авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «АЛТАЙСКИЙ ...»

-- [ Страница 3 ] --

Разница между заложенной урожайностью некоторых куль тур по проекту в 1989 г. [253, с. 84] и реально получаемой наи большей урожайностью на орошаемых землях в Немецком рай оне составляет 114 и 155 ц/га (рис. 3.2) [274, с. 97]. Очевидно, что проект содержит завышенные показатели рентабельности некоторых культур, которые при нынешнем характере хозяйст вования достичь трудно. В корректировке технического проекта 1989 г. сделан вывод о том, что «увеличение прироста объемов сельскохозяйственной продукции в хозяйствах зоны действия оросительной системы возможен только в результате орошения земель и обводнения пастбищ» [253, с. 89].

ц/га 400 В хозяйствах без орошения, 1989 г.

300 236, 165, Планировавшаяся по 145 проекту 1989 г.

66 76,3 18, Наивысшая при орошении в Немецком Травы на сено Травы на Кукуруза на районе, 2000 г.

зеленый корм силос Рис. 3.2. Урожайность основных культур в хозяйствах Бурлинской ООС В зоне Бурлинского магистрального канала также планиро вались орошаемые массивы. Как было отмечено выше, начало строительства Бурлинского магистрального канала приходится на 1984 г., и к 1989 г. схема орошения земель в Крутихинском районе выглядела так, как она показана на рисунке 3.3, и именно ее реализовывали вплоть до 1991 г.

Анализ размещения массивов орошения с точки зрения ландшафтного земледелия выявляет ориентацию контуров оро шения на границы захвата поливальной техники и в силу этого – игнорирование особенностей рельефа при проектировании гра ниц орошаемых участков. Единые массивы орошения охватыва ли, например, разные террасы рек Суетки и Разбойничьей.

Рис. 3.3. Схема орошения земель в Крутихинском районе в 1989 г.

По состоянию на 01.07.1990 г. на строительстве системы бы ло освоено 41,81 млн руб., что составляло 48,2% утвержденного лимита стоимости работ. Были построена большая часть трассы Бурлинского магистрального канала (рис. 3.4 – фото из архива треста «Каменьводстрой»), первая и вторая насосные станции (рис. 3.5). Введены в эксплуатацию орошаемый севооборот площадью 1246 га на землях колхоза «Рассвет» и совхоза «Яб лочный» Крутихинского района с поливом дождевальными ус тановками «Фрегат», база Крутихинской ПМК треста «Камень водстрой» и жилые дома для службы эксплуатации в р.ц. Кру тиха общей площадью более 1000 м2.

Рис. 3.4. Планировка откосов канала Рис. 3.5. Первая насосная станция С 1991 г. возведение системы было приостановлено в связи с отсутствием бюджетного финансирования. Организация строи тельства предполагала работы 16 пусковыми комплексами и в соответствии с планом многие объекты возводились одновре менно, потому к 1991 г. их строительство было начато и не за вершено. Остались незавершенными в частности насосные станции НС3, НС4 на магистральном канале и ряд объектов орошения в Крутихинском и в Бурлинском районах.

С 1991 по 2002 гг. произошла большая трансформация взгля дов на возможность и необходимость дальнейшего строительст ва сооружений магистрального канала и переоценка целевого назначения строительства Бурлинской водной системы. Перво начальное назначение Бурлинской водной системы – орошение земель на больших площадях с целью получения больших объ емов сельскохозяйственной продукции не имеет сейчас никако го экономического смысла: для несуществующего ныне в рай онах бассейна р. Бурлы общественного поголовья скота нет смысла производить огромную массу кормовых ресурсов [274].

Сейчас Россия по уровню потребления продуктов питания с 7-го места в мире опустилась до 67-го. Государственная под держка аграрного сектора в развитии сельскохозяйственного производства была свернута, тем более в области орошения зе мель.

В результате экономического кризиса и изменения форм соб ственности на землю колхозы были преобразованы в ТОО, часть земель отдана крестьянским (фермерским) хозяйствам. Участки севооборотов, отводимые по проекту под орошение, утратили свою производственную целостность. Например, представлен ную на рисунке 3.6 территорию планируемых орошаемых сево оборотов III и IV бывшего колхоза «Путь Ленина» разбили на 8 более мелких земельных участка для 13 землепользователей [105]. Аналогичная картина наблюдается и в бывшем колхозе им. Кирова (рис. 3.7).

И как уже отмечалось, в Крутихинском районе на настоящий момент нет массивов орошения, в том числе оказался заброшен ным и выстроенный орошаемый массив на землях колхоза «Рас свет» (1246 га).

Рис. 3.6. Современная организация земельных угодий колхоза «Путь Ленина»:

1 – границы землепользований;

2 – границы поймы р. Суетки;

3 – границы террас р. Суетки;

4 – лесополосы;

5 – номера землепользователей;

6 – номера террас р. Суетки;

7 – пойма р. Суетки;

8 – черноземы выщелоченные среднемощные малогумусные;

9 – черноземы обыкновенные среднемощные малогумусные;

10 – черноземы обыкновенные среднегумусные маломощные слабосмытые;

11 – чернозёмы выщелоченные среднемощные малогумусные слабосмытые в комплексе с лугово-черноземными выщелоченными среднемощными малогумусными слабосмытыми почвами до 10-25%;

12 – лугово-черноземные солончаковые среднемощные малогумусные почвы в комплексе с солонцами лугово-черноземными корковыми солончаковыми высокогипсовыми до 10-25% Однако в бассейне р. Бурлы последние десятилетия усили лась нехватка воды для устойчивого ведения рыбного и сельско го хозяйства. Между хозяйствами – землепользователями велась борьба за воду путем устройства на притоках и в русле р. Бурлы дамб и плотин, что только ухудшало водообеспечение террито рии, особенно в низовьях реки. Кризисная ситуация острейшего дефицита водных ресурсов бассейна приводила к зимним замо рам рыбы и последующим за этим спадом продуктивности Бур линских озер (Извекова, 2003).

Рис. 3.7. Современная организация земельных угодий колхоза им. Кирова В 2000 г. для выхода из сложившейся ситуации было заклю чено бассейновое Соглашение о рациональном использовании, восстановлении и охране вод р. Бурлы и сформирован бассейно вый Совет – представительный совещательный орган управле ния [122, с. 85].

В Совет вошли представители заинтересованных федераль ных органов власти Алтая и Новосибирской области, главы рай онов, имеющих отношение к реке, крупные водопользователи, ученые.

С возобновлением в 2002 г. строительства Бурлинской вод ной системы Минсельхозпрод РФ как государственный заказчик определил новую стратегию строительства системы. Приори тетным направлением принято продолжение строительства только сооружений магистрального канала с целью обеспечения подачи воды из Новосибирского водохранилища в р. Бурлу. Це лью водоподачи является обводнения озер в нижнем течении реки и создание возможностей подачи воды в Немецкий район.

«Алтайводпроект» в 2003 г. предложил несколько временных этапов и вариантов дальнейшего использования подаваемой об ской воды.

Первый этап продлится до 2010 г. и в это время будет воз можно использование только естественного поверхностного стока реки и аккумуляции его в существующих озерах – водо хранилищах.

Второй этап начнется после 2010 г. по окончанию строи тельства магистрального канала и рассматривается в двух вари антах развития событий.

Первый вариант предполагает, что на протяжении какого-то времени реально не потребуется подача воды на орошение зе мель в Немецком национальном районе и единственным водо пользователем в бассейне реки останется рыбное хозяйство.

Требования экологии и рекреации будут считаться удовлетвори тельными, если будет обеспечена подача воды хотя бы одному заявителю [272]. Главное требование рыбного хозяйства заклю чается в обеспечении необходимых глубин воды в озерах в предзимний период. С этой целью в летне-осенний период будет производиться подача обской воды расходом 5 м3/с для устра нения дефицита к началу ледостава. Уровни воды в оз. Песча ном и Хорошем должны будут соответствовать требуемым.

Возможно, что при небольшом дефиците воды часть объемов будет транзитом подана в оз. Б. Топольное с целью предотвра щения замора рыбы.

Второй вариант предполагает подачу расхода 10 м3/с по рус лу р. Бурлы при условии инвестирования и строительства в те чение 2003-2010 гг. комплекса водоподающих сооружений из русла р. Бурлы на территорию Немецкого национального рай она. Потребуется регулирование русла реки на участке от оз. Прыганского до водозабора на орошение в районе с. Ново ильинское Хабарского района. Потребуется также разработка и строгое следование графику подачи воды на орошение к точке водозабора и обязательный ввод платного водопользования для всех потребителей водных ресурсов р. Бурлы.

