18.1. Типові характеристики фільтраційних властиво­стей ґрунтів

Типи ґрунтів	Коефіцієнт фільтрації, К, м/доб	Коефіцієнт во­довіддачі m (гідроємності)	Висота капілярного підняття Нк, м
Глини: важкі щільні легкі піщанисті	10-5 (1-10)10-4	10-3 (1-10)10-3	5 4-5
Суглинки алювіальні: мулисті важкі середні легкі	0,01-0,05 0,05-0,10 0,10-0,30 0,30-0,60	0,01 0,01-0,02 0,02-0,03 0,03-0,05	3,5...4,0 3,0...3,5 2,0...3,0 1,5...2,0
Суглинки лесовидні важкі середні легкі	0,1- 0,3 0,3-0,5 0,5-1,0	0,02-0,03 0,03-0,05 0,05-0,07	3,0-3,5 2,0-3,0 1,5-2,0
Супіски	0,8-1,5	0,07-0,12	1,2-1,5
Піски: тонкозернисті пилуваті дрібнозернисті середньозернисті крупнозернисті гравійні з галькою	1-.3 3-10 10-15 15-30 30-100	0,10-0,15 0,15-0,20 0,20-0,25 0,25-0,30 0,30-0,35	1,00-1,20 0,35-1,00 0,15-0,35 0,02-0,14 -
Піщаники: на глиняному цементі на карбонатному цементі	3-6 3-6	0,02-0,03 (1-5 )10-3	- -
Вапняки: тріщинуваті закарстовані дуже закарстовані	1-10 50-150 150	(8-30)10-3 0,01-0.05 0,05-0,15	- - -

Коефіцієнт рівнопровідності враховує фільтраційні властивості водоносного горизонту і властивості грунту утримувати воду

, (18.5)

де – коефіцієнт водовіддачі (гідроємкості).

Розрахункові значення висоти активної зони капілярного підняття приймаються рівним половині повної висоти Н_к, наведеної в табл. 18.1.

18.2.2. Інфільтраційне живлення ґрунтових вод

Для забезпечення достовірності прогнозів підтоплення територій в районах меліоративного будівництва і зрошення земель потрібен правильний вибір розрахункових значень інтенсивності інфільтрації зрошувальних вод і схем її розподілу за часом .

Інфільтраційне живлення ґрунтових вод формується, головним чином, за рахунок інфільтрації із зрошуваних полів і поливів присадиб­них ділянок та зелених насаджень, непродуктивних скидів води із об’єктів сільського виробництва, комунальних витоків.

В фільтраційних розрахунках дренажу використовують інтенсивність інфільтрації (м/добу), під якою розуміють витрату води, що надходить на одиницю площі потоку і зв’язану з модулем дренажного стоку (л/с/га) залежністю

. (18.6)

Величина інфільтраційного живлення ґрунтових вод може бути встановлена:

• шляхом експерименту за допомогою лізиметрів-випа­ро­вувачів;

• гідрофізичним методом, шляхом дослідження процесів вологопе­реносу в зоні аерації;

• гідродинамічним методом, за допомогою аналізу графіків режиму ґрунтових вод;

• натурними дослідженнями фільтрації на типових дослідних ділянках;

• шляхом розрахунку на підставі існуючих наближених залежностей.

Методики знаходження величини інфільтраційного живлення та його інтенсивності за вказаними залежностями наведені в багатьох посібниках і довідниках для гідрологічних прогнозів та розрахунків меліоративного дренажу.

Середні за площею значення інтенсивності інфільтрації зрошувальних вод в районах дії гідромеліоративних систем визначають методом водного балансу або за допомогою гідродинамічного аналізу режиму ґрунтових вод в кінцевих різницях.

При відсутності спеціальних дослідних або розрахункових даних орієнтовна величина іригаційного живлення ґрунтових вод за рахунок поливів в зоні проектування зрошувальної системи може бути прийнята за формулою

(18.7)

де – нормальна кількість зрошувальних (в тому числі вологозарядкових і промивних) вод на одиницю зрошуваної площі, що визначаються проектними зрошувальними, поливними, вологозарядковим і промивними нормами, м³/га;

– безрозмірний коефіцієнт, що варіює в різних меліоративно-гідрогеологічних умовах від 0,05 до 0,25-0,35 і більше [1,15,30,47 Рудаков].

