13.4. Потери воды из каналов и борьба с ними

В открытых каналах вода теряется на испарение в атмосферу, на фильтрацию в грунт русла и через сооружения на каналах. По­тери на испарение относительно невелики и зависят от климати­ческих условий и площади зеркала канала А (м²). Их значение, от­несенное к единице поверхности зеркала канала, составляет z= = 300...800 мм в год. Полные же потери будут равны W=zA (м³).

395

Для уменьшения этих потерь, особенно в южных районах СССР, вдоль каналов целесообразно делать лесные посадки шириной 10... 15 м.

Потери воды на фильтрацию через сооружения конструктив­ными мероприятиями можно свести до минимума, так что они ока­жутся ничтожными. Наиболее значительными являются потери во­ды на фильтрацию в грунт русла канала, достигающего иногда 50...60% от расхода воды в канале. Это ведет к увеличению сто­имости канала, так как его приходится выполнять большего сече­ния для обеспечения пропуска расхода больше расчетного. Кроме того, повышенная фильтрация может привести к насыщению водой грунта вокруг канала, вызывая при этом подъем уровня грунтовых вод, а иногда и потерю устойчивости облицовок внутренних и на­ружных откосов дамб канала. Особенно опасна фильтрация при расположении канала на косогоре (рис. 13.2, б), так как при небла­гоприятных геологических условиях она может вызвать оползни. Подъем грунтовых вод в ряде случаев может привести к подтоп­лению и заболачиванию территории.

При решении вопросов, связанных с фильтрацией воды из кана­лов, необходимо определить потери воды на фильтрацию, подъем уровня грунтовых вод в местности, прилегающей к каналу, и в слу­чае необходимости разработать мероприятия по уменьшению по­терь на фильтрацию и систему дренирования прилегающих к ка­налу территорий.

Фильтрационные потоки из каналов подразделяют на два типа: неподпертый поток, т. е. поток, не взаимодействующий с естествен­ным грунтовым потоком, и поток подпертый, взаимодействующий с последним. Первый тип фильтрационного потока, как правило, со временем переходит во второй.

В простейшем случае при расчете фильтрации из канала без экрана в однородном грунте при бесконечной глубине залегания уровня грунтовых вод, удельный фильтрационный расход (м³/с) может быть определен по формуле В. В. Ведерникова:

(13.7)

где k — коэффициент фильтрации грунта, м³/с; В — ширина кана­ла по урезу воды, м, А — коэффициент, учитывающий боковое рас­текание потока (табл. 13.2); d — глубина воды в канале, м; h_c — высота капиллярного поднятия воды в грунте, м; у — глубина про-мачивания грунта, м.

Полный фильтрационный расход воды из канала (м³/с) будет равен Qfii = qful, где / — длина канала, м.

Используя теоретические методы решения фильтрационных за­дач, следует иметь в виду, что на практике геологические условия нередко оказываются более сложными, чем те, которые были при­няты при разработке теоретических решений, что делает их в этих случаях недостаточно надежными. Поэтому нередко для прогноза

396

Таблица 13.2 Значения коэффициента А

	Значения А при Bid,				Значения А при Bid,
Заложение	равном			Заложение	равном
\ откоса				OTKOCd
т				т
	5	10	15		5	10	15
1,0	3	3,6	4,0	2,0	2,1	2,9	3,3
1,5	2,5	3,2	3,6	2,5	1,7	2,6	3,1

потерь на фильтрацию используют различные эмирические фор­мулы или рекомендации, полученные на основании опыта эксплуа­тации каналов. Так, данные наблюдений за каналами показывают, что фильтрационные потери из крупных каналов (Q = 30... 100 м³/с), проходящих в среднепроницаемых грунтах, составляют 0,2 ...0,5% от расхода на 1 км длины канала, а для небольших каналов (Q = = 1...50 м³/с) — 3...4%.

Так как фильтрационные потери в каналах иногда могут быть значительными, особенно если каналы проложены в легкопрони­цаемых грунтах, то для их уменьшения проводят специальные меро­приятия. К ним относятся кольматаж, искусственное уплотнение грунтов, их осолонение или оглеение, а также нефтевание русла канала.

Кольматаж представляет собой процесс уменьшения пористо­сти грунта в результате заполнения его пор глинистыми частица­ми, вносимыми в поры грунта фильтрующей водой. Если поток воды, протекающий по каналу, содержит такие мелкие взвешен­ные частицы, то этот процесс идет естественным путем. В против­ном случае глинистые или илистые частицы вводятся в поток ис­кусственно. Кольматаж эффективен в песчаных и супесчаных грун­тах.

Искусственное уплотнение грунтов путем их укатки или трам­бованием значительно снижает фильтрационные потери — иногда в несколько десятков раз. Так, при уменьшении пористости песка на 5...6% в слое толщиной 25 см коэффициент фильтрации уменьша­ется в два раза. Однако длительность противофильтрационного эффекта в этом случае до настоящего времени не установлена.

Осолонение грунта (глинистого) производят путем поливки предварительно разрыхленной поверхности откосов и дна канала раствором хлористого натрия (3... 5 кг/м²) с последующей укаткой и отсыпкой защитного слоя из песка толщиной в несколько санти­метров. При этом потери на фильтрацию снижаются примерно в 10 раз. Эффект осолонения сохраняется несколько лет, после чего необходимо повторить весь процесс. Кроме того, при этом способе закрепления грунта уменьшается устойчивость откосов.

Искусственное оглеение грунта заключается в создании условий для образования так называемого глея — слоя почвы, формирующе­гося в результате жизнедеятельности анаэробных бактерий, ока-

397

зывающих восстановительное влияние на среду обитания. При этом будут восстанавливаться как минеральные оксидные соединения, так и органические. При рассматриваемом способе борьбы с фильт­рацией органические вещества вносятся в виде соломы, камыша, укладываемых на откосы и дно канала под слой грунта. В резуль­тате образовавшиеся при восстановлении органических соединений газы, растворимые вещества, спирты, кислоты и другие компонен­ты перемещаются фильтрационным потоком в глубь грунта и во­донепроницаемый слой увеличивается в течение нескольких лет в 4... 5 раз. Коэффициент фильтрации при этом снижается в десятки и сотни раз. Этот способ дает хорошие результаты в южных райо­нах, где процесс оглеения происходит наиболее полно и быстро.

Нефтевание ложа канала заключается в обработке грунта неф­тью, иногда с добавлением известкового молока. На 1 м² поверх­ности канала расходуют 4... 15 кг нефти и 5... 8 кг известкового молока. Для сохранения водонепроницаемости грунта через не­сколько лет такую обработку повторяют.

Из перечисленных способов борьбы с фильтрацией наиболее ши­рокое распространение имеют кольматаж и уплотнение грунта.