Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тема:

Обоснование мероприятий по уменьшению фильтрационных потерь из водохранилищ и каналов в условиях Сирии

Мохамад Раиан

Москва - 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Февралев Аркадий Валентинович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Жарницкий Валерий Яковлевич

Доктор технических наук, профессор Правдивец Юрий Петрович

Ведущая организация: ЗАО Производственное объединение «СОВИНТЕРВОД»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства».

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент Евдокимова И.М.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Сирия обладает благоприятным климатом, позволяющим получать не менее двух урожаев в год; здесь имеются обширные плодородные земли; сельское хозяйство Сирии насчитывает положительный многовековой опыт производства различных сельскохозяйственных культур.

Однако сельскохозяйственное производство осложняется нехваткой воды в вегетативный период. Поэтому ее приходится запасать во время зимних паводков во множестве водохранилищ, а затем использовать для орошения.

Сосредоточение воды в водохранилищах, передача ее по каналам на поля сопровождаются значительными фильтрационными потерями, уменьшающими обеспеченность водой орошаемых угодий. В результате снижаются площади орошения и производство сельскохозяйственной продукции.

Поэтому разработка и обоснование мероприятий по уменьшению фильтрационных потерь является для Сирии весьма актуальным.

Целью исследований явилась разработка методики обоснования мероприятий по уменьшению фильтрационных потерь из водохранилищ и каналов в условиях Сирии.

Основные задачи диссертационных исследований:

? провести обзор и анализ мероприятий по уменьшению фильтрационных потерь, из которых выбрать наиболее приемлемые для условий Сирии;

? изучить физико-математические модели для оценки фильтрационных потерь;

? разработать цифровые модели фильтрации из водохранилищ и каналов применительно к условиям Сирии;

? составить численную аппроксимацию этих моделей и предложить компьютерную программу для её реализации;

? провести натурные наблюдения фильтрационного режима для сравнения результатов этих наблюдений и компьютерных фильтрационных расчетов;

? разработать методику технико-экономического обоснования оптимальных вариантов противофильтрационных мероприятий;

- выполнить расчеты по обоснованию противофильтрационных мероприятий гидроузла Кастун; гидроузла Афамия, состоящим из трех водохранилищ; мелиоративного канала G3.

Научная новизна исследований состоит в разработке методики обоснования противофильтрационных мероприятий в гидротехнических сооружениях Сирии, в частности:

? разработаны цифровые трехмерные модели водохранилищ и мелиоративных каналов;

? разработана компьютерная программа расчета фильтрационных потерь;

? выполнены расчеты фильтрационных потерь для конкретных объектов в Сирии;

? проведено натурное исследование фильтрационного режима гидроузла Кастун и мелиоративного канала G3;

? разработана методика технико-экономического анализа противофильтрационных мероприятий;

? обоснованы на основе фильтрационных и технико-экономических расчетов оптимальные противофильтрационные мероприятия для гидроузлов Кастун и Афамия, а также мелиоративного канала G3.

Практическое значение работы заключается в том, что на основе ее результатов могут быть обоснованы противофильтрационные мероприятия в сооружениях гидроузлов Сирии, существенно уменьшающие фильтрационные потери и увеличивающие в связи с этим площадь орошаемых земель.

Результаты работы могут быть использованы при проектировании, строительстве и эксплуатации гидротехнических объектов в Сирии.

Внедрение. Результаты исследований внедрены на гидроузле Кастун, Афамия и канале G3: предложены мероприятия по уменьшению фильтрационных потерь, которые реализуются в период строительства.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований докладывались: в Организации водных ресурсов бассейна реки Альаси в 2005 г. (г. Хама, Сирия); в университете Халеб, на кафедре мелиорации, в 2006 г. (г. Халеб, Сирия); на международных научно-промышленных форумах «Великие реки - 2005», «Великие реки - 2006», «Великие реки - 2007» (г. Нижний Новгород, Россия); на кафедре гидротехнических сооружений Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета в 2009 г. (г. Нижний Новгород, Россия) и Московского государственного университета природообустройства в 2009 г. (г. Москва, Россия).

