1. Классификация потерь воды на водохозяйственных системах. Способы определения фильтрации и коэффициента полезного действия водопроводящей сети.

Многие из существующих водопроводящих систем, и в первую очередь оросительных, по данным исследований, имеют низкий коэффициент полезного действия - 0,50—0,55. Это означает, что около половины забирае­мой для орошения воды в процессе доставки ее на поля теряется на испарение, фильтрацию, утечку по техни­ческим причинам через сооружения и др.

Потери воды на испарение незначительны и, по данным А.Н. Костякова, вместе с эксплуатационными (утечка через щиты, прорывы дамб, валиков и др.) не превышают 2—3% расхода воды в каналах. Наибольшее количество ее (65—70% суммы потерь) теряется на фильтрацию. Второе место по вели­чине занимают потери из-за не квалифицированного водополь­зования или по техническим причинам.

Потери воды на открытых водохозяйственных системах включают фильтрацию, технические потери и испарение с водной поверхности. Общие потери оросительной воды на системе определяются по формуле:

S₀ = Sф + Sт + Е

Где, Sф - потери воды на фильтрацию, м3 /с;

Sт - технические потери, м3/с;

Е - потери на испарение с водной поверхности, м/с.

Технические потери

Sт = Sмх+ Sвх+ Sво+ Sпб+ Sп+ Sин+ Sу+ Sи

Где,

Sмх, Sвх, Sво, Sпб, Sп — потери на не планируемый сброс соответственно постоянных каналов на межхозяйственной и внутрихозяйственной сетях, временных оросителей, поливных борозд и орошаемых полей, м3/с;

Sин — инфильтрация за пределы расчетного слоя почвы, м3/с;

Sу — утечки через затворы гидротехнических сооружений, кротовины, промоины и др.. м3/с;Sи — потери испарение искусственного дождя, м3/с.

Потери на испарение с водной поверхности можно вычислить по формуле А. Н. Костякова:

Е=0,0116 he (α + 2φ)

где Е - потери на 1 км длины, м3/с;

h — глубина воды в канале, м;

е — слой испарившейся воды за сутки, м;

α —отношение ширины к глубине воды в канале;

φ— заложение откосов.

Основные потери на открытых водопроводящих системах приходятся на фильтрацию в дно и откосы канала. Потери необходимо определять для установления коэффициентов полезного действия (КПД) каналов с целью определения расходов брутто по системе и выбора наиболее эффективных противофильтрационных мероприятий. Если общие потери на системе принять за 100 %, то они распределяются примерно в такой пропорции: фильтрация каналов — 65—70 % (иногда 80 %), технические потери — 20-30%, потери на испарение с водной поверхности — 2,5 %. При оптимальной организации службы эксплуатации технические потери должны быть сведены до минимума. Потери на фильтрацию вызывают:

• дополнительные затраты на увеличение забора воды в систему;

• повышение мощности насосных станций, пропускной способности каналов и сооружений;

• ухудшение мелиоративного состояния орошаемых земель и, как следствие, уменьшение урожайности сельскохозяй­ственных культур и снижение эффективности орошаемого гекта­ра.

Потери на фильтрацию должны планомерно снижаться за счет проведения различных мероприятий.

На закрытых системах технические потери определяются по следующей формуле

Sт = Sп+ Sин+ Sу+ Sи

Где Sу — утечки в закрытой сети м3/с.

Фильтрационные потери в каналах зависят от водо­проницаемости грунтов, длины каналов и пропускаемых расходов воды. Немаловажное значение оказывает тех­ническое состояние каналов, особенно состояние ложа, степень зарастания их растительностью и другие экс­плуатационные показатели. Больше всего теряется воды в земляных руслах в начальный период их работы. В последующем, по мере уплотнения ложа и естественной кольматации каналов, фильтрационные потери резко уменьшаются.

Потери воды на фильтрацию в различных по назна­чению каналах распределяются крайне неравномерно. Наибольшая величина их приходится на каналы внутрихозяйственной сети. По данным исследований, в посто­янных каналах хозяйственной сети теряется от 55 до 65%, а в каналах временной оросительной сети — до 10% общего объема потерь воды на оросительной сис­теме. Высокий удельный вес потерь воды на фильтра­цию в хозяйственной сети объясняется большой протя­женностью этих каналов. На их долю приходится при­мерно 75% всей постоянной сети на оросительных сис­темах. Существенное влияние на, увеличение потерь ока­зывает периодичность действия многих каналов (участ­ковые распределители, отдельные ветви хозяйственных каналов) во время поливов, малые расходы воды в них, а также сравнительно низкий пока еще уровень технической эксплуатации внутрихозяйственной сети.

