способ определения потерь воды на фильтрацию из каналов

Формула изобретения

1. Способ определения потерь воды на фильтрацию из каналов с использованием изолированных водных отсеков, включающий выполнение пазов по границам отсека на всю толщину облицовки по периметру опорожненного от воды канала, установку в подготовленные пазы перегородок для перекрытия канала на участке изолированного отсека, заделку пазов цементным раствором, установку в изолированном отсеке мерных реек и прибора для учета испарения воды с водной поверхности канала, заполнение отсека водой и длительное его промачивание, замеры объема потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном отсеке в условиях установившегося фильтрационного режима и расчетное определение удельного фильтрационного расхода из отсека канала, интенсивности фильтрации и коэффициента фильтрации облицовки, отличающийся тем, что в качестве перегородок в подготовленные в облицовке пазы по периметру опорожненного от воды канала свободно, без натяжения укладывают полотнища из бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани и омоноличивают их цементным раствором или бетоном, затем через верх полотнищ в устроенные анкера-отверстия пропускают монтажные тросы, натяжением которых в перерывах между поливами при заполненном водой канале создают мягкие водонепроницаемые перегородки для изолированного водного отсека, причем для фиксирования монтажных тросов в натянутом положении используют анкерные опоры, установленные на бермах канала, а удельный фильтрационный расход из отсека канала, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации облицовки определяют из следующих зависимостей:

где Q_обл - удельный фильтрационный расход из отсека облицованного канала, л/(сут·пог.м);

- коэффициент соответствия размерностям, =8,64·10³ л·с/(сут·см ²·пог.м);

в - средняя ширина по дну канала в отсеке, см;

m - средний коэффициент заложения откосов канала в отсеке;

h - средняя глубина воды в отсеке за время наблюдений, см;

h - снижение уровня воды в отсеке за вычетом слоя испарившейся воды за время наблюдений, см;

H - проектная глубина наполнения канала, см;

- средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;

Т - время наблюдений, с;

q_обл - интенсивность фильтрации из отсека облицованного канала, л/(сут·м ²);

- коэффициент соответствия размерностям, =8,64·10⁵ л·с/(сут·см·м ²);

К_обл - осредненный коэффициент фильтрации облицовки канала на участке отсека, см/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину изолированного водного отсека принимают из выражения

'·H/i L L_м,

где L - длина изолированного водного отсека, м;

L_м - минимальная длина изолированного водного отсека, L_м =30 м;

' - коэффициент соответствия размерностям, '=0,01 м/см;

Н - проектная глубина наполнения канала, см;

i - уклон дна канала в отсеке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам определения потерь воды на фильтрацию из водопроводящих сооружений, в частности из оросительных каналов гидромелиоративных систем в облицованных руслах.

Известен способ измерения потерь воды с помощью фильтромерного отсека, образуемого эластичным экраном из резины с рифленной поверхностью. При этом способе экран раскрывают по контуру опорожненного от воды канала на длине исследуемого участка и торцевые концы экрана приклеивают к поверхности облицовки. Приклеивание осуществляют клеем «№88», мастикой УМС-50 или битумным лаком с использованием прокладок из марлевых бинтов. После высыхания клеящих средств полость экрана соединяют с расходомером и заполняют канал водой (см. SU, авторское свидетельство №151137, А1. М.кл ³. Е02В 13/00. Способ определения абсолютных фильтрационных потерь на участке ирригационного канала / Г.В.Абелишвили. - Заявка №754261/30-15; Заявлено 30.11.1961; Опубл. 1962 г., Бюл. №20).

Недостатками данного способа являются значительная трудоемкость и сложная технология подготовки и приклеивания экрана к поверхности облицовки; невозможность использования экрана значительных размеров, то есть на крупных каналах, а также на облицовках, деформационные швы которых образованы с применением закладных профильных элементов и имеют по всей длине трещину.