На защиту выносятся:

? цифровые трехмерные модели гидроузлов Кастун и Афамия, а также мелиоративного канала G3;

? компьютерные программы расчета фильтрационных потерь;

? методика и результаты расчетов фильтрации из водохранилищ и каналов;

? результаты натурных исследований фильтрационного режима на гидроузле Кастун и мелиоративном канале G3;

? выбор оптимальных противофильтрационных мероприятий для гидроузлов Кастун и Афамия, а также мелиоративного канала G3.

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных трудах, в том числе в двух журналах, рекомендованных ВАК России для публикации результатов диссертационных исследований.

Структура и объем диссертации. Объем диссертационной работы составляет 196 с., включая аннотацию, введение, 5 глав с 63 рисунками и 40 таблицами, заключение, список литературы из 179 наименований и приложение.

Основное содержание работы

Во введении определены актуальность темы, научная и практическая значимость диссертационных исследований.

В главе 1 дается характеристика современного состояния исследований фильтрационных потерь, приводится обзор научно-технической литературы по вопросам фильтрационных потерь из водохранилищ и каналов, обозначаются причины фильтрационных потерь и их влияние на водное хозяйство Сирии. Рассматриваются вопросы противофильтрационных мероприятий в гидротехнических сооружениях, в плотинах и их основаниях, в водохранилищах и в каналах.

Вопросам фильтрации и фильтрационных потерь посвящены труды М.Е. Альтовского, В.И. Аравина, В.Д. Бабушкина, Ф.М. Бочевера, В.В. Ведерникова, Н.Н. Веригина, Н.К. Гиринского, М.М. Гришина, Е.А. Замарина, Г.Н. Каменского, В.В. Малаханова, Н.Т. Мелещенко, А.М. Мхитаряна, С.Н. Нумерова, В.П. Недриги, Ф.Б. Нелсон-Скорнякова, Н.Н. Павловского, П.Я. Полубариновой-Кочиной, Л.Н. Рассказова, И.С. Румянцева, П.Ф. Фильчакова, Р.Р. Чугаева, В.М. Шестакова, Д.В. Штеренлихта, M.M. Ahmad, H.H. Walid, H.F. Wang, H.M. Alt, H.R. Cedergren, P.A. Domenico и др.

Делается вывод о том, что на сегодняшний день недостаточно изученной является проблема обоснования противофильтрационных мероприятий и выбора оптимальных мероприятий. Особенно важно решение этой проблемы для условий Сирии, так как для неё характерны значительные фильтрационные потери в силу специфических инженерно-геологических (аномальные зоны, ухудшающие фильтрационные условия ложа водохранилищ), гидрогеологических (в частности, низкий уровень подземных вод), гидрологических условий, а также нарушение проектных и технологических требований при производстве работ.

Водное хозяйство Сирии испытывает существенную нехватку воды, особенно в вегетационный период. Это обстоятельство снижает эффективность производства сельскохозяйственных культур, уменьшает объемы производства и т.п.

Одним из путей повышения водообеспеченности сельского хозяйства в условиях Сирии является накопление воды в водохранилищах сезонного регулирования в зимний и весенний период и использование накопленной воды для полива во время развития сельхозкультур.

Однако накопление воды и передача ее по ирригационным каналам приводит к существенным фильтрационным потерям. Для снижения этих потерь применяются различные противофильтрационные мероприятия, из которых для условий Сирии наиболее предпочтительными являются:

в грунтовых плотинах:

? экраны из глинистых материалов, при глубоком залегании водоупора - в сочетании с понуром; ядра из глинистых грунтов; экраны из полимерных материалов;

в основании водохранилищ

? инъекционные завесы, в частности, цементные и глинисто-цементные завесы; буробетонные завесы; экраны из глинистых материалов;

в мелиоративных каналах

? полимерные пленки; бетонные и железобетонные облицовки; асфальтобетонные облицовки.