Таким образом, предполагается закончить строительство ма гистрального канала Бурлинской водной системы ориентиро вочно к 2010 г. [98, 274]. Массивы орошения в Крутихинском районе не предусматриваются проектом. Карта-схема Бурлин ского магистрального канала (рис. 3.8) составлена с использова нием данных [27, 225, 313].

Рис. 3.8. Карта-схема Бурлинского магистрального канала (Кошелева, 2007;

Скрипко, 2007):

1 трасса Бурлинского магистрального канала;

2 насосные станции перекачки и их номера;

3 насосная станция;

4 основные горизонтали, м;

5 полугоризонтали;

6 высотные отметки;

7 населенные пункты;

8 реки;

9 озера и водохранилища;

10 Бурлинский ленточный бор 1:100 000, 1: 184,000.

180 170, 164, 170 10% Q=10 /;

n=0, 144, C HC# - 133, 130 118, 120 IV III II 130+ 304+ 310+ 13+ I 82+ 2+ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Рис. 3.9. Схема подачи воды по Бурлинскому магистральному каналу При моделировании совместного движения поверхностных и грунтовых вод подаваемая вода будет отсутствовать в водном балансе данной территории.

На настоящий момент Бурлинский магистральный канал имеет технико-экономические показатели, соответствующие 1-й очереди строительства (табл. 3.4), схема подачи воды по ка налу приведена на рисунке 3.9.

Таблица 3. Некоторые основные технико-экономические показатели Бурлинского МК [199, 274] № Наименование показателей Ед. изм. Кол-во п/п 1 Общая протяженность канала км 30, 2 Геодезический подъем воды по длине канала м 74, Прохождение канала 3 а) в земляном русле км 29, б) в земляном русле с пленочным экраном км 1, Расход воды в голове канала м3/с 4 а) нормальный на полное развитие 36, м3/с б) нормальный 1-й очереди строительства 10, Число бьефов шт. I бьеф ПК 2+40 - ПК 13+50 м 5 II бьеф ПК 13+50 - ПК 82+00 м III бьеф ПК 82+00 - ПК 130+00 м IV бьеф ПК 130+00 - ПК 304+30 м Подводя итоги, следует отметить, что изменения в экономи ческих возможностях, мелиоративных потребностях землеполь зователей и в структуре собственности к 2003 г. по сравнению с 1990 г. привело к пересмотру целей системы, объемов и место положений площадей орошения. Бурлинский магистральный канал переориентирован на подачу нормального расхода 10 м3/с и эксплуатационного – 5 м3/с.

Поскольку для Бурлинской оросительной системы приори тетной целью стало обводнение Бурлинского бассейна, то в обо зримой перспективе на фоне достаточной неопределенности объемов и территориального размещения орошения представля ется необходимым уделить внимание прогнозному анализу воз действия Бурлинского магистрального канала на прилегающие земли.

4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗЫ Осуществление компьютерного моделирования совместного течения грунтовых вод с водами запроектированного канала яв ляется задачей практически востребованной. Прогнозы, выпол няемые на основе компьютерного моделирования, по своему ха рактеру являются исследовательскими, нацеленными на опреде ление будущего влияния канала на состояние природной под системы агроландшафтов прилегающей территории.

В случае прогнозирования подпора грунтовых вод от вновь создаваемых каналов на сельскохозяйственных землях, в соот ветствии с требованиями СНиП 2.06.15-85, необходимо созда вать проекты сооружений инженерной защиты населенных пунктов, сельскохозяйственных земель.

Такие проекты должны содержать: 1 – расчеты водного ре жима в условиях подпора вновь создаваемыми каналами;

2 – расчеты инженерной защиты, предотвращающей подпор грунтовых вод;

3 – прогнозы гидрогеологического режима с учетом влияния всех источников подтопления;

4 – прогнозы трансформации почв и растительности под влиянием изменяю щихся гидрологических и гидрогеологических условий;

5 – рас четы солевого режима в зоне засоленных почв (СНиП 2.06.15-85, п. 6.1, 6.2).

Проектирование канала по своей сути является другим видом прогноза – нормативным, направленным на достижение жела тельных характеристик системы на основе заранее заданных норм или потребностей (Емельянов, 2004). При следовании за ложенным в проекте инженерным показателям «прогнозирует ся» работа канала в указанном в проекте режиме. В случае обна ружения объективных трудностей в достижении проектных норм можно говорить вновь о необходимости исследовательско го прогноза.

После пуска Бурлинского магистрального канала (2010 г.) на трассе следует ожидать активную фильтрацию воды из канала и размывающие, грунтотранспортирующие воздействия водного потока на выстилающие ложе грунты.

4.1. Проектный режим работы Бурлинского МК Бурлинский магистральный канал по проекту был рассчитан на пропуск нормального 36,5 м3/с и форсированного 42 м3/с рас ходов [167, 168, 224]. Продольные и поперечные профили были выполнены в соответствии с запроектированными гидравличе скими параметрами (табл. 4.1).

Таблица 4. Гидравлические параметры канала при нормальном расходе 36,5 м3/с Уклон дна циент ше роховато ние отко Скорость Коэффи Глубина Ширина Заложе потока потока по дну сти сов Бьефы b, м m i n h н, м vн, м/с 2,5 0,00010 0,2 3,40 0, 1-4-й до ПК 215 3,0 0,00006 0,2 3,63 0, 4-й с 10 4,0 0,00006 0,2 3,42 0, ПК По состоянию на 26.07.07 ширина канала по дну 10 м была выполнена с 295-го пикета до конца трассы. Кроме того, ныне назначена новая проектная величина нормального расхода 10 м3/с и режим подачи воды в половинном объеме для первых лет эксплуатации в целях обводнения Бурлинских озер. Такие параметры функционирования системы требуют пересчета про ектных гидравлических характеристик канала для уже выпол ненных поперечных и продольных сечений трассы.

4.1.1. Прогнозируемые гидравлические параметры канала Задача нахождения глубины наполнения канала (h, м) для за данных заложений откосов (m), ширины канала по дну (b, м), коэффициента шероховатости русла (n), уклона дна (i), расхода (Q, м3/с) при равномерном движении воды относится к группе задач, которые решаются методом подбора искомой величины.

Используя для решения алгоритм, описанный Р.Р. Чугаевым [297, с. 252-253], следует заметить, что:

- во-первых, говоря о графике модуля расхода K = f(h), Р.Р. Чугаев в действительности по ходу решения строит график обратной функции h = f (K);

- во-вторых, используемый скоростной коэффициент C, (м/с2) может быть определен по нескольким формулам: Ман нинга, Бахметьева-Федорова, Гангилье-Куттера, Павловского и др. [297, с. 176];

- в-третьих, используя современную вычислительную техни ку и программное обеспечение класса «электронные таблицы», последние шаги можно выполнить более точным методом – ме тодом итераций, без построения графика h = f (K).

Разработанная форма электронной таблицы позволяет нахо дить значения глубин в канале расчетно-аналитическим мето дом. Приведены 3 таблицы определения проектных глубин hн для Q = 10 м3/с, nпр = 0,02 для различных значений уклона дна и заложения откосов (табл. 4.2-4.4). Три формулы определения скоростного коэффициента Шези C дали незначительно отлич ные друг от друга величины нормальных глубин. Итоговая про ектная глубина hн принята как среднее значение трех рассчитан ных величин, и она близка к значению глубины, полученной с использованием формулы Гангилье-Куттера.

Для n = 0,02 при ширине сечения по дну 5 м полученные нормальные скорости оказываются больше рассчитанных до пустимых минимальных скоростей. Для конечных участка 4-го бьефа при ширине канала 10 м скорости оказываются меньше заиляющих, что приведет к недопустимому режиму ра боты сооружения.

Данные расчеты равномерного движения были сделаны, что бы получить величины его проектных показателей и иметь воз можность сравнить их с начальными характеристиками канала.

Реальное течение воды в канале будет неравномерным безна порным, при этом глубина и скорость не будут постоянными вдоль течения, что следует и из итоговой таблицы 4.5. Чтобы смоделировать такое движение, необходимо использовать диф ференциальные уравнения неравномерного движения воды для трапециидального сечения (Бахметев, 1928;

Железняков, 1969;

Чугаев, 1958, 1982). До компьютерных технологий существова ло много различных приближенных способов интегрирования данного дифференциального уравнения: Бресса, Толькмитта, Дюпюи-Рюльмана, Бахметева, Рахманова и др.