Розрахункове значення підбирають на підставі даних дослідів експлуатації зрошуваних масивів, що знаходяться в аналогічних умовах. Максимальну інтенсивність живлення ґрунтових вод викликають поливи затопленням на рисових зрошувальних системах і промивки засолених грунтів ( ), менше значення мають – поливи по смугах та по борознах ( ). В умовах поливів дощуванням втрати води на інфільтрацію суттєво знижуються ( ), а при використанні широкозахватної поливної техніки із закритою зрошувальною мережею можуть бути зведені до мінімуму ( ).

Величину перераховують в інтенсивність інфільтрації зрошувальних вод , м/добу, за формулою

, (18.8)

де – тривалість періоду, якому відповідає норма , діб.

На зрошуваних масивах в різних районах України зрошувальна норма складає від 15000-2500 до 4000-5000, а на рисових системах – до 15 000-20 000 м³/га за вегетацію [руд.]

Осереднена по площі інтенсивність додаткового живлення ґрунтових вод , м/добу, за рахунок фільтрації із дрібної зрошувальної мережі (тимчасових зрошувачів і внутрішньогосподарської зрошувальної мережі) для прогнозного періоду можна визначити за формулою

, (18.9)

де – проектна сумарна витрата води на зрошувальній мережі, м³/добу;

– відповідна зрошувальна площа, га;

– проектний коефіцієнт корисної дії зрошувальної мережі;

– безрозмірний коефіцієнт витрат фільтраційних вод на випаровування і транспірацію, що складає 0,45-0,55 для розподільників і 0,65-0,85 для тимчасових зрошувачів [17 рудаков].

Розрахункове значення сумарної інтенсивності іригаційної інфільтрації для відповідних площ і періодів

. (18.10)

Характерною особливістю іригаційного живлення ґрунтових вод є ярко виражена нерівномірність його розподілу по площі і за часом [рудаков].

Мінливість величини за часом пов’язана з чергуванням зрошуваних і неполивних сезонів, застосовуваним режимом зрошення, а також мінливістю кліматичних і біологічних факторів (нерівномірністю випадіння атмосферних опадів, сезонними коливаннями випаровування, транспірації та ін.).

Основні розрахункові схеми режиму іригаційної інфільтрації w(t) наведені на рис. 18.1.

Рис. 18.1. Розрахункові схеми режиму іригаційної інфільтрації: а –w=const; б – ступінчастий графік w(t); в – рівномірно-переривчастий режим w(t); г – лінійна залежність w(t); д – кусочно-лінійний графік w(t)

Найбільш простою є схема постійної (осередненої) за часом інтенсивність інфільтрації =const (див. рис. 18.1, а). Застосування цієї схеми допустимо в основному для довгострокових прогнозів підтоплення територій: строком на 5, 10, 15, 25 років і більше.

Для короткострокових прогнозів коливання глибини рівня ґрунтових вод (на строк до 3-4 років) і при оцінці можливості тимчасового і періодичного підтоплення території необхідно враховувати існуючі зміни за часом величини . Широке практичне застосування має схематизація у вигляді кусочно-постійної величини, тобто ступінчастого графіку (рис. 18.1 б). Необхідна ступінь детальності ступінчастого графіка (t) залежить від реальної мінливості іригаційної інфільтрації за часом, а також від потрібної точності розрахунку .

Актуальна часткова схема, при якій зрошувальні періоди характеризуються постійною (середньою) величиною , а в проміжках між ними (рис. 18.1, в).

Нерідко доцільно представити функцію (t) у вигляді лінійної залежності: при (рис. 18.1, г), де коефіцієнт може бути додатнім або від’ємним числом. Згідно експериментальним даним, лінійна залежність (t) дозволяє задовільно апроксимувати реальний режим живлення ґрунтових вод в порівняно короткий період: від 10-30 до 100-150 діб (що можна застосовувати для короткострокових прогнозів тимчасового підтоплення територій).

Більш загальна схема кусочно-лінійної залежності може бути використана при будь-якій тривалості прогнозу. При цій схемі (рис. 18.1, д) реальний складний графік апроксимується ломаною лінією з будь-якою кінцевою кількістю п гілок, що характеризуються різними нахилами (додатними, від’ємними або рівними 0):

Основними є розрахункові залежності при постійному значенні .