Наличие большого количества противофильтрационных мероприятий требует выбора наиболее целесообразных из них в условиях конкретных гидротехнических сооружений. Очевидно, что такой выбор должен учитывать снижение фильтрационных потерь, что, в свою очередь, требует расчета последних.

Поэтому целью настоящих диссертационных исследований является разработка методики обоснования противофильтрационных мероприятий, учитывающей реальные инженерно-геологические, гидрогеологические, гидрологические условия водохранилищ и/или ирригационных каналов, конструктивные особенности гидротехнических сооружений (гидроузлов), режимы наполнения-сработки и другие особенности конкретных объектов для условий Сирии.

В главе 2 даются теоретические основы определения фильтрационных потерь, описывается физическая и математическая модель фильтрации в гидротехнических сооружениях. Рассмотрены причины и виды фильтрации, фильтрационные свойства грунтовых материалов, при этом обращается большое внимание на причины значительных фильтрационных потерь в условиях Сирии. Изучена математическая сторона определения фильтрационных потерь, приведены дифференциальные уравнения фильтрации, начальные и граничные условия, условия однозначности.

В диссертации рассматривается ламинарная фильтрация по закону Дарси, неустановившийся режим движения воды; трехмерная модель фильтрации; где коэффициенты переноса зависят от координат, времени и температуры воды, условия фильтрации анизотропные.

Для нестационарного режима фильтрации, кроме условий на границах, задаются начальными условиями.

Для фильтрационных задач разработана цифровая модель гидротехнических объектов, представляющая собой область фильтрации с соответствующими границами, характеристиками грунтов, гидрогеологическими условиями, характеристиками гидросооружений, уровнями верхнего и нижнего бьефов и т.п.

Условия на границах задаются следующим образом:

- на верхней границе модели в пределах водных объектов

h = h (x, y, z, t); (1)

где h - пьезометрический напор;

x, y, z - декартовы координаты, причем z - аппликата (вертикальная);

t - время;

- на боковых границах принимаются следующие условия

(2)

- на свободной поверхности грунтовых вод

, h = z,(3)

здесь z - высота поверхности депрессии;

- на границах водных бассейнов

h = h(t). (4)

Начальные условия:

начальные фильтрационного состояния задается в виде некоторого распределения пьезометрического напора:

h (x, y, z, t = 0) = h(x, y, z) (5)

Расход фильтрационного потока определятся по формуле

Q = ??_F Vdf, (6)

где F - площадь ложа водохранилища под водой;

V - скорость фильтрации

V= (7)

Проекции скорости фильтрации

V_X = - k, V_Y= - k , V_Z = - k, (8)

Пьезометрический напор определяется уравнением, записываемым для пространственной нестационарной задачи в виде

(k ) + (k )+ (k ), (9)

где в - коэффициент водоотдачи.

Объем фильтрационных потерь определяется по формуле:

(10)

В главе 3 предложена методика расчетов фильтрационных потерь. Для решения используется численный метод конечных разностей. Он заключается в замене уравнений (6)…(10) конечно-разностными аналогами по неявной схеме:

а) фильтрационный расход определяется по формуле:

; (11)

б) пьезометрический напор определяется по зависимости:

, (12)

где h - пьезометрический напор в момент времени t; - то же, в момент времени t+Дt; G₁…G₆ - коэффициент вида

(13)

в) проекции скорости фильтрации определяются формулами типа

(14)

г) Объем фильтрационных потерь определяется по формуле:

(15)

Краевые условия также представляются в разностной форме.

Разработан алгоритм численного расчета неустановившейся пространственной фильтрации.

Решение системы разностных уравнений (12) осуществляется методом итераций (последовательных приближений), для чего разработана и реализована программа для ЭВМ на языке Visual Basic 6.0.

Выполнение программы начинается с ввода исходной информации: механических и фильтрационных характеристик грунтов, размеров расчетной области, временных шагов, периода расчетов (в реальном времени), начальных и граничных условий и т.п.