Таблица 4. Расчет нормальной глубины в Бурлинском МК при Q = 10 м3/с;

m = 2,5;

b = 5 м;

n = 0,02;

i = 0, h C C C R mh =b+ b + mh R = / K1 = C1R K2 = C2R K3 = C3R Кнеобх = Q/i h(2(1 + m2)) = (b + mh)h + h(2(1 + m2)) м м м м2 м м м (м/с2) (м/с2) (м/с2) м м3/с м3/с м3/с м3/с 0,2 0,5 5,5 1,1 1,08 6,08 0,18 37,61 36,85 35,08 0,43 17,60 17,24 16, 0,4 1 6 2,4 2,15 7,15 0,34 41,68 41,59 40,69 0,58 57,94 57,82 56, 0,6 1,5 6,5 3,9 3,23 8,23 0,47 44,15 44,25 43,76 0,69 118,51 118,80 117, 0,8 2 7 5,6 4,31 9,31 0,60 45,94 46,09 45,82 0,78 199,55 200,20 199, 1 2,5 7,5 7,5 5,39 10,39 0,72 47,36 47,50 47,36 0,85 301,85 302,72 301, 1,2 3 8 9,6 6,46 11,46 0,84 48,54 48,64 48,58 0,92 426,49 427,29 426, 1,4 3,5 8,5 11,9 7,54 12,54 0,95 49,57 49,60 49,59 0,97 574,60 574,97 574, 1,6 4 9 14,4 8,62 13,62 1,06 50,47 50,43 50,44 1,03 747,37 746,81 746, 4,5 9,5 17,1 9,69 14,69 1,16 51,28 51,17 51,18 1, 1,8 945,98 943,90 944,09 5 10 20 10,77 15,77 1,27 52,02 51,83 51,83 1, 2 1171,64 1167,33 1167,34 2,2 5,5 10,5 23,1 11,85 16,85 1,37 52,70 52,43 52,41 1,17 1425,50 1418,16 1417, 2,4 6 11 26,4 12,92 17,92 1,47 53,33 52,98 52,94 1,21 1708,76 1697,44 1696, 2,6 6,5 11,5 29,9 14,00 19,00 1,57 53,92 53,49 53,41 1,25 2022,54 2006,21 2003, 2,8 7 12 33,6 15,08 20,08 1,67 54,48 53,96 53,85 1,29 2368,00 2345,50 2340, 3 7,5 12,5 37,5 16,16 21,16 1,77 55,01 54,41 54,25 1,33 2746,25 2716,29 2708, 3,2 8 13 41,6 17,23 22,23 1,87 55,50 54,82 54,63 1,37 3158,39 3119,59 3108, 3,4 8,5 13,5 45,9 18,31 23,31 1,97 55,98 55,21 54,98 1,40 3605,52 3556,36 3541, 1,85017 4,63 9,625 17,8087 9,96 14,96 1,19 51,47 51,34 51,35 1,09 997,43 997, 1000,00 1,85254 4,63 9,631 17,8425 9,98 14,98 1,19 51,48 51,35 51,36 1,09 1002,60 1000, 1000,00 1,85238 4,63 9,631 17,8402 9,98 14,98 1,19 51,48 51,35 51,36 1,09 1002,42 999,83 1000,00 4,63 9,63 17,8134 9,97 14,97 1,19 51,47 51,34 51,35 1000,36 997,79 997, 1, Примечание.

1. Кнеобх = 1000 м /с.

2. Коэффициенты Шези вычислены по формулам: C1 – Маннинга;

С2 – Бахметева-Федорова;

С3 – Гангилье-Куттера.

3. При глубине потока hн = 1,85 м, расходе Q =10 м3/c скорость течения vн = 0,56 м/с.

Таблица 4. Расчет нормальной глубины в Бурлинском МК при Q = 10 м3/с;

m = 3;

b = 5 м;

n = 0,02;

i = 0, h C C C R m*h =b+ b + mh R = / K3=C3R K1 = C1R K2 = C2R Кнеобх = Q/i = (b+mh)h h(2(1 + m2)) + h(2(1 + m2)) м м м м2 м м м (м/с2) (м/с2) (м/с2) м м3/с м3/с м3/с м3/с 0,2 0,6 5,6 1,12 1,26 6,26 0,18 37,53 36,75 34,96 0,42 17,77 17,40 16, 0,4 1,2 6,2 2,48 2,53 7,53 0,33 41,55 41,45 40,52 0,57 59,14 59,00 57, 0,6 1,8 6,8 4,08 3,79 8,79 0,46 43,99 44,09 43,57 0,68 122,25 122,52 121, 0,8 2,4 7,4 5,92 5,06 10,06 0,59 45,77 45,92 45,64 0,77 207,87 208,54 207, 1 3 8 8 6,32 11,32 0,71 47,19 47,33 47,18 0,84 317,28 318,21 317, 1,2 3,6 8,6 10,32 7,59 12,59 0,82 48,37 48,47 48,41 0,91 451,96 452,89 452, 1,4 4,2 9,2 12,88 8,85 13,85 0,93 49,40 49,44 49,42 0,96 613,44 613,97 613, 1,6 4,8 9,8 15,68 10,12 15,12 1,04 50,30 50,28 50,29 1,02 803,27 802,88 802, 1,8 5,4 10,4 18,72 11,38 16,38 1,14 51,12 51,03 51,04 1,07 1022,97 1021,02 1021, 6 11 22 12,65 17,65 1,25 51,87 51,70 51,70 1, 2 1274,07 1269,78 1269,87 1290, 2,2 6,6 11,6 25,52 13,91 18,91 1,35 52,56 52,31 52,29 1,16 1558,05 1550,51 1550, 2,4 7,2 12,2 29,28 15,18 20,18 1,45 53,20 52,86 52,83 1,20 1876,39 1864,55 1863, 2,6 7,8 12,8 33,28 16,44 21,44 1,55 53,80 53,38 53,31 1,25 2230,53 2213,21 2210, 2,8 8,4 13,4 37,52 17,71 22,71 1,65 54,36 53,86 53,76 1,29 2621,88 2597,75 2592, 3 9 14 42 18,97 23,97 1,75 54,90 54,32 54,17 1,32 3051,85 3019,45 3011, 3,2 9,6 14,6 46,72 20,24 25,24 1,85 55,40 54,74 54,56 1,36 3521,80 3479,51 3467, 3,4 10,2 15,2 51,68 21,50 26,50 1,95 55,89 55,14 54,91 1,40 4033,10 3979,17 3962, 2,01261 6,04 11,04 22,2148 12,73 17,73 1,25 51,92 51,74 51,74 1,12 1286,52 1286, 1290,99 1290, 2,01596 6,05 11,05 22,2721 12,75 17,75 1,25 51,93 51,75 51,75 1,12 1295,50 1291, 1290,99 1290, 2,01592 6,05 11,05 22,2713 12,75 17,75 1,25 51,93 51,75 51,75 1,12 1295,44 1290,93 1290,99 1290, 6,03 11,03 22,1703 12,71 17,71 1,25 51,91 51,73 51,73 1,12 1287,47 1283,04 1283, 2, Примечание.

1. Кнеобх = 1290,9944 м3/с.

2. Коэффициенты Шези вычислены по формулам: C1 – Маннинга;

С2 – Бахметева-Федорова;

С3 – Гангилье-Куттера.

3. При глубине потока hн = 2,01 м, расходе Q = 10 м3/c скорость течения vн = 0,45 м/с.

Таблица 4. Расчет нормальной глубины в Бурлинском МК при Q = 10 м3/с;

m = 4;

b = 10 м;

n = 0,02;