Известен способ измерения потерь воды через швы и облицовку гидротехнических сооружений, заключающийся в использовании фильтромеров. При этом способе измеряют потери воды через монолит облицовки канала и поперечные швы с помощью фильтромерных полостей, прижимаемых к облицовке через легкодеформируемый материал. Фильтромерные полости устанавливают вдоль откоса канала по поверхности облицовки и вдоль шва, прижимают к облицовке и с помощью прокладок уплотняют полости. Внутрь полостей подают из тарированных емкостей воду и замеряют фильтрационный расход (см. SU, авторское свидетельство №592915. М.Кл ². Е02В 3/16 А01G 25/00. Устройство для определения потерь воды в канале через противофильтрационные облицовки / В.М.Бойко и Е.А.Богатов. - Заявка №2379895/29-15; Заявлено 14.06.1976; Опубл. 15.02.1978, Бюл.№6).

Недостатками этого способа являются невозможность определения потерь воды через облицовку, швы которой выполнены с закладными профильными элементами, то есть через облицовку, имеющую открытые трещины и скрытые пустоты вдоль швов, а также невозможность одновременного определения потерь воды через различные конструктивные элементы облицовки без взаимного влияния их фильтрационных расходов друг на друга. Эти недостатки в целом снижают точность измерений.

Известен также способ определения потерь воды через швы и облицовку гидротехнических сооружений, заключающийся в использовании фильтромеров, при этом измерение потерь осуществляют одновременно через швы и облицовку, в которой предварительно герметизируют трещины (см. SU, авторское свидетельство №918385. М.Кл³. Е02В 3/16. Способ измерения потерь воды / В.М.Бойко. - Заявка №3007185/29-15; Заявлено 24.11.1980; Опубл. 07.04.1982, Бюл. №13).

Описанный способ отличается значительной трудоемкостью и низкой точностью.

Наиболее близким к заявленному объекту относится способ определения потерь воды на фильтрацию из каналов с использованием изолированных водных отсеков, включающий выполнение специальных пазов на всю толщину облицовки по периметру опорожненного от воды канала, установку в подготовленные пазы металлических перегородок для перекрытия канала на участке изолированного отсека, заделку пазов цементным раствором, установку в изолированном отсеке мерных реек и прибора для учета испарения воды с водной поверхности канала, заполнения отсека водой и длительное его промачивание, замеры объема потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном отсеке в условиях установившегося фильтрационного режима и расчетное определение удельного фильтрационного расхода из отсека канала, интенсивности фильтрации и коэффициента фильтраций облицовки (см. А.Г.Алимов, Э.И.Гольденберг, В.M.Иванов Натурные исследования противофильтрационных одежд оросительных каналов // Гидротехника и мелиорация. 1977. №8. с 33...38).

Недостатком вышеуказанного способа является значительная трудоемкость при монтаже и демонтаже металлических перегородок для создания изолированных фильтрационных отсеков на оросительных каналах в технологических окнах между поливами, что вызывает существенное удорожание и увеличение сроков проведения исследовательских работ по определению фильтрационных потерь воды из каналов.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создание способа определения потерь воды на фильтрацию из каналов.

Технический результат - снижение трудозатрат, стоимости и продолжительности исследовательских работ по определению фильтрационных потерь воды из каналов с обеспечением высокой точности измерений.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения потерь воды на фильтрацию из каналов с использованием изолированных водных отсеков, включающем выполнение специальных пазов на всю толщину облицовки по периметру опорожненного от воды канала на участке изолированного отсека, установку в подготовленные пазы перегородок для перекрытия канала на участке изолированного отсека, заделку пазов цементным раствором, установку в изолированном отсеке мерных реек и прибора для учета испарения воды с водной поверхности канала, заполнения отсека водой и длительное его промачивание, замеры объема потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном отсеке в условиях установившегося фильтрационного режима и расчетное определение удельного фильтрационного расхода из отсека канала, интенсивности фильтрации и коэффициента фильтрации облицовки, согласно изобретению, в качестве перегородок в подготовленные в облицовке пазы по периметру опорожненного от воды канала свободно, без натяжения укладывают полотнища из бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани и омоноличивают их цементным раствором или бетоном, затем через верх полотнища в специально устроенные анкера-отверстия пропускают монтажные тросы, натяжением которых в перерывах между поливами при заполненном водой канале создают мягкие водонепроницаемые перегородки для изолированного водного отсека, причем для фиксирования монтажных тросов в натянутом положении используют анкерные опоры, установленные на бермах канала, а удельный фильтрационный расход из отсека канала, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации облицовки определяют из следующих зависимостей:

где Q_обл - удельный фильтрационный расход из отсека облицованного канала, л/(сут·пог.м);

- коэффициент соответствия размерностям, =8,64·10³ л·с/(сут·см ²·пог.м);

в - средняя ширина по дну канала в отсеке, см;

m - средний коэффициент заложения откосов канала в отсеке;

h - средняя глубина воды в отсеке за время наблюдений, см;

h - снижение уровня воды в отсеке за вычетом слоя испарившейся воды за время наблюдений, см;

H - проектная глубина наполнения канала, см;

- средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;

Т - время наблюдений, с;

q_обл - интенсивность фильтрации из отсека облицованного канала, л/(сут·м ²);

- коэффициент соответствия размерностям, =8,64·10⁵ л·с/(сут·см·м ²);

K_обл - осредненный коэффициент фильтрации облицовки канала

на участке отсека, см/с.

Длину изолированного водного отсека принимают из выражения:

где L - длина изолированного водного отсека, м;

L_м - минимальная длина изолированного водного отсека, L_м=30 м;

' - коэффициент соответствия размерностям, '=0,01 м/см;

H - проектная глубина наполнения канала, см;

i - уклон дна канала в отсеке.

Минимальная длина L_м=30 м изолированного водного отсека обусловлена обеспечением высокой точности измерений (с погрешностью не более 1%) по определению потерь воды на фильтрацию, а максимальная длина L '·H/i определяется из выражения (4) возможностью наполнения отсека канала.

Изобретение поясняется иллюстрированным материалом.

На фиг.1 показан изолированный водный отсек, план; на фиг.2 - то же, разрез I-I на фиг.1; на фиг.3 - то же, разрез II-II на фиг.1.

Изолированный водный отсек 1 содержит мягкие перегородки 2 из полотнищ бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани, предварительно свободно уложенные в подготовленные по границам отсека 1 пазы в облицовке 3 или грунтовом ложе опорожненного от воды канала и омоноличенные цементным раствором или бетоном. Через верх полотнищ перегородок 2 в специально устроенные анкера-отверстия 4 пропущен монтажный трос 5, натяжением которого при надобности и создается мягкая перегородка 2 для изолированного водного отсека 1. Для фиксирования монтажного троса 5 в натянутом положении предусмотрены анкерные опоры 6, установленные на бермах отсека канала. Изолированный отсек оборудован мерными рейками и прибором для учета испарения воды с водной поверхности канала (не показан).

При полном ослаблении монтажного троса 5 полотнища водонепроницаемого экрана - перегородки 2 - свободно укладываются на дно канала и не мешают движению потока воды.

Заявленный способ определения потерь воды на фильтрацию из каналов реализуют следующим образом.

Из выражения (4) определяют длину L изолированного отсека 1, временно опорожняют канал от воды, производят инструментальные измерения и геодезическую съемку канала на участке изолированного отсека и устанавливают его планово-высотное положение. Затем в противофильтрационной облицовке 3 отсека канала по границам отсека 1 выполняют пазы по периметру канала и свободно, без натяжения укладывают в них полотнища перегородок 2 из бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани и омоноличивают их цементным раствором или бетоном. Через верх полотнищ в анкера-отверстия 4 пропускают монтажные тросы 5, устанавливают в отсеке 1 мерные рейки и прибор для учета испарения воды с водной поверхности канала (не показаны), а после набора прочности цементного раствора или бетона отсек 1 канала заполняют водой и длительно промачивают, натягивают монтажные тросы 5 и фиксируют их на анкерных опорах 6, установленных на бермах отсека 1 канала. В условиях установившегося фильтрационного режима с помощью мерных реек и прибора-испаромера, установленных в отсеке 1, ведут замеры потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном водном отсеке 1 и определяют удельный фильтрационный расход из отсека канала, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации облицовки отсека канала из следующих зависимостей:

где Q_обл - удельный фильтрационный расход из отсека облицованного канала, л/(сут·пог.м);

- коэффициент соответствия размерностям, =8,64·10³ л·с (сут·см ²·пог.м);

в - средняя ширина по дну канала в отсеке, см;

m - средний коэффициент заложения откосов канала в отсеке;

h - средняя глубина воды в отсеке за время наблюдений, см;

h - снижение уровня воды в отсеке за вычетом слоя испарившейся воды за время наблюдений, см;

H - проектная глубина наполнения канала, см;

- средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;

Т - время наблюдений, с;

q_обл - интенсивность фильтрации из отсека облицованного канала, л/(сут·м ²);

К_обл - осредненный коэффициент фильтрации облицовки канала на участке отсека, см/с;

- коэффициент соответствия размерностям, =8,64·10⁵ л·с/(сут·см·м ²).

ПРИМЕР 1. Определить фильтрационный расход, интенсивность фильтрации различных конструкций противофильтрационных облицовок в первый год их эксплуатации на экспериментальном участке канала 4х-1 в совхозе «Николаевский» на Кисловской оросительной системе в Волгоградской области.

С этой целью по предлагаемому способу определения потерь воды на фильтрацию на экспериментальном участке канала 4х-1 выполнено восемь изолированных водных фильтрационных отсеков. Строительные элементы канала 4х-1 на участках опытных отсеков и результаты измерений в условиях установившегося фильтрационного режима приведены в табл.1

Таблица 1
№№ отсеков	Конструкция облицовок канала	H, см	h, см	в, см	m	, см	L, м	Т, с	h, см
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором	70	20	85	1,52	8	72	302400	2,69
2	То же, основание обработано гербицидами	70	25	85	1,43	8	48	345600	3,68
3	Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами	70	30	85	1,53	8	48	108000	1,6

Продолжение таблицы 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
4	Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»	70	16	85	1,45	8	42	345600	3,68
5	Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»	70	24	85	1,43	8	54	270000	4,70
6	Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором	70	17	85	1,42	8	36	302400	12,19
7	Необлицованное русло на опытном участке канала	70	40	80	1,30	-	500	80000	31,6
8	Монолитный бетон с дощатыми швами	70	61	75,3	1,475	8	46	140400	10
Н - проектная глубина наполнения канала, см;
h - средняя глубина воды в отсеке за время наблюдений, см;
в - средняя ширина по дну канала в отсеке, см;
m - средний коэффициент заложения откосов канала в отсеке;
- средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;
L - длина изолированного водного отсека, м;
Т - время наблюдений, с;
h - снижение уровня воды в отсеке за вычетом слоя испарившейся воды за время наблюдений, см.

Данные о противофильтрационных свойствах различных конструкций облицовок в первый год их эксплуатации на экспериментальном участке канала 4х-1, установленные предлагаемым способом, приведены в табл.2.

Таблица 2
№№ отсеков	Конструкция облицовок канала	Коэффициент фильтрации Кобл (Кг), см/с	Интенсивность фильтрации q обл (qз), л/(сут·м 2)	Удельный фильтрационный расход Qобл (Qз), л/(сут·пог.м)	Уменьшение интенсивности фильтрации (число раз) по сравнению
					с необлицованным руслом	с монолитной облицовкой с дощатым швами
1	2	3	4	5	6	7
819	Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором	2,94·10 -6	16	54,4	20	4,25
2	То же, основание обработано гербицидами	2,90·10-6	15,9	52,4	20,1	4,28
3	Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами	3,76·10-6	20	68,2	16	3,4
4	Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»	3,84·10-6	21	69,6	15,2	3,2
5	Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»	4·10-6	22	72,4	14,5	3,1
6	Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором	14·10-6	77	252,7	4,2	-
7	Необлицованное русло на опытном участке канала	2,5·10-4	320	990,8	1	-
8	Монолитный бетон с дощатыми швами	12,4·10 -6	68	220,9	4,7	1
Примечание: 1. Параметры Кобл, q обл, Qобл относятся к отсекам №1, №2, №3, №4, №5, №6, №8.
2. Указанные в скобках параметры Кг, q з, Qз относятся к отсеку №7.