Затем производится итерационное вычисление напора в узлах разностной сетки с контролем сходимости по формуле

, (16)

где s ? номер итерации; е_Н ? заданная точность вычисления напора, а также количества итераций по зависимости

s?s_Н, (17)

где s_Н - задаваемый предел количества итераций напора.

Вычисление напора заканчивается или при достижении заданной точности по (17) или при исчерпании количества итераций. В последнем случае выполнение программы может быть прервано с сообщением о том, что решение расходится. При достижении сходимости расчетов напора производится вычисление фильтрационного расхода.

На рисунке 1 приводится пример результатов расчета.

В главе 4 разработана методика обоснования противофильтрационных мероприятий. Методика состоит из несколько блоков: составление характеристики объекта; выбор расчетной области; разработка цифровой пространственной модели; представление расчетной области в разностной форме; ввод данных в программу; счет на компьютере; получение результатов и их интерпретация; выполнение технико-экономических расчетов; выбор оптимального мероприятия.

Выбор мероприятия осуществляется по минимуму стоимости противофильтрационного мероприятия и стоимости потерянной воды по формуле:

, (18)

где Ks ? стоимость элемента противофильтрационного мероприятия;

С - цена потерянной воды, принимаемая равной цене воды на орошение;

W - объем фильтрационных потерь за предполагаемый период эксплуатации гидроузла;

n - количество мероприятий;

i - номер элемента.

Глава 5 посвящена обоснованию противофильтрационных мероприятий для сокращения фильтрационных потерь из водохранилищ и каналов в условиях Сирии.

Гидроузел Кастун. Плотина гидроузла создана из каменно-грунтовых материалов; её максимальная высота 15 м; в теле плотины ? противофильтрационное ядро из глинистых грунтов; длина плотины по гребню 1600 м, отметка гребня 217 м абс. Полный объем водохранилища 0,027 км³, площадь водной поверхности (при НПУ) ? 3,4 км². Водохранилище используется для ирригации сельскохозяйственных земель.

Приводится цифровая трехмерная модель гидроузла Кастун (рисунок 2).

Построение объемной модели гидроузла Кастун было выполнено на основе использования данных инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий. Модель имеет размеры 10250 х 12750 х (215 - 170 м). Она была аппроксимирована разностной сеткой с размерами ячеек, не превышающими 15 м. Общее количество узлов сетки ? 528308.

Одной из особенностей гидроузла Кастун является наличие зон со значительными коэффициентами фильтрации - аномальных зон (рисунок 3). Фильтрационные аномалии установлены как на правом, так и на левом бортах - эти аномалии А₁, А₂, А₃, А₄, А₅, А₆, А₇,. Особого внимания заслуживают аномалии, выявленные в приплотинной части - аномалии А₈, А₉, А₁₀, как показано на рисунке 3.

Для оценки водного баланса водохранилища автором были организованы натурные наблюдения, которые проводились в 2007 г.

Были оборудованы гидрометрические посты у ирригационного водовыпуска и на водохранилище (для измерений уровня воды); пункты наблюдений за испарением и за приходными водами; для определения уровня подземных вод сооружены пьезометры.

Результаты натурных наблюдений были сопоставлены с результатами расчетов фильтрационного режима гидроузла Кастун без противофильтрационных мероприятий (таблица 1).

Как следует из этой таблицы, результаты расчетов достаточно близки результатам натурных наблюдений. Это подтверждает достоверности расчетов.