i = 0, h C C C R m*h b+mh =b+ R = / K1 = C1R K2 = C2R K3 = C3R Кнеобх = Q/i h(2(1 + m2)) = (b + mh)h + h(2(1 + m2)) м м м м2 м м м (м/с2) (м/с2) (м/с2) м м3/с м3/с м3/с м3/с 0,2 0,8 10,8 2,16 1,65 11,65 0,19 37,76 37,03 35,30 0,43 35,12 34,44 32, 0,4 1,6 11,6 4,64 3,30 13,30 0,35 41,95 41,90 41,04 0,59 114,98 114,83 112, 0,6 2,4 12,4 7,44 4,95 14,95 0,50 44,51 44,63 44,19 0,71 233,64 234,26 231, 0,8 3,2 13,2 10,56 6,60 16,60 0,64 46,37 46,52 46,30 0,80 390,59 391,85 389, 1 4 14 14 8,25 18,25 0,77 47,84 47,96 47,86 0,88 586,68 588,16 586, 1,2 4,8 14,8 17,76 9,90 19,90 0,89 49,06 49,13 49,10 0,94 823,26 824,33 823, 1,4 5,6 15,6 21,84 11,54 21,54 1,01 50,11 50,10 50,11 1,01 1101,96 1101,76 1101, 1,6 6,4 16,4 26,24 13,19 23,19 1,13 51,04 50,95 50,96 1,06 1424,49 1422,00 1422, 7,2 17,2 30,96 14,84 24,84 1,25 51,87 51,69 51,70 1, 1,8 1792,67 1786,64 1786,76 1825, 2 8 18 36 16,49 26,49 1,36 52,62 52,36 52,34 1,17 2208,31 2197,31 2196, 2,2 8,8 18,8 41,36 18,14 28,14 1,47 53,31 52,96 52,92 1,21 2673,24 2655,65 2653, 2,4 9,6 19,6 47,04 19,79 29,79 1,58 53,96 53,52 53,44 1,26 3189,28 3163,28 3158, 2,6 10,4 20,4 53,04 21,44 31,44 1,69 54,55 54,02 53,91 1,30 3758,25 3721,81 3713, 2,8 11,2 21,2 59,36 23,09 33,09 1,79 55,12 54,50 54,34 1,34 4381,95 4332,84 4320, 3 12 22 66 24,74 34,74 1,90 55,64 54,94 54,73 1,38 5062,15 4997,94 4979, 3,2 12,8 22,8 72,96 26,39 36,39 2,01 56,15 55,35 55,10 1,42 5800,61 5718,68 5692, 3,4 13,6 23,6 80,24 28,04 38,04 2,11 56,62 55,74 55,44 1,45 6599,08 6496,58 6461, 1,81681 7,27 17,27 31,3712 14,98 24,98 1,26 51,93 51,75 51,76 1,12 1819,36 1819, 1825,75 1825, 1,82007 7,28 17,28 31,4513 15,01 25,01 1,26 51,95 51,76 51,77 1,12 1832,21 1825, 1825,75 1825, 1,82003 7,28 17,28 31,4503 15,01 25,01 1,26 51,95 51,76 51,77 1,12 1832,13 1825,67 1825,74 1825, 7,28 17,28 31,4496 15,01 25,01 1,26 51,95 51,76 51,77 1,12 1832,07 1825,61 1825, 1, Примечание.

1. Кнеобх = 1825,741858 м /с.

2. Коэффициенты Шези вычислены по формулам: C1 – Маннинга;

С2 – Бахметева-Федорова;

С3 – Гангилье-Куттера.

3. При глубине потока h н = 1,82 м, расходе Q =10 м3/с скорость течения vн = 0,32 м/с.

Таблица 4. Гидравлические параметры Бурлинского МК при проектных режимах работы Параметры сечения Нормальная Скорость течения, Расход Q, м3/с Коэффициент шероховато и продольного про сти русла, n глубина м/с филя vmin доп.

b, м m i hн, м vн 0, 0,3R0, аR 5 2,5 0,0001 1,85 0,56 0,33 0, 5 2,5 0,00009 1,90 0,54 0,33 0, Проект 5 3 0,00006 2,01 0,45 0,34 0, 10 ный 5 3 0,00004 2,22 0,37 0,35 0, 0, 5 3 0,00003 2,38 0,39 0,36 0, 10 4 0,00003 1,82 0,32 0,34 0, Компьютерное моделирование неравномерного движения воды осуществлено авторами далее в работе по формулам (1.3-1.8) при моделировании взаимодействия уровней воды в канале с грунтовыми водами (Цхай, 2005;

Кошелева, 2005;

2007), а также по формулам (1.1, 1.2) в отдельно решаемой зада че (Зиновьев, 2008).

Для моделирования неравномерного движения воды была выбрана часть 2-го бьефа Бурлинского магистрального канала от ПК15+00 до ПК64+16 из-за наличия двух поворотов русла под углами в 75 (ПК 24+33) и 79 (ПК51+15), вызывающих до полнительные гидравлические сопротивления.

Выбор определяется также завершенностью строительства этого участка трассы. Последнее означает, что бьеф сооружен под нормальный расход в 36,5 м3/с с нормальными глубинами 3,63 м (m = 3) и 3,40 м (m = 2,5), что больше нового проектного расхода в 3,65 раза, что и вызывает сложности при эксплуатации бьефа. По руслу последовательно сменяют друг друга 4 типа геометрии трассы: 1) L1 = 2116 м;

m1 = 2,5;

i1 = 0,0001;

2) L2 = 715 м;

m2 = 3;

i2 = 0,00006;

3) L3 = 785 м;

m3 = 2,5;

i3 = 0,0001;

4) L4 = 1300 м;

m4 = 3;

i4 = 0,00006 [166, 225].

Гидравлические параметры потока во 2-м бьефе канала, по лученные в результате компьютерного моделирования, приве дены на рисунке 4.1. Реальные глубины воды во 2-м бьефе бу дут близки к глубинам неравномерно движения (рис. 4.1 а).

а б Рис. 4.1. Гидравлические параметры потока на участке ПК15+00-ПК64+16:

а – глубины течения;

б – скорости течения Очевидно, что при соблюдении проектных показателей рас хода и шероховатости русла скорость во втором бьефе будет выше минимально допустимой (рис. 4.1 б).

4.1.2. Прогнозируемые фильтрационные потери Фильтрация воды из канала в земляном русле без специаль ных противофильтрационных мероприятий – это неизбежный процесс, зависящий от коэффициента фильтрации слагающих ложе пород, параметров живого сечения и от условий подпора грунтовыми водами или отсутствия оного.

Ложе канала слагают суглинки, супеси, местами песчаные отложения. Противофильтрационный пленочный экран, запро ектированный на участке 1,8 км в голове системы, находится в нерабочем состоянии в связи с давностью сооружения и его множественными порывами корнями деревьев. На остальной части трассы нет противофильтрационного покрытия.

Грунтовые воды по вершинам и склонам увалов залегают глубоко и не оказывают влияния на современные почвообра зующие процессы. По долинам речек и ручьев и по ложбинооб разным понижениям грунтовые воды залегают на глубине 3-6 м, а иногда в непосредственной близости к поверхности.

Постепенное заглубление канала для сохранения уклона дна создает разные расчетные условия при моделировании взаимо действия уровня грунтовых вод и воды в канале (Кошелева, 2005). Глубокая выемка до 16 м (1-й, 8-й километр трассы, аван камеры 3-й и 4-й насосных станций) или близкое залегание грунтовых вод (ПК195+00…270+00) при небольшом заглубле нии дна вызывают процессы инфильтрации воды в канал. Уча стки, суммарной длиной около 4-5 км, выполненные в насыпи, имеют наиболее худшие противофильтрационные свойства.

Фильтрации воды из канала в земляном русле без специаль ных противофильтрационных мероприятий будет приводить к потерям воды и оказывать влияние на водный режим приле гающих территорий.

По нормативам проектирования КПД оросительного канала в земляном русле должен быть равным 0,90 (Зайдельман, 1996).

Расчетные зависимости фильтрационных потоков описываются достаточно сложными гидродинамическими уравнениями, при меняемыми для характерных режимов фильтрации (Веригин, 1977;

Полубаринова-Кочина, 1982;

Чугаев, 1982;

Карасев, 1975;

[221]).

Свободная фильтрация будет наблюдаться с момента ввода канала в действие и продолжаться до тех пор, пока фильтрацион ные воды не сомкнутся с капиллярной каймой грунтовых вод.

После чего начинается неустановившаяся подпертая фильтрация, которая будет продолжаться в течение эксплуатационного сезона (май-октябрь) при полном развитии проекта. Каждый последую щий год этот процесс будет повторяться, формируя пульсирую щий фильтрационный бугор с остаточным «прошлогодним» при ращением мощности. Определение величины приращения требу ет моделирования другого уровня сложности (годового и много летнего), сейчас можно только предполагать в 4-м бьефе из-за низкой водоотдачи остаточное приращение УГВ в 0,3-0,4 м по аналогии с Кулундинским каналом (Винокуров, 1985).

Потери расхода по формулам А.Н. Костякова. Для оценки потерь воды из каналов применяются различные эмпирические формулы. Среди них наиболее известна формула А.Н. Костяко ва для вычисления процента потерь на 1 км канала (Костяков, 1960;

Зайдельман, 1996):

А =, (4.1) Qm где Q – расчетный расход воды нетто в канале, м3/с;

А и m – коэффициенты для грунтов различной водопроницае мости: слабой (А = 0,7 и m = 0,3), средней (А = 1,9 и m = 0,4) и сильной (А = 3,4 и m = 0,5).

Видоизмененная СААНИИРИ формула А.Н. Костякова была проверена на больших каналах Средней Азии (Бакашев, 1973) и дала хорошую сходимость с практикой:

А =, (4.2) Q где значения A зависят от водопроницаемости грунтов ложа (Карасев, 1975):

- для суглинков тяжелых A = 1,2;

- для суглинков средних A = 2,1;

- для суглинков легких A = 3,2;

- для галечников A = 10-12.

Надо полагать, что для супесей и песков, встречаемых на трассе Бурлинского канала значения A нужно принимать в ин тервале от 3,5 до 10.