Фильтрационные воды увеличивают приходные статьи водного баланса, вследствие чего при больших потерях наблюдается прогрессирующий подъем уровня грунтовых вод с последующим ухудшением мелиоративного состояния орошаемых земель. Кроме того, при больших потерях воды на фильтрацию возрастает мощность водозабора, размеры каналов и сооружений, что в конечном счете приводит к повышению стоимости их строительства и удлинению срока окупаемости оросительных систем.

Общий коэффициент полезного использования воды на системе представляет собой отношение полезного потребления к количеству воды, забираемой для этой цели из источника орошения:

ηс = Wнт / (Wнт + Wпот)

где Wнт — водопотребление на единицу продукции за минусом используемых естественных влаги, м3/га;

Wбр = Wнт + Wпот — объем воды, забираемой в голове системы за установленный период, м3/га.

Wпот – общие технологические и фильтрационные потери в транспортирующей и водораспределетельной сети, м3/га, которые определяются в ходе производственных исследований или на стадии проектирования..

В общем виде коэффициент полезного использования воды на системе определяется по формуле

ηс= ηмх * ηтр* ηвх* * ηi

где ηi — КПД транспортирующих элементов межхозяйственной и внутрихозяйственной сети.

Методы определения потерь разделяют на две группы: первая (гидрометрический и геофизический) основана на измерении скорости течения в отдельных точках живого сечения потока и его площади, вторая (объемный, балансовый, точечных фильтро-меров, с помощью меченых атомов) — на непосредственном определении потерь.

Гидрометрический метод заключается в определении потерь по разности расходов в двух смежных гидрометрических створах в результате замера площади живого сечения и определения средней скорости движения потока. Применяют его для всех каналов межхозяйственной и внутрихозяйственной сетей. Измеряют потери воды в канале при установившемся режиме его работы и закрытых отводах.

Сначала выбирают участок канала для организации постоянного или временного водомерного поста. Этот участок канала должен отражать гидравлический режим потока в канале и удовлетворять следующим требованиям: дно и откосы канала должны быть достаточно устойчивыми; подпор независимо от причин его возникновения должен отсутствовать; участок должен быть прямолинейным, длиной не менее пятикратной ширины канала; пост должен быть оборудован гидрометрическим мостиком, приборами для измерения уровня воды и постоянными знаками (реперами).

При проведении полевых работ руководствуются следующими общими правилами:

• расход воды на нижерасположенных постах измеряют с уметом времени добегания потока;

• режим водного потока в канале при проведении работ должен быть устойчивым. В период измерения не допускается перерегулировка расходов и уровней;

• все водовыпуски из канала и в сбросы при измерении потерь на исследуемом участке перекрывают;

• измерение расхода в данном отводе при наличии тока воды через пазы закрытого затвора обязательно;

• в отдельных случаях при отсутствии возможности учета просочившейся воды через в отдельных случаях при отсутствии возможности учета просочившейся воды через пазы закрытого сооружения рационально на время измерения потерь обеспечить в отводе пропуск воды с расходами, достаточными для точного их измерения.

Скорость течения измеряют гидрометрической вертушкой в отдельных точках на выбранных скоростных вертикалях, число которых зависит от ширины канала и глубины воды в нем.

Метод определения потерь воды на фильтрацию с помощью фильтрационных колонн наиболее приемлем при решении ряда водохозяйственных вопросов, связанных с локальным определением потерь воды на фильтрацию из действующих каналов, а также при подготовке материалов по реконструкции открытой оросительной сети. Этот метод также применим для систематических определений КПД каналов при различных режимах их работы и в любой момент вегетационного периода и не создает никаких дополнительных трудностей эксплуатационным и другим водохозяйственным организациям в осуществлении необходимого режима работы каналов.

Сущность метода заключается в определении необходимых фильтрационных характеристик (скорости фильтрации, объема профильтровавшейся воды) на основании фактических их замеров в характерных точках смоченного периметра канала с достаточной степенью точности с последующим пересчетом и получением потерь воды на фильтрацию для всей фильтрующей площади канала.

Кроме этого, данный метод дает возможность дифференцированного определения потерь по элементам смоченного периметра каналов и установления очагов повышенной фильтрации из них.

Полученные в результате производственных исследований данные по фильтрационным потерям необходимы для обоснования соответствующих эксплуатационных мероприятий. Проведение мероприятий по борьбе с потерями воды на фильтрацию в транзитных каналах внутрихозяйственной сети имеет большое народнохозяйственное значение. За счет уменьшения этих потерь резко повышается к. п. д. каналов внутрихозяйственной сети и системы в целом, что позволяет при том же объеме водозабора дополнительно использовать водные ресурсы для производственных целей.