Таблица 1

Сравнение результатов расчетов с натурными наблюдениями

Фильтрационные потери	Объем	Разность объемов по расчету и по наблюдениям
	млн. м3/год	% от полного объема водохранилища	млн. м3/год	% от полного объема водохранилища
По наблюдениям	7	25,93	1,6	5,93
По расчету	8,6	31,85

Результаты предварительных расчетов гидроузла Кастун показали, что фильтрационные потери составляют 8,6 млн. м³/год, т.е. 31,82% полного объема водохранилища; эти потери значительные. Для уменьшения фильтрационных потерь предлагаются 5 вариантов противофильтрационных мероприятий:

мероприятие 1 - экраны из глины на поверхностях аномалий и глинисто-цементная завеса в основании плотины;

мероприятие 2 экраны из глино-силикатных материалов на поверхностях аномалий и глинисто-цементная завеса в основании плотины;

мероприятие 3 экраны из полиэтиленовых материалов на поверхностях аномалий и глинисто-цементационная завеса в основании плотины;

мероприятие 4 экраны из глины материалов на поверхностях аномалий и цементационная завеса в основании плотины;

мероприятие 5 экраны из полиэтиленовых материалов на поверхностях аномалий и цементационная завеса в основании плотины.

Для каждого варианта были выполнены расчеты фильтрационного режима гидроузла по разработанной компьютерной программе.

Результаты расчетов фильтрационных потерь при разных мероприятиях даны на рисунке 4 и в таблице 2.

Выбор оптимального мероприятия при цене фильтрационных потерь, равной стоимости воды для орошения 1,2 фунт/м³, и при сроке эксплуатации гидроузла 40 лет, дан в таблице 3. Как видно из таблицы 3, оптимальное мероприятие - это мероприятие 3, имеющее наименьшую общую стоимость.

Таблица 2

Фильтрационные потери из водохранилища Кастун

Мероприятия	Годовые фильтрационные потери, млн. м3
Без учета мероприятий	8,6
При устройстве мероприятия 1	5,2
При устройстве мероприятия 2	4,6
При устройстве мероприятия 3	3,7
При устройстве мероприятия 4	4,2
При устройстве мероприятия 5	3,3

Из таблицы 2 видно, что минимальные фильтрационные потери происходят при мероприятии 5, а оптимальный вариант это мероприятие 3 как доказано в таблице 3.

Таблица 3

Затраты по мероприятиям с учетом стоимости фильтрационных потерь из водохранилища Кастун

Мероприятие	Стоимость, млн. сирийских фунтов
	мероприятия	потерянной воды	общая
1	373,345	832	1205,4
2	408,345	736	1144,345
3	452,03	592	1044,1
4	632,156	672	1304,2
5	710,816	528	1238,816

Гидроузел Афамия. Гидроузел (рисунок 5) состоит из трех плотин А, В, С, семи насосных станций, трех водосбросов, магистрального канала PAF, канала G и трех водохранилищ А, В, С. Основные параметры сооружений гидроузла показаны в таблице 4.

Таблица 4

Характеристики гидроузла Афамия

Водохранилище	Афамия А	Афамия В	Афамия С
Тип плотины	Каменно-земляная с глинистым ядром
Высота плотины, м	40,0	55,0	50,5
НПУ, м	240	280	280
УМО, м	205	243	242
Полный объем, 106 м3	20,0	37,0	22,5
Мертвый объем, 106 м3	0,45	0,95	0,5
Площадь при НПУ, 104 м2	187	282	125
Площадь при УМО, 104 м2	60,86	91,838	40,7

Создана цифровая трехмерная модель гидроузла Афамия (рисунок 6).

Выделяются 3 инженерно-геологических элемента (рисунок 6). Грунтовые воды представлены двумя водоносными горизонтами. Первый (от поверхности) горизонт находится на отметках 220-230 м над уровнем моря, второй горизонт ? на отметках 175-185 м. Абсолютные отметки поверхности рельефа на участке модели изменяются от 298 м на водоразделе до 220 м в районе русла реки Альаси.

Результаты фильтрационных расчетов показали, что фильтрационные потери составляют 13,87 млн. м³/год, то есть 17,45% полного объема водохранилища, эти потери значительные.

Для уменьшения фильтрационных потерь предлагаются 4 варианта противофильтрационных мероприятий на поверхностях аномальных зон и в основании плотин.

