Фильтрация воды из грунтовых каналов

Для транспортировки воды используются грунтовые каналы. В результате движения воды в канале происходит фильтрация через его стены и дно. Проходя через массив грунта, вода пополняет грунтовые воды и уровень грунтовых вод поднимается. На рис. 1.17 изображена схема фильтрации из канала.

Рис. 1.17. Фильтрация воды из канала

Фильтрационный расход канала длинной L может быть определен по следующей формуле:

(11.78).

где — некоторая ширина фильтрационного потока.

По Н. Павловскому, значение принимается при обычных заложенных откосах по формуле.

(11.79).

где В — ширина потока воды по верху канала; h — глубина воды в канале.

Более точное выражение по вычислению ширины фильтрационного потока с учетом заложения откосов m:

(11.80).

где А — коэффициент, зависящий от геометрических размеров канала, .

Значение коэффициента А определяется по графику 1.18 в зависимости от и (- заложение откосов).

Рис. 1.18. График функции A = f (B/h)

Фильтрация воды через земляные плотины

Для обеспечения хозяйственного водопотребления устраиваются водохранилища. При создании водохранилищ применяются различного типа земляные плотины. В результате того, что в водохранилище устанавливается определенный уровень воды, происходит фильтрация через земляную плотину. Определение фильтрационного расхода, проходящего через тело плотины, и построение кривой депрессии являются основными задачами при гидравлических расчетах. Кривая депрессии может быть использована при определении устойчивости откосов плотины.

На рис. 1.19 представлен поперечный разрез земляной плотины, находящейся на водонепроницаемом основании.

Рассмотрим фильтрацию через плотину из грунта однородного состава, который имеет одинаковый коэффициент фильтрации.

В связи со сложностью фильтрационного расчета земляной плотины был предложен приближенный способ определения фильтрационного расхода и построения депрессионной кривой.

Рис. 1.19. Расчетная схема земляной плотины

Этот метод заключается в том, что трапецеидальное поперечное сечение плотины ABCD заменяется условным трапецеидальным сечением abCD, имеющим вертикальную грань ab. Фильтрационный расход, проходящий через действительное сечение ABCD, с достаточной точностью соответствует расходу через сечение abCD.

Расстояние до условной грани от точки В в верхней части плотины (верхний бьеф) было определено на основании исследований, проведенных С. Нумеровым. Применительно к водонепроницаемому основанию плотины С. Нумеров предложил величину вычислять по следующей формуле:

(11.81).

где — коэффициент; - глубина воды в верхнем бьефе.

Значение коэффициента рекомендуется находить по зависимости.

(11.82).

где — заложение верхнего откоса.

Так как заложение откосов, как правило,, то можно принять.

.(11.83).

Расстояние отточки D нижнего бьефа плотины до вертикальной грани аb

.(11.84).

При определении фильтрационного расхода учитывается участок высачивания на нижнем откосе плотины. Высота участка находится путем решения следующей системы уравнений:

где q — удельный фильтрационный расход (расход, отнесенный к единице длины) плотины; - глубина воды в нижнем бьефе плотины; - заложение низового откоса.

Решая систему уравнений (11.85), находится и определяется удельный фильтрационный расход .

При отсутствии уровня воды в нижнем бьефе плотины () значение согласно уравнениям (11.85).

.(11.86).

Удельный фильтрационный расход при в соответствии с последним уравнением в системе (11.85) выражается следующей зависимостью:

.(11.87).

Известна формула С. Нумерова для вычисления высоты участка высачивания при :

.(11.88).

Удельный фильтрационный расход с достаточной точностью можно определить по формуле Дюпюи при :

.(11.89).

Депрессионная кривая строится при использовании известного уравнения Дюпюи для условного поперечного сечения abCD:

(11.90).

где у — глубина воды на расстоянии х от точки d; h — расстояние от водоупора до точки высачивания воды d.

Расстояние h

.(11.91).

Ордината кривой депрессии B’d согласно (11.91).

.(11.92).

Задаваясь х, находится ордината депрессионной линии.

Для построения кривой депрессии применительно к действительному сечению плотины необходимо изменить участок кривой условной схемы b’е на отрезок кривой В’е. Кривая В’е должна быть достаточно нормальна к верхнему откосу АВ в точке В'.

В точке d участка высачивания кривая депрессии подходит касательно к нижнему откосу плотины CD.