2. Мероприятия по повышению коэффициента использование воды на системах и предотвращению непроизводительных потерь воды в водохозяйственном производстве.

В настоящее время в ходе проведенных теоретических и экспериментальных исследований накоплен огромный опыт по рациональному распределению и использованию водных ресурсов. При эксплуатации на водохозяйственных системах необходимо обеспечивать экономию водных ресурсов по следующим направлениям.

• При проектировании водохозяйственных систем необходимо закладывать прогрессивные водосберегающие технологии, обеспечивающие высокий КПД водопроводящей сети, отсутствие сбросов воды за пределы системы, максимальное приближение расчетного водопотребления сельскохозяйственных культур к фактическому объему вод используемому растениями на формирование заданного урожая.

• Общий коэффициент полезного использования воды на системе и все составляющие его коэффициенты ηi должны теоретически стремиться к единице, т. е. к величине не менее 0,95. Выполнение этого условия характеризует водохозяйственную систему как технически совершенную с оптимальным распределением и использованием воды и доведением до потребителя расчетного объема воды.

Основными задачами службы эксплуатации при оптимизации водопользования являются:

• обеспечение исправного состояния, нормальной (безаварийной) работы сооружений и оборудования;

• ежедневное оперативное управление техническими устройствами гидроузла с целью соз­дания необходимого запаса воды и обеспечение возможностей подачи ее водопотребителям;

• систематическое выполнение визу­альных наблюдений за состоянием сооружений и уход за ними;

• проведение измерений с помощью контрольно-измерительной аппаратурой в соответствии с прави­лами технической эксплуатации, нормативами, инструкциями, положениями;

• своевременная обработка и анализ полученных данных наблюдений и измерений;

• обобщение опыта эксплуата­ции;

• своевременное выявление дефектов, повреждений или ава­рийного состояния сооружений и оборудования;

• разработка и осуществление мероприятий по приведению в надлежащее техни­ческое состояние сооружений и оборудования;

• усовершенствова­ние и реконструкция их в целях повышения надежности и вы­свобождения дополнительных водных ресурсов;

• определение необходимости проведения специальных наблюдений, исследова­ний или уменьшения объема наблюдений;

• выполнение ремонтно-восстановительных работ;

• ведение технической документации по эксплуатации, составление годовых отчетов, внедрение передо­вого опыта, достижений науки и техники;

• обеспечение охраны окружающей среды, основных сооружений и др.

Повышение эффективности водопроводящей сети необходимо проводить по двум направлениям:

• Рациональное использование водных и земельных ресурсов – сокращение производственных потерь, минимизация поверхностного и глубинного сброса, недопущение загрязнения, исключение водной эрозии почв.

• Оптимизация работы элементов водопроводящей сети и поливной техники – повышение производительности труда при водоподаче, уменьшение эксплуатационных затрат и поддержание системы в хорошем техническом состоянии, автоматизация производственных процессов при поливе.

Для успешного решения задачи оптимизации водораспределения необходимо проанализировать использование водных ресурсов по звеньям системы и структуру потерь.

Борьба с потерями воды из оросительных каналов состоит из эксплуатационных и инженерных мероприятий. Эксплуатационные мероприятия борьбы с потерями включают:

• правильную организацию и проведение внутрихозяйственных планов водопользования и системных планов водораспределения, рациональное распределение воды по системе;

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

• правильную эксплуатацию каналов, недопущение работы их при форсированных уровнях и значительных подпорах.

К инженерным мероприятиям борьбы с потерями относятся:

• рациональное проектирование поперечного сечения ороситель­ных каналов с учетом минимума потерь;

• уменьшение водопрони­цаемости грунта ложа оросительных каналов;

• устройство противофильтрационных покрытий на каналах;

• применение техничес­ки совершенных оросительных систем.

При проектировании оросительных каналов должны быть выдержаны определенные отношения ширины по урезу воды к его глубине, что обеспечивает минимальные потери.

Величина потерь воды зависит также от техничес­кого состояния каналов. Как правило, они меньше там, где каналы содержатся в нормальном техническом сос­тоянии.

Повышение КПД отдельных каналов и всей сети в целом достигается проведением ряда сложных меро­приятий: механическое и химическое воздействие на грунты, слагающие, ложе каналов, устройство специальных противофильтрационных покрытий и др. Способы уменьшения водопроницаемости грунта ложа ороси­тельных каналов можно разделить на три группы:

• спо­собы физико-механического воздействия на грунт (кольматация, уплотнение, пропитывание вяжущими, введение гранулометри­ческих добавок, уплотнение грунтов подводным взрывом, электроискровой метод);

• способы химического воздействия на грунт (солонцевание, силикатирование, гидроокисные пленки и грунтополимерные экраны);

• способы химико-биологического воздействия на грунт (искусственное оглеение).