Мероприятие 1 экраны из глинистых грунтов на поверхностях аномалий и инъекционная глинисто-цементная завеса в основании плотины В;

мероприятие 2 экраны из глино-силикатных материалов на поверхности аномалий и инъекционная глинисто-цементационная завеса в основании плотины В;

мероприятие 3 экраны из полиэтиленовых материалов на поверхности аномалий и инъекционная глинисто-цементная завеса в основании плотины В;

мероприятие 4 экраны из глинистых грунтов на поверхности аномалий и инъекционная цементационная завеса в основании плотины В.

Результаты расчетов фильтрационных потерь при разных мероприятиях даны на рисунке 7 и в таблице 5.

Выбор оптимального мероприятия при цене потерянной на фильтрацию воды, принимаемой равной стоимости воды для орошения 1,2 фунт/м³, и при сроке работы гидроузла 40 лет, дан в таблице 6. Как видно из таблицы 6, оптимальное мероприятие - это мероприятие 3, которое экономит 8,22 % полного объема водохранилищ, что дает возможность орошения дополнительно 730 га/год.

фильтрационный модель водохранилище сирия

Таблица 5

Фильтрационные потери гидроузла Афамия

Мероприятия	Объем фильтрационных потерь, млн. м3/год
Без учета мероприятий	13,870
При устройстве мероприятия 1	10,0375
При устройстве мероприятия 2	9,125
При устройстве мероприятия 3	7,3
При устройстве мероприятия 4	9,673

Таблица 6

Сравнение затрат противофильтрационных мероприятий с учетом стоимости фильтрационных потерь гидроузла Афамия

Мероприятие	Стоимость, млн. сирийских фунтов
	мероприятия	потерянной воды	общая
1	720	1606	2326
2	810	1460	2270
3	891	1168	2059
4	1220	1536	2756

Ирригационный канал G3. Из водохранилища Кастун выходит ирригационный канал G3 трапецеидального поперечного сечения. Канал проложен в грунте с коэффициентом фильтрации грунта 2,5 м/сутки; длина канала 960 м. Расход канала 3,5 м³/с, ширина русла 3,25 м, средняя глубина русла 1,5 м. Канал работает во время ирригации в течение трех месяцев.

Результаты расчетов фильтрационных потерь из канала G3 показали, что они достигают 0,7 м³/с, т.е. 20% расхода канала. В периоде работы канала (90 суток) фильтрационные потери составляют 5,443 млн. м³.

Для уменьшения фильтрационных потерь из канала предлагаются различные способы снижения фильтрационных потерь из канала:

- мероприятие 1 бетонная одежда толщиной 0,15 м, k = 0,0007 м/сут.;

- мероприятие 2 асфальтобетонные облицовки толщиной 7 см, k = 0,0004 м/сут.;

- мероприятие 3 полимерные пленки из полиэтилена толщиной 0,2 мм, k = 2 10^-8 м/сут.;

- мероприятие 4 - облицовка из глинистых материалов толщиной 0,5 м; k = 0,003 м/сут.

Для выбора оптимального мероприятия выполнены технико-экономические расчеты с учетом стоимости потерянной воды за период эксплуатации гидроузла (40 лет). Цена потерянной на фильтрацию воды принимается равной стоимости воды для орошения - 1,2 фунт/м³.

Сезонные фильтрационные потери проведены в таблице 7. Результаты технико-экономических расчетов указаны в таблице 8.

Таблица 7

Фильтрационные потери из канала G3

Мероприятия	Фильтрационные потери
	м3/сут	м3/сезон
Без мероприятий	60480	5443200
При мероприятии 1	6055,65	545000
При мероприятии 2	7257,6	653184
При мероприятии 3	4536	408240
При мероприятии 4	27216	2449440

Минимальные фильтрационные потери из канала происходят при мероприятии 3. Сезонные фильтрационные потери из канала составляют 20% от общего расхода без мероприятий; 2% от общего расхода при мероприятия 1; 2,4% от общего расхода при мероприятия 2; 1,5% от общего расхода при мероприятии 3; 9% от общего расхода при мероприятии 4.