Хотя данная формула не носит нормативного характера, но, по мнению И.Ф. Карасева, с успехом может быть использована для ориентировочной оценки потерь на фильтрацию. Получен ные значения могут быть уточнены после пуска Бурлинского магистрального канала при наличии гидрогеологических на блюдений, например, по формуле Дарси (Карасев, 1975;

Чугаев, 1982);

[221], что потребует закладки наблюдательных скважин в контрольных сечениях канала для определения градиента кри вой депрессии.

Расчетные модели фильтрационных потоков Дюпюи, Дарси применимы для однородных изотропных в отношении коэффи циентов фильтрации грунтов (Зайдельман, 1996;

Чугаев, 1982).

В реальности мы имеем дело с неоднородными изотропными грунтами из-за слоистого чередования суглинков – супесей – песков в поперечном профиле канала.

Чтобы применить расчетные модели однородных грунтов для неоднородных, используют способы расчета «виртуальных длин», предложенных Г.Н. Каменским. Например, при двух слойном строении грунтового массива, нижний слой заменяют виртуальным слоем другой толщины (большей или меньшей) с коэффициентом фильтрации равным первому, так что выполня ется условие:

aв k1 = a2 k 2, (4.3) где a в – толщина виртуального слоя;

k1 – коэффициент фильтрации верхнего слоя;

a2 – толщина нижнего слоя;

k2 – коэффициент фильтрации нижнего слоя.

Полученная виртуальная схема с приведенными толщинами рассчитывается по формулам для однородных грунтов, затем результаты расчетов принимаются для действительной схемы без всяких изменений.

Второй способ приведения неоднородного грунта к однород ному слою заключается в расчете средневзвешенных коэффици ентов фильтрации для зоны аэрации.

n Ki ai i = K ср =, (4.4) n ai i = где K cp – средневзвешенный коэффициент фильтрации, м/сут.;

Ki – коэффициент фильтрации i-того слоя м/сут.;

a i – мощность i-того слоя, м.

Эта методика использовалась в гидродинамических расчетах института СибНИИГиМ (Федосова, 1978). На наш взгляд, такой способ более предпочтителен для задач взаимодействия УГВ с уровнем воды в канале, так как, с одной стороны, сохраняются реальные геометрические размеры в моделировании, с другой – учитываются неодинаковые фильтрационные свойства слоев, и в итоге появляется возможность выполнения масштабированно го картографирования результатов расчета.

В нашем случае следует учитывать толщину грунта от уров ня воды в канале до уровня грунтовых вод. Таким образом, рас четная зона может быть меньше зоны аэрации в случае заглуб ления уровня воды ниже отметок поверхности земли, или быть равной или больше мощности зоны аэрации в случае прохожде ния канала в насыпи.

В справочном пособии ВНИИ ВОДГЕО к СНиПу 2.06.15- «Инженерная защита территории от затоплений и подтопления»

сопоставительные расчеты показали, что с погрешностью в ко нечных результатах менее 5%, неоднородные пласты можно приводить к однослойным при соотношении проницаемости от дельных слоев не более 25 [224]. Это соответствует гидрогеоло гическим условиям Бурлинского магистрального канала. Вели чины расчетного коэффициента фильтрации определяются по трем формулам [224, с. 11]:

в неоднородных в плане пластах:

n ki Fi i = k=, (4.5) n Fi i = в слоистых пластах при фильтрации подземных вод парал лельно слоям:

n ki mi i = k= ;

(4.6) n mi i = в слоистых пластах при фильтрации подземных вод нор мально слоям:

n mi i = k=, (4.7) n mi ki i = где ki – коэффициенты фильтрации отдельных i-тых слоев или участков, м/сут.;

mi – мощности i-тых слоев, м;

Fi – площади отдельных i-тых участков, м2.

Используя данные о физико-механическом свойстве грунтов трассы Бурлиского МК, а также геолого-инженерные характери стики его продольного профиля (рис. 2.5, 2.6, табл. 2.1), по фор муле (4.6) получены средневзвешенные коэффициенты фильт рации пород для интервалов по длине канала с итерационным шагом в 100 м (302 участка). Эти участки затем были объедине ны в 54 участка со сходными условиями. Вычисленные коэффи циенты вместе с рассчитанными глубинами использованы в уточненном расчете фильтрационных потерь по формулам А.Н. Костякова [130, с. 198-199]. Общие потери по длине канала по формулам А.Н. Костякова (4.1) и (4.2) составят 20,33 и 22,31% соответственно.

Анализируя распределение потерь по длине канала, обнару живаем, что потери в 1-м бьефе и в начале 2-го бьефа без учета противофильтрационного покрытия равны 1,2%. Наибольшие потери прогнозируются в конце четвертого бьефа (ПК 264+00…302+40), где литологические разности представлены песками пылеватыми. Данные глинистые пески бурые, средней плотности, маловлажные и влажные с прослоями и линзами су песей и суглинков имеют коэффициент фильтрации 1,5 м/сут., мощность от 8 до 25 м и морфологически относятся к долине древнего стока. Такое геологическое сложение последних 4 км трассы отмечается не только на продольных профилях, выпол ненных АГВХ (Барнаул) [225], но и профилях Ленгипроводхоза (Ленинград) [162, 165, 167].

При учете данных о водных свойствах литологических раз ностей расчеты относительных и абсолютных объемов потерь воды в условиях отсутствия подпора и при глубоком залегании УГВ вычисляются по другой формуле А.Н. Костякова (Зайдель ман, 1996):

W = Кф [b + 2 h (ctg ) 2 + 1], (4.8) где W – потери воды на фильтрацию на 1 м канала, м /с;

Кф – коэффициент фильтрации м/с;

b – ширина канала по дну, м;

– поправка на капиллярность почвы, изменяется в диапазо не от 1,1 до 1,4;

h – глубина воды в канале, м;

ctg – коэффициент откоса, равный заложению откоса m.

Физический смысл данной формулы заключается в том, что смоченный периметр канала с поправочным (увеличивающим) коэффициентом на капиллярность грунта умножается на коэф фициент фильтрации. Данная фильтрация имеет нормальное на правление по отношению к геологическим слоям, потому при вычислении средневзвешенных коэффициентов фильтрации на 100-метровых участках использовалась формула (4.7). Величина пропускаемого расхода не является входящим параметром в этом расчете и влияет на значение опосредованно – через вели чины глубин потока: чем больше глубина наполнения канала – тем больше фильтрация.

«Глубокое залегание грунтовых вод» как условие примене ния данной формулы для Бурлинского магистрального канала делает эту формулу малопригодной для оценки фильтрации при близком залегании грунтовых вод. Во избежание этого участки канала с близким залеганием грунтовых вод не учитывались.

Расчет потерь для участков с относительно глубоким залега нием уровня грунтовых вод по формуле А.Н. Костякова дает ве личины суммарных потерь 2,92 м3/с (КПД канала 71%). Это не смотря на то, что вне расчета оказываются 13,19 км трассы с близким залеганием грунтовых вод 0-2,5 м и порой достаточно большими коэффициентами фильтрации.

Потери расхода с учетом времени работы канала. В дру гой методике расчета фильтрационных потерь, примененной ИВЭП СО РАН для расчета фильтрационных потерь в подводя щей части Кулундинского канала длиной 15,8 км (Винокуров, 1985), время эксплуатации канала является входящим парамет ром, при этом выделяется две стадии работы канала: стадия за мачивания грунта и стадия активной фильтрации.

Фильтрационные потери Q1 (м3) на первой стадии определя ются объемом смоченного грунта под дном канала с учетом рас текания фильтрационного потока (Веригин, 1977):

Q1 = B H1 L µ, (4.9) где В – расчетная ширина канала с учетом бокового растекания, м;

Н1 – мощность зоны аэрации под дном канала, м;

L – длина расчетного участка, м;

µ – коэффициент недостатка насыщения грунтов в долях единицы.

Поскольку в монографии (Винокуров, 1985) не уточняется, по какой формуле вычисляется расчетная ширина канала с уче том бокового растекания, то можно предположить следующее.

1. В формуле находится объем замоченного грунта: «длина»

«глубина до уровня грунтовых вод» «ширина замоченного участка, с учетом бокового растекания», то на наш взгляд, пере менная Bi равна ширине живого сечения потока поверху с уче том поправочного коэффициент капиллярности 1,1-1,4 (на «рас текание»).

2. Коэффициент недостатка насыщения, представляющий со бой разницу между естественной влажностью и полной влаго емкостью грунта, выраженную в долях единицы или процентах.

Он определяется геологией и зависит от сезона года. Проектные изыскания дают величины µ в диапазоне от 0,09 до 0,18 для наиболее распространенных слоев 10а, 10б, 10в. Для расчета можно принять среднее значение µср = 0,14.

3. Объем грунта умноженный на коэффициент недостатка на сыщения даст в результате объем воды, который сможет удер жать грунт до достижения полной влагоёмкости.