Методы борьбы с потерями путем устройства противофильтрационных одежд и покрытий по принципу их действия можно разделить на две группы:

• одежды, устраиваемые из ма­териалов, не обладающих активной порозностью (водонепрони­цаемые): бетонные, железобетонные, асфальтовые, грунтовые, синтетические пленки, мощенные камнем;

• одежды из материалов, обладающих активной порозностью, но с такой системой скважности, при которой капиллярные силы препятствуют фильтрации (слоистые грунтовые одежды).

Механическое и химическое воздействие на грунты заключается в их уплотнении, рыхлении ложа периоди­чески действующих каналов, кольматации и битумиза­ции русл.

Уплотнение ложа каналов выполняют кат­ками, ручными трамбовками, грунтоуплотняющими ма­шинами ударного действия и вибраторами. Необходимая степень уплотнения устанавливается техническими условиями в зависимости от назначения каналов.

В зависимости от механического состава объемная масса уплотняемого слоя может быть доведена до 1,5—1,75 т/м3. Наиболее высокий эффект получают при уплотнении связных, предварительно разрыхленных на глубину 20—25 см грунтов при влажности 18—23%. Мелкие каналы уплотняют на глубину 0,4—0,5 м, круп­ные — на 0,6—1 м и более. При замерзании грунта и оттаивании происходит его разуплотнение, в результа­те чего противофильтрационный эффект снижается. Поэтому грунт следует уплотнять на глубину, превыша­ющую его промерзание зимой.

Потери воды в каналах, проложенных в суглинистых грунтах, в результате уплотнения снижаются в 2-4 раза. Наибо­лее высокая эффективность уплотнения достигается при предварительном рыхлении, вспашкой ложа канала на глубину 15—20 см с последующим увлажнением грунта до оптимальной влажности.

Периодически действующие каналы за время от­сутствия в них воды сильно высыхают. Гладкая и уп­лотненная поверхность ложа усиливает испарение вла­ги не только из верхних горизонтов, но и из более глу­боких слоев грунта. В таких каналах дно и откосы рых­лят на глубину 5—8 см. Это нарушает капиллярную связь испаряющей поверхности с запасами влаги в более глубоких горизонтах почвы, благодаря чему предотвращается их иссушение. Кроме того, отдельные комки разрыхленной поверхности ложа каналов в пе­риод пуска воды распадаются на мелкие частицы и заполняют трещины и макропоры грунта. Рыхление ложа каналов уменьшает потери воды примерно в 2 раза.

Кольматация каналов происходит за счет выпадения в осадок мелких глинистых и илистых час­тиц. Вместе с нисходящим фильтрационным потоком они проникают в грунт, уменьшают его активную порозность, благодаря чему снижаются потери воды на филь­трацию. Если в потоке воды содержится большое коли­чество мелких наносов, процесс кольматации каналов протекает естественным путем. При искусственной коль­матации в осветленную воду вносят раствор глины.

Для кольматации песчаных грунтов на 1 м2 поверх­ности канала вносят 5—10 кг глины. Каналы при этом разбивают на участки, длину которых в зависимости от уклона принимают равной 0,1—1 км. В связных грун­тах эффективность кольматации возрастает при выпол­нении предварительного рыхления поверхности кана­лов на 20—25 см.

Очень эффективна кольматация в сочетании с уп­лотнением грунта. В зависимости от кольматирующего материала и последующего уплотнения потери воды на фильтрацию снижаются в 8—25 раз.

Битумизацию грунта проводят смесью биту­ма в виде эмульсии с песчаным грунтом или только горячей битумной эмульсией. В первом случае битумную эмульсию нагревают до 50°С, смешивают с песчаным грунтом в объеме 16—24%, наносят на поверх­ность и уплотняют. Во втором случае битумную эмуль­сию нагревают до 150°С и впрыскивают в грунт кана­лов из расчета 4—9 кг на 1 м2 поверхности. Для при­готовления эмульсии обычно используют битум марки II. Количество битума в эмульсии должно быть 40— 50%. Потери воды на фильтрацию за счет обработок каналов битумной эмульсией уменьшаются в 2—4 раза. Срок службы—3—4 года.

Противофильтрационные одежды, применяемые в. настоящее время, подразделяются на земляные, камен­ные, кирпичные, бетонные, железобетонные и полимер­ные.

Грунтовые одежды, или земляные экраны, вы­полняют из свободноуложенного грунта или смеси его с бентонитом.

Земляные уплотненные экраны толстые (30 см и более) и тонкие (5—8 см) с защитным слоем грунта 30—40 см устраивают на каналах, проходящих в песча­ных, песчано-гравелистых и галечных грунтах. Экраны, выполненные из глинистых и суглинистых грунтов, сни­жают фильтрационные потери воды на 60—80%.

Глинобетонный экран применяют в постоянных ка­налах со скоростью движения воды не более 0,7—0,8 м/с. Толщина экрана 10—15 см. Состав глинобетона: глина 60—65%, гравий и песок 40—35%.