Таблица 8

Сравнение затрат в мероприятия с учетом стоимости потерянной воды из канала G3

Мероприятие	Стоимость, млн. сирийских фунтов
	мероприятия	потерянной воды	общая
1	7,44	87,2	94,64
2	3,84	104,5	108,34
3	6,07	65,31	71,38
4	1,68	391,9	393,58

Анализ этих результатов показывает что, минимальные затраты происходят при устройстве мероприятия 3. Поэтому рекомендуется применить мероприятие 3, которое сэкономит 18,5 % от общего расхода в течение рабочего сезона канала.

Для определения влияния толщины облицовки канала на фильтрационные потери воды сделаны расчеты для бетонной и асфальтобетонной облицовок ирригационного канала G3. Результаты расчетов показаны в таблице 9.

Таблица 9

Влияния толщины облицовки канала на фильтрационные потери

Материал облицовки	Коэффициент фильтрации облицовки, м/сут	Расход фильтрационных потерь (м3/сутки) при толщине облицовки, м
		0,10	0,12	0,14	0,16	0,18
Бетон	0,0007	6652,8	5443,2	4838,4	4233,6	3628,8
Асфальтобетон	0,0004	3606,3	3024	2721,6	2419,2	2116,8

На основании данных таблицы 9 получены зависимости Q_ф=f(б) (рисунок 8).

Полученные закономерности дают возможность при разной толщине и материалах облицовки определить степень уменьшения фильтрационных потерь, установить КПД канала, а также в процессе эксплуатации определить сэкономленное количество оросительной воды за вегетационный период.

В приложении помещены документы о практическом использовании результатов исследований и программа для ЭВМ.

Заключение

Проведенные в диссертационной работе исследования позволили сформулировать следующие выводы.

1. На основе анализа противофильтрационных мероприятий выбраны наиболее целесообразные для условий Сирии: глинистые экраны, экраны из полимерных материалов, грунтовые экраны - для плотин; цементационные завесы - в основании водохранилищ; облицовки из полимерных материалов, бетона и асфальтобетона - для каналов.

2. Составлена физико-математическая модель фильтрационных процессов, основанная на законе Дарси, при зависимости коэффициента фильтрации от температуры, для пространственных условий и неустановившемся режиме, при наличии существенных фильтрационных аномалий, характерных для условий Сирии.

3. Выбрана система дифференциальных уравнений фильтрационного режима, для которой разработана численная аппроксимация на основе метода конечных разностей. Система разностных уравнений решается методом итераций по разработанной на алгоритмическом языке Visual Basic 6.0 компьютерной программе.

4. Разработана методика и проведены натурные исследования фильтрационного режима, которые показали, что в условиях Сирии фильтрационные потери могут доходить до 30 и более процентов объема водохранилищ и до 20 % сезонного объема стока каналов. Сравнение результатов натурных исследований и результатов расчетов показало достоверность предложенной методики расчетных исследований.

5. Разработаны цифровые пространственные модели гидротехнических сооружений, включающие выбор размеров исследуемой области, аппроксимацию инженерно-геологических, гидрогеологических, геоморфологию этой области, конструкцию гидротехнических сооружений и противофильтрационных устройств.

6. Разработана методика технико-экономического выбора противофильтрационного мероприятия. Суть методики состоит в расчете фильтрационных потерь, капитальных затрат в мероприятие, стоимости потерянной за счет фильтрации воды и сравнении общих затрат при различных мероприятиях. Оптимальным считается мероприятие, дающее минимум суммы затрат на создание мероприятия и стоимости фильтрационных потерь.

7. Описанная методика применена для гидроузлов Кастун, Афамия, ирригационного канала, что позволило обосновать оптимальные противофильтрационные мероприятия для этих объектов.

8. Результаты диссертационной работы опубликованы, доведены до практического применения, апробированы и могут быть использованы при исследовании, проектировании, эксплуатации водохранилищ и каналов Сирии.