ПРИМЕР 2. Определить удельный фильтрационный расход, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации различных конструкций облицовок после шести лет их эксплуатации на экспериментальном участке канала 4х-1 в совхозе «Николаевский» на Кисловской оросительной системе в Волгоградской области.

Для определения потерь воды на фильтрацию предлагаемым способом через различные конструкции облицовок после шести лет их эксплуатации на экспериментальном участке канала 4х-1 было выполнено девять изолированных фильтрационных отсеков. Основные строительные элементы канала 4х-1 с экспериментальными облицовками на участках опытных отсеков и результаты измерений в условиях установившегося фильтрационного режима приведены в табл.3.

Таблица 3
№№ отсеков	Конструкция облицовок канала	H, см	h, см	в, см	m	, см	L, м	Т, с	h, см
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором	70	43	85	1,52	8	72	145093	2,5
2	То же, основание обработано гербицидами	70	59	85	1,43	8	48	146774	3,0
3	Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами	70	32	85	1,53	8	48	138101	4,0
4	Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»	70	40	85	1,45	8	42	102732	4,0
5	Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»	70	35	85	1,43	8	54	79542	4,5
6	Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором	70	42	85	1,42	8	36	160764	12,2
7	Необлицованное русло на опытном участке канала	70	40	80	1,30	-	500	80000	31,6
8	Монолитный бетон с дощатыми швами	70	61	75,3	1,475	8	46	140400	10,48
9	Монолитный бетон со швами из полиэтиленовой пленки, защемленной в бетон	70	42	83	1,5	10	52	219595	4,6

Данные о противофильтрационных свойствах различных конструкций облицовок после шести лет их эксплуатации на экспериментальном участке канале 4х-1, установленные предлагаемым способом, приведены в табл.4

Таблица 4
№№ отсеков	Конструкция облицовок канала	Коэффициент фильтрации Кобл (Кг), см/с	Интенсивность фильтрации q обл (qз), л/(сут·м 2)	Удельный фильтрационный расход Qобл(Qз), л/(сут·пог.м)	Уменьшение интенсивности фильтрации (число раз) по сравнению
					с необлицованным руслом	с монолитной облицовкой с дощатыми швами
1	2	3	4	5	6	7
1	Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором	3,4·10 -6	18,5	76,31	17,3	3,8
2	То же, основание обработано гербицидами	3,2·10-6	17,5	72,64	18,3	4,1
3	Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами	7·10-6	38,0	154,42	8,4	1,9
4	Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»	8·10-6	44,0	175,70	7,5	1,6
5	Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»	12·10-6	65,2	263,40	4.9	1,1
6	Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором	15·10 -4	82,6	330,02	3,9	-
7	Необлицованное русло на опытном участке канала	2,5·10-6	320	990,8	1	-
8	Монолитный бетон с дощатыми швами	13·10-6	71,3	230,6	4,6	1
9	Монолитный бетон со швами из полиэтиленовой пленки, защемленной в бетон	5·10-6	25,0	74,2	14,5	3,2
Примечание: 1. Параметры Кобл, qобл , Qобл относятся к отсекам №1, №2, №3, №4, №5, №6, №8, №9.
2. Указанные в скобках параметры Кг, q з, Qз относятся к отсеку №7.

Применение эластичной водонепроницаемой ткани в качестве перегородок при создании изолированных водных фильтрационных отсеков для определения потерь воды на фильтрацию предлагаемым способом на экспериментальном участке канала 4х-1 Кисловской оросительной системы позволило исключить многократный монтаж и демонтаж перегородок отсеков, существенно ускорить и обеспечить точность проведения измерительных работ по определению фильтрационных потерь воды из канала.

Снижение трудозатрат на устройство одного фильтрационного отсека из эластичной водонепроницаемой ткани составляет 14 чел/дн., экономия листовой стали 0,5 т, бетона до 9 м³.

Годовой экономический эффект на один фильтромерный отсек составляет 30000 руб.