Тема 5. Расчет процесса заиления водохранилищ

5.1. Общие сведения

Количество и характер отложения наносов в водохранилищах зависят от:

1) количества и крупности переносимых рекой наносов;

2) высоты создаваемого плотиной подпора;

3) проточности водохранилища;

4) устойчивости берегов водохранилища.

На равнинных реках при малом содержании в них наносов заиление водохранилищ происходит медленно и не превышает 10-20% их годового стока. Обычно количество наносов выражается в весовых единицах. Для перехода от веса наносов к объему необходимо определить объемный вес их. Объемный вес илистых отложений – 0,5-0,8 т/м³, песчаных – 1,3-1,6 т/м³ и гравелистых – 1,8-2,0 т/м³.

Среднее годовое количество наносов, поступающих в водохранилище, можно определить по формуле:

, (5.1)

где _ср – средняя мутность реки (г/м³);

W₀ – средний годовой приток воды W₀= Q_ср^.31,56^.10⁶;

 – объемный вес наносов;

r -величина влекомых (донных) наносов, в среднем r = 0,05 для равнинных рек.

Зная объем водохранилища W_в и R₀, можно определить продолжительность заиления водохранилища:

, (5.2)

где n – число лет,

W_в – объем водохранилища (м³),

R₀ – годовой объем наносов (м³),

 – доля мелких фракций, транзитом проходящих через водохранилище; для равнинных рек  = 0,3-0,4 общего объема наносов.

5.2. Пример

Требуется определить средний объем наносов и продолжительность заиления водохранилища, если известны: площадь водосбора реки F = 250 км², координаты центра водосбора 52^о30^/ c. ш., 34^о45^/ в.д. Средний годовой расход воды Q_ср = 0,82 м³/сек, объем водохранилища W_в = 115 тыс^.м³.

Решение:

По карте мутности, в соответствии с координатами водохранилища, находим среднюю мутность реки : от 80 до 180 г/см³.

Учитывая рельеф и почвы бассейна, принимаем среднюю мутность _ср = 100 г/м³.

Учитывая, что река равнинная, принимаем долю влекомых донных наносов r = 0,05 и объемный вес наносов  = 0,8.

Годовой приток реки W₀ = 0,82∙31,56∙10⁶ = 25,9 млн. м³.

Общее количество наносов, поступающее за год в водохранилище:

м³.

Принимаем коэффициент  = 0,3 от общего объема наносов и рассчитываем длительность заиления водохранилища:

лет.

Тема 6. Подземные воды

6.1. Основные определения

По условиям залегания и связанным с ними гидравлическим признакам подземные воды могут быть разделены на две категории:

1) воды безнапорные (со свободной поверхностью);

2) воды напорные, или восходящие, поднимающиеся с глубины по вскрывающей их скважине или трещине.

В свою очередь, безнапорные воды можно подразделить на два типа: а) грунтовые и б) межпластовые.

6.1.1. Грунтовые воды – подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном водоупорном пласте. Грунтовые воды характеризуются следующими особенностями:

1. Область питания обычно совпадает с областью распространения.

2. Основные источники питания – атмосферные поверхностные и конденсационные воды, а иногда и нижележащие напорные.

3. В большинстве случаев эти воды безнапорные, т. е. поверхность грунтовых вод, сообщающаяся с атмосферой, испытывает только атмосферное давление; она носит название свободной поверхности.

4. Грунтовые воды гидравлически связаны с поверхностными водотоками и водоемами – реками, озерами, заболоченными понижениями.

5. Режим грунтовых вод испытывает непосредственное влияние гидрометеорологических факторов и характеризуется сезонными колебаниями уровня, дебита и химического состава.

При изучении грунтовых вод для водоснабжения, мелиорации, строительства различных сооружений и других целей большое внимание уделяется изучению поверхности грунтовых вод. Форма поверхности грунтовых вод определяется водопроницаемостью пород, условиями питания водоносного горизонта, конфигурацией берегов рек, к которым стекают грунтовые воды, понижением водоупора, мощностью водоносного пласта и т. д. О форме поверхности грунтовых вод можно судить по карте гидроизогипс. Гидроизогипсами называют линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками уровней грунтовых вод.

По карте гидроизогипс решаются важные практические задачи: проектирование водоснабжения на базе грунтовых вод, разработка осушительных мероприятий, выбор площадок под промышленные или гражданские сооружения и др.

6.1.2. Артезианские воды – напорные подземные воды, приуроченные к регионально выдержанному пласту – коллектору (водоносному горизонту), залегающему между водоупорными пластами. Артезианские воды залегают в пределах относительно крупных геологических структур (синклиналей, моноклиналей и др.), сложенных преимущественно породами дочетвертичного возраста. Эти структуры, включающие в себя один или несколько напорных водоносных горизонтов и комплексов и обладающие значительными размерами по площади, называются артезианскими бассейнами. В каждом артезианском бассейне выделяют области питания, напора и разгрузки. Особенности залегания артезианских вод отражают карты гидроизопьез.

6.1.3. Водоупоры – породы, не пропускающие через себя воду. К водоупорным породам относят глины, суглинки, магматические горные породы. Кровля водоупора – верхняя граница пласта водоупорных пород.

Карты гидроизогипс – карты, отображающие рельеф поверхности грунтовых вод. По построению карты гидроизогипс аналогичны топографическим картам, а сами гидроизогипсы – горизонталям рельефа и представляют собой линии на карте, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками уровня грунтовых вод.

Карты гидроизопьез – карты, отображающие пьезометрическую поверхность, построенную на основе гидроизопьез. Гидроизопьезы – это линии, соединяющие одинаковые абсолютные отметки пьезометрической поверхности карты гидроизопьез.

Карты гидро- и пьезоизогипс предназначены для решения различных инженерных задач, связанных с водоснабжением, охраной подземных вод, осушением месторождений полезных ископаемых, мелиорацией и др. Анализ карт гидроизогипс и гидроизопьез позволяет получить следующие сведения:

1. Направление движения подземных вод в любой точке карты. Движение подземных вод подчиняется законам гравитации и происходит от участков с более высокими абсолютными отметками к участкам с меньшими отметками по линии, перпендикулярной основному направлению гидроизогипс (пьезоизогипс).

2. Характер взаимосвязи подземных вод с поверхностными.

Подземные воды, особенно грунтовые, могут иметь тесную гидравлическую связь с поверхностными водотоками. В одном случае подземные воды разгружаются в реку, в другом – питаются за счет поверхностных.