Список публикаций по теме диссертации

1. Мохамад, Р.М. Определение фильтрационных потерь гидроузла Афамия в Сирийской Арабской республике [Текст] / Р.М. Мохамад // Изв. вузов. Сер. «Строительство». - 2008. - №9. - С. 46-51.

2. Мохамад, Р.М. Влияние противофильтрационных мероприятий на фильтрационные потери из водохранилища Кастун [Текст] / Р.М. Мохамад // Приволж. науч. журн. - 2009. - №1. - С. 71-77.

3. Мохамад, Р.М. Проблемы водного хозяйства и гидротехнического строительства в Сирии [Текст] / Р. М. Мохамад // Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2005. - С. 272-276.

4. Мохамад, Р.М. Физико-математическая модель фильтрационного режима гидроузла Афамия в Сирийской Арабской Республике [Текст] / Р.М. Мохамад // Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2007. - С. 212-224.

5. Мохамад, Р.М. Физико-математическая модель фильтрационного режима гидроузла Кастун на реке Аль аси в Сирии [Текст] / Р.М. Мохамад // Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2006. - С. 265-268.

6. Мохамад, Р.М. Проблема воды на ближнем востоке: партнерство или конфликт [Текст] / Р.М. Мохамад // Великие реки-2005: тез. докл. междунар. конгр. / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2005. - С. 374-375.

7. Мохамад, Р.М. Использование водных ресурсов гидроузла Афамия в бассейне р. Аль-Аси в Сирийской Арабской республике [Текст] / Р.М. Мохамад // Великие реки-2007: тез. докл. междунар. конгр. / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2007. - С. 57-58.



а)

б)

Рисунок 1 Изменение фильтрационных потерь в течение года из водохранилища Кастун; а) ход уровня водохранилища; б) кривая фильтрационных потерь

Рисунок 2 - Пространственная модель гидроузла Кастун

1 - глины мергелисто-известковистые; 2 - глины известковистые; 3 - суглинки и глины коричневые, плотные, тугопластичные с включением глыб, щебня и дресвы до 30%; 4 - пески разнозернистые, рыхлые, с гравием и галькой; 5 - глины коричневые, тугопластичные, местами полутвердые с содержанием дресвы до 10%; 6 - гальки и гравий известняков; 7 - водохранилище Кастун; 8 - фильтрационные аномалия; 9 - плотина; 10 - река Альаси; 11 - начальное положение уровня подземных вод.

Рисунок 3 Зоны водохранилища Кастун

1 первая зона k = 0,2 м/сут.; аномальные зоны: 2 вторая зона k = 9 м/сут.; 3 третья зона k = 8,5 м/сут.; 4 четвертая зона k = 8 м/сут.; 5 пятая зона k = 6,5 м/сут. (k - коэффициент фильтрации).

Рисунок 4 - Изменение фильтрационных потерь из водохранилища Кастун. 1 - без противофильтрационных мероприятий; 2, 3, 4, 5, 6 - при противофильтрационных мероприятиях 1, 2, 3, 4, 5.

Рисунок 5 - План гидроузла Афамия

1 плотина А; 2 плотина В; 3 плотина С; А водохранилище А; В водохранилище В; С водохранилище С; 4 фильтрационные аномалии; 5 ковшовый водосброс

Рисунок 6 - Пространственная модель гидроузла Афамия

1 - пески разнозернистые, рыхлые, с гравием и галькой; 2 - глины известковистые; 3 - суглинки и глины коричневые, плотные, тугопластичные с включением глыб, щебня и дресвы до 30 %; 4 - плотина А; 5 - водохранилище А; 6 - плотина В; 7 - водохранилище В; 8 - плотина С; 9 - водохранилище С; 10 - фильтрационные аномалии; 11 начальное положение уровня подземных вод

Рисунок 7 - Изменение фильтрационных потерь гидроузла Афамия

1 - без противофильтрационных мероприятий; 2,3,4,5 - при противофильтрационных мероприятиях 1, 2, 3, 4.

Рисунок 8 - Зависимости фильтрационных потерь от толщины облицовки ирригационного канала G3

Размещено на Allbest.ru

...