена на рисунке 4.

Рис. 4 - Конструкция противофильтрационного покрытия оросительных каналов с применением бентоматов

Следует отметить, что приведенная на рисунке 4 конструкция противофильтрационного покрытия применялась в условиях пониженных температур и повышенной влажности (инфильтрация грунтовых вод в канал) при реконструкции участка Донского магистрального канала (ДМК) в Ростовской области [11].

Для повышения эффективности и надежности оросительных каналов, предлагается комплекс противофильтрационных мероприятий и практических рекомендаций, включающих эксплуатационные, инженерные и конструктивные мероприятия [12 - 15] (таблица 2).

Таблица 2 Комплекс мероприятий по повышению эффективности и надежности на оросительных каналах

Проведение предлагаемого комплекса мероприятий позволит повысить гидравлическую эффективность и эксплуатационную надежность оросительных каналов в среднем на 20-30 %, увеличить их КПД на 3-5 % и довести до нормативных значений (0,93-0,95 - для земляных русел;
0,95-0,98 - для облицованных каналов).

Кроме того, для повышения КПД в работе [7] разработаны высоконадежные конструкции противофильтрационных облицовок каналов, которые по своим эксплуатационным качествам превосходят отечественные аналоги: по показателям водонепроницаемости в 102-104 раз, по показателям долговечности в 2-4 раза, а зарубежные аналоги: по водонепроницаемости - в 1,5-2 раза, по долговечности на 10-15 % (таблица 4) [16].

Таблица 4 Сравнительные характеристики разработанных конструкций облицовок каналов [16] и существующих отечественных и зарубежных аналогов

На основании вышеизложенного можно выделить наиболее важные задачи для борьбы с фильтрацией из каналов оросительных систем и повышению их КПД:

- применение противофильтрационных устройств в виде облицовок и экранов, практически исключающих фильтрацию и позволяющие экономить водные ресурсы до 20-30 %;

- своевременное проведение работ по ремонту и уходу за каналами, и другим оборудованием на оросительных системах и поддержание их в технически исправном состоянии;

- применение жидких полимеров (жидкой резины, закрепителей и ионизаторов поверхности), а также бентонитового жгута для ремонта бетонных поверхностей и стыковых соединений облицовок;

Литература

1. Offengenden C.P. Lining for irrigation canals. Washington: United States Government printing office, 1963. pp. 15-65.

2. Мелиоративные системы и сооружения: СП 81.13330.2012: утв. приказом Минрегион России 29.12.11 г. № 635/2: введ. в действие с 01.01.13. М.: Минрегион России, 2012. 138 с.

3. Ольгаренко В.И., Ольгаренко Г. В., Рыбкин В. Н. Эксплуатация и мониторинг мелиоративных систем. Коломна, 2006. 391 с.

4. Косиченко Ю.М. Гидравлическая эффективность и экологическая надежность облицованных каналов // Гидротехническое строительство, 1992. №12. С. 12-17.

5. Ищенко А.В. Повышение эффективности и надежности противофильтрационных облицовок оросительных каналов: монография. Изв.вуз. Сев.- Кавк. регион. техн. науки. 2006. 211 с.

6. Косиченко Ю.М., Баев О.А. Высоконадежные конструкции противофильтрационных покрытий каналов и водоемов, критерии их эффективности и надежности // Гидротехническое строительство. 2014. № 8, с. 18-25.

7. Пат. 2523499 Российская Федерация, МПК E 02 B 3/16. Способ создания противофильтрационного покрытия с бентоматами на просадочных грунтах / Ищенко А.В., Косиченко Ю.М., Скляренко Е.О., Баев О.А. Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО НГМА. № 2012128393/13; заявл. 05.07.2012; опубл. 10.01.2014, Бюл. № 20. 6 c.

8. Косиченко Ю.М. Исследования фильтрационных потерь из каналов оросительных систем // Мелиорация и водное хозяйство. 2006. № 6. С. 24-25.

9. Перелыгин А. И., Белов А. В. Об эксплуатации крупных каналов в условиях реконструкции // Гидротехника № 2 (35), 2014. С. 50-51.

10. Щедрин В.Н., Косиченко Ю.М., Колганов А.В. Эксплуатационная надежность оросительных систем. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2004. 388 с.

11. Косиченко Ю.М., Ковчу Ю.И., Косиченко М.Ю. Вероятностная модель эксплуатационной надежности крупных каналов//Гидротехническое строительство, 2007, №12, с.39-45.

12. Щедрин В.Н., Косиченко Ю.М., Ищенко А.В., Баев О.А. Высоконадежные конструкции противофильтрационных облицовок каналов и водоемов с применением инновационных материалов // (депон. рукопись) ФГБНУ «РосНИИПМ». Новочеркасск, 2013. Рус. Деп. В ВИНИТИ 13.01.2014, № 7-В 2014. 27 c.

Аннотация

В статье приводятся данные о коэффициенте полезного действия (КПД) существующих оросительных систем, данные по потерям из каналов оросительных систем и распределению их на фильтрацию. Рассматриваются последствия, возникающие при снижении КПД и как следствие, фильтрации воды из каналов оросительных систем. Приводится ряд мероприятий по снижению потерь воды на фильтрацию из оросительных каналов, включающих: эксплуатационные, инженерные и конструктивные мероприятия.

Для повышения эффективности и надежности каналов оросительных систем, предлагается обобщенный комплекс современных мероприятий, рекомендаций и технических решений по снижению потерь воды на фильтрацию.

Ключевые слова: фильтрация, оросительная система, коэффициент полезного действия, противофильтрационные мероприятия, покрытия, облицовки, экраны, геосинтетические материалы.

Размещено на Allbest.ru