Погребенные экраны из бентонитовой глины с за­щитным слоем из местного грунта устраивают на галеч­ных и песчаных, а также на связных грунтах при близком залегании грунтовых вод. Бентонит обладает высо­кой способностью поглощать воду, сильно набухает и тем самым повышает водонепроницаемость грунта. При насыщении водой бентонит увеличивается в объеме в 12—15 раз, а масса поглощаемой им воды может в 5 раз превышать его собственную массу. Экраны из бентонита бывают двух типов:

• поверхность канала покрывают слоем бентонитовой глины толщиной 2,5—5 см и защитным слоем гравелистого,грунта толщиной 15—30 см;

• экран выполняют из смеси обычного грунта и бенто­нитовой глины. Толщина слоя смеси 5—8 см. Оптималь­ное содержание бентонита (5—25%) с грунтом подби­рают в лаборатории. На поверхности экрана создают защитный слой из обычного грунта.

Каменные и кирпичные одежды находят применение в горных и предгорных районах, где камень является местным строительным материалом. Одежду каналов выполняют в виде:

• мостовой из булыжного или рваного камня с естест­венным или искусственным заилением промежутков между камнями;

• облицовки в один или два ряда кирпича или из плитняка на растворе;

• прямоугольных лотков из камня или кирпича на растворе.

За счет каменной или кирпичной одежды потери во­ды на фильтрацию в каналах снижаются в 5—7 раз. Однако из-за трудности механизации работ по облицов­ке каналов камнем и кирпичом этот, способ оказывается очень дорогим. Поэтому даже в районах с достаточным количеством камня из-за низкой производительности труда на облицовочных работах он малоперспективен.

Бетонные или железобетонные одежды и конструкции относятся к числу наиболее капи­тальных мероприятий по борьбе с потерями воды на фильтрацию. В последние годы они получили довольно широкое распространение в нашей, стране и за рубежом. Облицовку каналов бетоном и железобетоном выполня­ют в виде монолитного покрытия, сборной одежды из железобетонных плит, уложенных на один или два слоя полимерной пленки, железобетонных лотков различного сечения.

При покрытии каналов монолитным бетоном толщину облицовки в зависимости от класса сооружений прини­мают равной 8—20 см, железобетонной — 5—8 см. Та­кую же толщину имеют сборные железобетонные плиты. В каналах с бетонной облицовкой скорость воды допус­кается до 3—5 м/с. Снижение потерь воды на фильтра­цию достигает 80—90%, объем очистки каналов от нано­сов и затраты на эксплуатацию каналов снижаются.

Железобетонные лотки параболического, сегментного полуциркульного и других типов поперечного сечения применяют для устройства внутрихозяйственных кана­лов. Лотки имеют длину 6 м, а в некоторых случаях 8 м. Каждую секцию лотка устанавливают на опоры. Пропускная способность лотков колеблется от 250 до 900 л/с при допустимой скорости движения воды до 5 м/с. Рабочие скорости движения воды в лотках изме­няются в пределах 1,0—3,8 м/с. Помимо высокого КПД, каналы в лотках мало заиляются.

Одежды из полимерных пленок устраивают на любых грунтах, требующих проведения противофильт­рационных мероприятий. Пленочные экраны из полихлорвинила, полиэтилена, бризода и изола длительное время сохраняют водонепроницаемость. Укладывают их по траншейной, периметрической или комбинированной схемам с защитным слоем груша для каналов с расходом до 0,5 м3/с не менее 0,2 м, для каналов с большими расходами не менее 0,3 м. Траншейную схему приме­няют в связных и песчаных грунтах, периметрическую — в любых грунтах, комбинированную — в любых грунтах на крупных каналах.

Для предупреждения повреждения пленки расти­тельностью основание под нее и защитный слой грунта обрабатывают гербицидами.

В последние годы резко возросло строительство за­крытых оросительных систем из железобетонных, асбестоцементных, металлических и других трубопроводов. Фильтрационные потери воды на таких системах прак­тически отсутствуют, к. п. д. их поднимается до 0,95 и более.

При выборе способа борьбы с потерями воды на фильтрацию следует учитывать уровень механизации ра­бот по устройству противофильтрационных покрытий.

Развитие негативных процессов при орошении происходящих из-за значительных потерь воды на инфильтрацию и сброс, в результате недостаточно высокого технического уровня оросительных систем и нерационального управления поливами, кроме того приводит к снижению эффективности орошения и использования материально-технических и энергетических ресурсов, тем более, что нарастающий дефицит водных ресурсов высокого качества становится проблемой международного значения.

В связи с этим во всем мире ведутся исследования по разработке малоэнергоемких, водосберегающих технологий и техники орошения. В состав научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ входят оптимизация способов и техники полива, совер-шенствование систем управления орошением и водоучета, рационализация технологий орошения, совершенствование поливной техники при обязательном учете экономического эффекта и экологических ограничений.