В нашем случае ширина живого сечения поверху и особенно глубина залегания грунтовых вод значительно изменяются по длине канала. Вместо усреднения геометрических параметров канала по всей его длине по указанной формуле проще вычис лить объем потерь как сумму потерь для выделенных нами n участков с однородными условиями.

Поскольку по формуле Веригина вычисляются объемы воды, а не расходы, то корректнее для потерь воды размерностью м ввести вместо Q1 обозначение V1:

n V1 = µср Bi H1i Li. (4.10) i = Глубины залегания грунтовых вод сняты с продольных про филей, выстроенных по данным проектных геолого-инженерных изысканий [164-168, 203, 204, 225].

Проведенный расчет объемов потерь на замачивание грунта по формуле (4.10) для выделенных 54 участков Бурлинского ма гистрального канала со средневзвешенными коэффициентами фильтрации дает суммарные потери на замачивание Vi, равные 272301,73 м3.

Расчетное время промачивания грунта вычислялось по фор муле Цункера (Винокуров, 1985), записанной для i-того участка в виде:

µcр H1i G ( i ), t1i = (4.11) kсрi i где kср i – средневзвешенный коэффициент фильтрации грунтов на i-том участке;

H1i i =, (4.12) hнi + H K hнi – нормальная глубина воды в канале для расчетных уча стков, м;

НК – высота капиллярного вакуума (поднятия), принятая равной 0,75 м;

G ( i ) = i ln(1 + i ). (4.13) Выполненные расчеты показывают, что время, необходимое на промачивание слоя грунта до уровня грунтовых вод, варьи руется в очень широких пределах от 5 мин. до 15 сут. в зависи мости от толщины слоя и значений коэффициентов фильтрации.

Следует также отметить, что на 12 км 940 м фильтрация 1-й ста дии будет отсутствовать из-за того, что УГВ достигает или на ходится выше отметок дна канала. На оставшихся 16 км 366 м трассы общий объем воды, затраченный на промачивание грун та, составит 272301,73 м3. Фильтрационные потери 1-й стадии Кулундинского магистрального канала, вычисленные для сред них значений параметров на длине 15800 м, имеют сравнимый порядок: 290000 м3 (Винокуров, 1985).

Фильтрационные потери воды 2-й стадии [53, с. 104] при ус ловии мгновенного наполнения, позволяющие рассчитывать по тери во время работы канала, определяются по формуле:

H 0 k2 T µср t2, Q2 = (4.14) где Н0 – превышение горизонта воды в канале над начальным уровнем грунтовых вод, м;

k2 – средний коэффициент фильтрации водоносного гори зонта;

T – средняя мощность водоносного горизонта;

t2 – время работы канала во 2-й стадии фильтрации, t2 = t – t1;

t – общее время работы канала в первый год эксплуатации.

По предложенной в монографии ИВЭП СО РАН формуле Q вычисляются объемы потерь воды м3 на 1 м погонный длины за t2 суток работы. Таким образом, величины Q1 и Q2, приводимые В.В. Моргуновым, имеют различную размерность и разный фи зический смысл.

Для наших расчетных условий превышение горизонта воды в канале над уровнем грунтовой воды Н0 и средний коэффициент фильтрации водоносного горизонта k2 изменяются по длине ка нала, потому данная формула также может быть преобразована для «n» расчетных участков и записана с использованием при нятых нами обозначений в виде:

n V2 = H 0i k2i T µср t2i Li. (4.15) i = Такая последовательность расчета удобна тем, что можно вычислить значения потерь объемов воды 1-й и 2-й стадии фильтрации, например, в первом сезоне эксплуатации для каж дого расчетного участка трассы:

Vi = V1i + V2i, (4.16) затем получить значения суммарных потерь объемов воды 1-й и 2-й стадии по всем участкам:

n V = Vi, (4.17) i = тогда потери расхода Qп м3/сут. или м3/с будут равны:

V Qп =, (4.18) t где t – общее время работы канала в сут. или с.

Расчет потерь 2-й стадии в первый сезон эксплуатации по формуле (4.15) на 54 расчетных участках приведен в авторской работе [140, с. 204-205]. Суммарные потери воды на замачива ние и фильтрацию демонстрирует итоговая таблица 4.6.

На наш взгляд, полученные результаты отражают интерес ную динамику во времени потерь объемов, расходов и КПД ка нала, хотя полученные значения КПД выглядят несколько за вышенными (а потери – заниженными) на фоне значений 68-71% КПД оросительных сетей, проектировавшихся, строив шихся и эксплуатировавшихся в России в конце прошлого века (Кундиус, 2002).

Таблица 4. Объемы и расходы потерь, КПД Бурлинского МК Время с начала работы канала, сутки Ед.

Показатели изм. 30 60 90 120 м V1 272302 272302 272302 272302 м V2 1625124 2357078 2909680 3372795 м V1 + V 2 1897426 2629380 3181982 3645097 м3/с Qп 0,73 0,51 0,41 0,35 0, % 92,7 94,9 95,9 96,5 96, Значение КПД в 93-97% кажется завышенным, так как дан ный расчет выполнен для канала в земляном русле с подсти лающими песками на 4,5 км трассы в конце 4-го бьефа и выпол нен без учета проектировавшегося противофильтрационного эк рана в первом и в начале второго бьефа.

Потери расхода по формулам Н.Н. Павловского рассчитыва лись в полном соответствии с рекомендациями СНиП 2.06.15- для каналов трапецеидальной формы по формулам:

b 4 Qf = 0,0116 kf µ (B + 2dc);

при (4.19) dc b при Qf = 0,0116 kf (B + Adc), (4.20) dc где Qf – расход фильтрационных потерь, м3/с на 1 км длины ка нала;

kf – коэффициент фильтрации грунтов ложа канала, м/сут.;

В – ширина канала по урезу воды, м;

b – ширина канала по дну, м;

dс – глубина воды в канале, м;

µ и А – коэффициенты, определяемые по таблицам СНиП 2.06.15-85.

Трасса канала была разбита на 318 расчетных участков с од нородными физико-механическими свойствами и характером слоистости грунтов, в пределах которых считались коэффици енты фильтрации и устанавливались коэффициенты µ и А. В расчете учитывались условия подпора там, где они имели место.

Результаты расчета потерь для расхода Q = 10 м3/c приведены в таблице 4.7.

Таблица 4. Потери расхода по формулам Н.Н. Павловского для Q = 10 м3/c Направление Потери расхода, Qf фильтрации и номер бьефы Бурлинского МК, используемой фор (сечение трапецеидаль- всего мулы для определе ное), м3/с ния коэффициентов фильтрации на рас м3/с 1 2 3 4 % четных участках Параллельно слоям 0,03 0,40 0,16 0,82 1,40 (4.6) Нормально слоям 0,03 0,14 0,11 0,72 1,00 (4.7) Как следует из таблицы, при фильтрации параллельно слоям канал выходит за пределы установленного лимита в 10%. Поте ри в 4-м бьефе наиболее существенны в связи с его большей протяженностью.

4.1.3. Моделирование взаимодействия УГВ с водным потоком Выполнено компьютерное моделирование взаимодействия уровня грунтовых вод (УГВ) и нормального горизонта воды (НГВ) в 4 бьефах канала при пропуске проектного расхода Q = 10 м3/с для проектного коэффициента шероховатости n = 0,02 в течение первых 6 месяцев эксплуатации канала (время исчислялось в секундах). Прогнозное моделирование было вы полнено для каждого бьефа отдельно из-за каскадных перепадов высот на трассе канала.

Геологическое сложение трассы, физико-механические свойства грунтов и высотные отметки геометрии канала взяты с продольных профилей Бурлинского магистрального канала [162-168, 186-188, 203, 204, 225].

Была выполнена трудоемкая предварительная обработка ис ходных данных на расчетных узлах разностной сетки (коорди наты x, y) для приведения многослойной геологии в расчетной вертикальной зоне (координата z) к однородному пласту путем получения средневзвешенных коэффициентов фильтрации (4.7).

Итерационные шаги при задании исходных данных в плане (x, y) варьировались от 20 м для 1-го бьефа до 100 м для 4-го бьефа в связи с его большей протяженностью. Средневзвешенные ко эффициенты фильтрации получены для каждого рассматривае мого пикета. За мощность расчетного слоя было принято рас стояние от уровня грунтовых вод (УГВ) до нормального уровня воды (НВ) в канале.

Нормальный уровень воды находился как сумма отметок дна канала и нормальных глубин потока в каждом отдельно взятом сечении. Нормальные глубины наполнения канала для расхода 10 м3/c были получены авторами при расчете гидравлических характеристик канала в главе 4 данной работы.

В основу исходных значений УГВ были положены данные наблюдательных скважин по трассе канала, заложенные проект ными организациями и использовавшиеся при проектировании Бурлинского магистрального канала. При расхождении значе ний УГВ на незначительных участках продольных профилей, выполненных институтами «Ленгипроводхоз» и «Алтайгипро водхоз», предпочтение отдавалось данным более позднего срока проектирования. Следует отметить, что уровень грунтовых вод подвержен сезонным и многолетним колебаниям, потому явля ется изменчивой величиной во времени. В данном расчете при няты постоянные «проектные» значения УГВ, соответствующие средним значениям УГВ для сезона эксплуатации. Учет сезон ной и многолетней динамики УГВ представляется следующим этапом моделирования, а получение современных данных о се зонных колебаниях УГВ предполагает наличие постоянно дей ствующего мониторинга данной территории.

При моделировании УГВ в качестве исходных данных были приняты глубины, установившиеся в скважинах до строительст ва системы. Длины расчетных участков ограничиваются земля ной частью канала без учета бетонных облицовок аванкамер, водовыпусков и площадок насосных станций.

Все подготовленные входные данные для моделирования оформлены в виде таблиц (массивов) и записаны в файлы вход ных данных.

В результате моделирования получены выходные массивы (файлы), содержащие расчетные абсолютные отметки УГВ в Балтийской системе координат на рассматриваемых площадях 4 бьефов с временным шагом 100 секунд, на временном интер вале от 0 до 15522000 с (до 180 дней работы).

Положительной стороной применения ЭВМ для целей моде лирования является количественная неограниченность представ ления результатов – по полученным моделям можно получать карты с любым заданным интервалом времени, до 100-й секунды минимум, и в любом линейном масштабе. Для визуального представления результатов расчета в этой работе для каждого бьефа были программно выстроены по 6 прогнозных карт УГВ с месячным интервалом – всего 24 карты. В качестве примера на рисунках 4.1-4.5 приведены прогнозные карты изогипс террито рии в Балтийской системе высот для 1-го бьефа (начало) и 4-го бьефа (конец) канала. Если на картах 1-го бьефа зеркало грунтовых вод имеет общий уклон к Новосибирскому водохрани лищу (рис. 4.2, 4.3), то трасса 4-го бьефа проходит через водораз дел р. Бурлы и р. Оби, что и отражают карты изогипс (рис. 4.4).

Другой положительной особенностью данных прогнозных карт является достаточно точное отражение качественных явле ний взаимодействия УГВ и воды канала, в частности, феномены перехода от фильтрации вод из канала к фильтрации грунтовых вод в канал во 2-м (рис. 4.5, 4.6) и 3-м бьефах.

Динамика изменения уровней грунтовых вод отслеживается при сравнении карт разной длительности процесса взаимодейст вия грунтовых и поверхностных вод в канале – разного срока эксплуатации системы. Отмечаются следующие закономерно сти: помимо увеличения ширины полосообразной зоны фильт рации со временем происходит «оплывание» фильтрационного потока в сторону речных систем: 1-3-й бьеф – на восток, к р. Оби, и конец 4-го бьефа – на северо-запад, к р. Бурле.

Рис. 4.2. Прогноз УГВ в зоне 1-го бьефа Бурлинского МК при Q = 10 м3/с, n = 0,02 через 1-3 месяца эксплуатации Рис. 4.3. Прогноз УГВ в зоне 1-го бьефа Бурлинского МК при Q = 10 м3/с, n = 0,02 через 4-6 месяцев эксплуатации Рис. 4.4. Прогноз УГВ в зоне 4-го бьефа Бурлинского МК при Q = 10 м3/с, n = 0,02 через 1-2 месяца эксплуатации Линейный масштаб для представления результатов этой ра боты подбирался таким образом, чтобы карты бьефов при ком поновке рисунков соответствовали чертежному формату А4, хо тя можно получить любой необходимый масштаб изображения.

Дальнейшее усовершенствование программы в 2009 г. дало воз можность строить карты изменения УГВ территории в относи тельных единицах, позволяющее видеть, насколько изменяется уровень от исходного значения. Для удобства различения гра ниц введена неравномерная шкала изображения горизонталей:

до 1 м – с шагом 1 м, от 1 и менее – 0,10 м (рис. 4.6). Линия с отметкой 0 около канала и будет границей его зоны влияния.


Рис. 4.5. Прогноз УГВ в Балтийской системе высот:

2-й бьеф Бурлинского МК, Q = 10 м3/с, n = 0,02, t = 6 месяцев Вопросы влияния площадок насосных станций на прилегаю щие территории в данной работе не рассматриваются и являют ся отдельной задачей, со своими особенностями и сложностями.

В данной работе мы ограничиваемся утверждением, что ручей ный сток овражно-балочной системы № 4 будет иметь две до полнительные статьи водного баланса: поверхностный приток воды в двух точках линейного сброса дренажных вод (около НС3 и НС4) и приток грунтовых вод со стороны МК, вызванных фильтрацией воды из канала.

Рис. 4.6. Прогноз изменения УГВ в относительной системе высот:

2-й бьеф Бурлинского МК, Q = 10 м3/с, n = 0,02, t = 6 месяцев Компьютерное моделирование позволяет также выстраивать пространственные аксонометрические проекции (3D) зеркала грунтовых вод для большей наглядности процесса (рис. 4.7). Ре зультаты численного моделирования качественно верно отра жают процессы фильтрации воды из канала (участок трассы АБ на рис. 4.7) и в канал (участок трассы БВ там же), что полно стью согласуется с соотношением уровней воды в канале и УГВ по продольным профилям.

Рис. 4.7. Зеркало грунтовых вод во 2-м бьефе Бурлинского МК:

Q = 10 м3/c, n = 0,02, t = 6 месяцев Построенные по картам поперечные сечения дают классиче скую форму депрессионных кривых, как и на любом другом бьефе и пикете канала (рис. 4.8).

Пикет 7+00 Ось канала Абс. отм., м Поверхность земли 1 естественное Нижняя граница 134 зеркало корнеобитаемого слоя грунтовых вод Критическая глубина 132 2 депрессионная кривая через 130 месяц Нормальный УВ 4 128 3 депрессионная кривая через месяцев Дно канала 2 ю 4 поверхность С капиллярной 124 каймы для УГВ 6 месяцев УГВ 500,0 м 212,8 м 849,7 м 724,5 м Рис. 4.8. Депрессионные кривые на ПК 7+00 Бурлинского МК Результаты, полученные в рамках данной модели, адекватно отражают неравномерное движение потока в канале и измене ние глубин потока, связанное с наличием двух поворотов под углом 90. На рисунке 4.7 видны рост глубин на поворотах и па дение глубин после них. При сравнении рассчитанных по ис пользуемой модели гидравлических характеристик потока во 2-м бьефе и результатов моделирования с использованием од номерных нестационарных уравнений Сен-Венана (раздел 4.1.2) получено их качественное и количественное совпадение.

4.1.4. Прогнозируемые зоны влияния канала Рассматривая вопросы экологической защиты агроландшаф тов, граничащих с каналом, можно обратиться к подходу Ф.Р. Зайдельмана при формулировании требований, предъяв ляемых к мелиоративным системам. Ф.Р. Зайдельман вводит понятие совершенной мелиоративной системы, позволяющей «при минимальных затратах получать максимальную прибыль, обеспечивая при этом экологическую защиту всех элементов аг роландшафта и повышения (или сохранения, при высоком ис ходном уровне) плодородия мелиорируемых почв» [89, с. 357].

Ф.Р. Зайдельман предлагает рассматривать мелиоративные мероприятия в трех взаимообусловленных аспектах: ландшафт ном, инженерно-мелиоративном и почвенном. Ландшафтный блок должен быть нацелен на охрану как мелиорируемой терри тории в границах системы, так и всего ареала влияния системы, в том числе и за ее пределами (в случае, если влияние мелиора тивной системы выходит за ее границы). Инженерно-мелиора тивный блок носит конструктивную направленность и реализу ется в пределах самой мелиоративной системы. Его задачей яв ляется экологизация конструкций каналов, коллекторно-дренаж ной сети, транспортных линий, других специальных гидротех нических сооружений. Почвенный блок ориентирован на эколо гическую защиту мелиорируемых почв – непосредственного и часто единственного объекта мелиорации. «Многие серьезные просчеты, связанные с мелиорацией, имели место именно пото му, что не были известны или не были учтены возможные нега тивные изменения почв в результате применения тех или иных конкретных способов мелиорации» [89, с. 362].

Поскольку в пределах расположения Бурлинского канала на настоящий момент не планируются массивы орошения, то в данной работе рассматриваются вопросы ландшафтного блока при распространении влияния канала за пределы отвода земель под данное сооружение и даются рекомендации для «инженер но-мелиоративного» блока. Уменьшение негативного влияния магистрального канала, в идеале – вообще исключение любых негативных последствий для прилегающих к каналу территорий с нашей точки зрения является целью охраны агроландшафтов прилегающих территорий. Почвы являются не только естест венным базисом земледелия, но и непременным условием суще ствования для ряда сменяющихся человеческих поколений. По этому необходимо исключать причины, приводящие к деграда ции почв или ускоряющие естественные процессы засоления почв в зоне влияния канала.

При исследовании влияния Бурлинского магистрального ка нала на прилегающие территории могут быть выделены не сколько природных компонентов агроландшафтов, на которые Бурлинский магистральный канал как техническая система бу дет оказывать воздействие. Это рельеф, литогенная основа, по верхностный сток, грунтовые воды, растительность и почвы прилегающих территорий по двум факторам воздействия – вод ная эрозия и изменение водного режима почв на фоне проте кающих естественных процессов.

С другой стороны, каждое изменение можно рассматривать в двух аспектах: изменение характера и интенсивности воздейст вия во времени и особенности пространственной локализации этого влияния. Для того чтобы оценить воздействие и перспек тивы изменений среды, нами выделены временные этапы и описаны преобладающие факторы воздействия со стороны тех нической системы в эти этапы. При изучении текущего состоя ния системы и описании пространственной локализации изме нений нами выделены различные пространственные зоны влияния.

Прогнозы, выполняемые далее, являются локальными (при легающие к каналу земли), краткосрочными (первый сезон экс плуатации), по характеру – исследовательскими, нацеленным на определение будущего состояния природной подсистемы агро ландшафтов в зоне влияния канала. С другой стороны, прогнозы в какой-то мере и будут описывать сохраняющуюся тенденцию на весь срок эксплуатации сооружения при ежегодном сезонном режиме работы канала.

Такой прогноз исходит из тенденции развития ситуации в прошлом и настоящем, и потому исследование прошлого и на стоящего является неотъемлемой частью прогнозного анализа (Емельянов, 2004). Потому рассмотрение состояние системы в прошлом-настоящем времени: природные условия в главе 2, ис тория проектирования, строительства и текущее состояние гид ротехнической системы в главе 3 – создает основу для осущест вления корректного прогнозного анализа.

Так как для Бурлинской оросительной системы приоритетной целью стало обводнение Бурлинского бассейна, то в обозримой перспективе на фоне достаточной неопределенности объемов и территориального размещения орошения представляется необ ходимым уделить внимание анализу воздействия Бурлинского магистрального канала на прилегающие земли.

При исследовании учитывался опыт эксплуатации Кулун динского магистрального канала, запроектированного в то же время и теми же проектными организациями, а также опыт ис следования зоны влияния Кулундинского канала и прогнозы, выполненные ИВЭП СО РАН для Кулундинского канала (Вино куров, 1985).

Зона влияния магистрального канала определяется граница ми депрессионной поверхности, форма и размеры которой в плане зависят от взаимного сочетания многих параметров: от глубины залегания грунтовых вод, фильтрационных свойств по род в зоне аэрации, глубины заполнения канала, значений шеро ховатости, уклона и т.д. В результате обработки компьютерных карт УГВ были установлены границы, площади зон влияния ка нала для разного времени работы и землепользователи этих тер риторий (табл. 4.8).

Эти границы определены при сравнении исходных карт гид роизогипс с полученными прогнозными картами. Эти границы хорошо просматриваются на прогнозных картах изменения УГВ в относительной системе высот. Максимальные размеры зона влияния имеет в конце сезона эксплуатации.

Поскольку на этапе определения зон влияния канала работа велась с проектной документацией на бумажных носителях, то для удобной компьютерной обработки часть чертежей была пе реведена в электронный вид в системе САПР «Компас-3D» ЗАО «АСКОН» (лицензионное соглашение АГАУ Сб-09-00030).

Это позволило состыковать проектные чертежи и компью терные карты в виде слоев (рис. 4.9), а также воспользоваться удобной функцией определения площадей замкнутых контуров с учетом коэффициентов перевода единиц измерения (например, из мм2 в га) в зависимости от используемого масштаба чертежа (рис. 4.10).

Таблица 4. Площади влияния Бурлинского магистрального канала на УГВ при непрерывном режиме работы с расходом 10 м3/с, га Время работы t, месяцы Расположение Бьеф земель 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 Зона фильтрации из канала (ТОО «Рассвет», отвод земель) Слева 18,95 25,25 32,04 36,72 41,32 43, Справа 22,55 27,30 32,05 37,83 44,74 48, Всего 41,49 52,55 64,10 74,55 86,06 92, Зона фильтрации в канал (ТОО «Рассвет», отвод земель) Слева 7,29 10,63 14,32 18,05 19,86 21, Справа 7,96 9,74 14,50 23,47 29,60 33, Всего 15,25 20,37 28,82 41,52 49,46 54, Зона фильтрации из канала (СС Крутиха, ТОО «Рассвет», «Трудовик», отвод земель) Слева 217,76 294,73 339,43 363,28 386,78 406, Справа 188,28 240,85 275,08 304,07 332,96 347, Всего 406,04 535,58 614,51 667,35 719,74 753, в том числе зона фильтрации из канала на землях пользователей Адм. СС Крутиха 66,11 107,13 129,63 139,88 150,07 158, ТОО «Рассвет» 225,57 295,41 345,41 380,69 410,06 436, «Трудовик» 35,38 49,62 60,16 68,15 79,30 84, Зона фильтрации в канал (Подборнинский СС, ТОО «Подборное», «Ковылина», «Горбунова») Слева 73,49 109,77 131,25 148,32 163,63 182, Справа 100,42 120,79 137,65 147,20 167,19 196, Всего 173,91 230,56 268,89 295,52 330,83 378, Окончание табл. 4. 1 2 3 4 5 6 7 Зона фильтрации из канала (ТОО «Подборное», ТОО «Рассвет», «Горбунова», отвод земель) Слева 90,96 111,10 128,63 138,52 155,32 179, Справа 87,32 105,92 120,07 129,20 147,29 158, Всего 178,28 217,02 248,70 267,73 302,61 338, В том числе зона фильтрации из канала на землях пользователей ТОО «Подборное» 17,93 19,05 21,12 24,19 28,02 31, ТОО «Рассвет» 139,64 174,01 197,21 211,28 236,39 265, «Горбунова» 4,29 7,48 13,25 15,48 21,41 24, Зона фильтрации из канала Слева 794,27 1152,12 1446,11 1627,93 1827,86 2005, Справа 856,35 1267,16 1406,15 1434,46 1600,59 1735, Всего 1650,62 2419,28 2852,26 3062,39 3428,45 3740, В том числе зона фильтрации из канала на землях пользователей Панкрушихинский лесхоз 105,49 227,38 254,96 319,00 375,09 422, 4 ТОО «Боровое» 46,73 144,57 207,05 231,77 297,57 327, ТОО «Подборное» 559,11 875,13 1109,14 1306,44 1478,53 1666, Адм. Прыганский СС 378,88 495,99 554,31 591,50 615,77 623, Адм. Подборнинский СС 194,35 306,53 343,77 379,96 407,92 421, «Медок» 31,08 35,61 35,61 35,61 35,61 35, «Распопина» - - - 0,06 7,98 15, Итого понижение УГВ 189,16 250,93 297,71 337,04 380,29 433, Итого повышение УГВ 2276,43 3224,43 3779,57 4072,02 4536,86 4925, Рис. 4.9. Использование САПР «Компас-3D V10» при работе с картами Рис. 4.10. Использование САПР «Компас-3D V10»


для подсчета площадей Особый интерес представляют зоны влияния канала на почвы прилегающих территорий. При орошении земель В.А. Ковда выделил 3 стадии в процессах вторичного засоления. Первая стадия характеризуется засолением почв вдоль новых ороси тельных каналов (Ковда, 1947).

Во избежание засоления прилегающих земель грунтовые во ды должны стоять на глубине не меньше критической или ми нимальной глубины (Колпаков, 1981;

Зайдельман, 1996):

hкр = hmax + а, (4.21) где а – глубина распространения основной корневой системы сельскохозяйственных культур, принимаемой в диапазо не от 0,5 до 0,8 м;

hmax – наибольшая высота капиллярного поднятия воды в данном грунте, составляющая в песках 0,5-1 м, в су песях – 1-2 м, в суглинках – 2-4 м, в тяжелых суглин ках и глинах – до 6 м (Ганжара, 2001).

Поскольку максимум депрессионной кривой (в случае пре вышения НУ над УГВ) приходится на уровень воды в канале, можно использовать геологические разрезы вдоль трассы канала для определения точек пересечения капиллярной каймы с ниж ней границей корнеобитаемого слоя.

Полученные точки пересечения будут границей вдоль трассы между зоной, где опасность вторичного засоления имеет место и областью, где опасность отсутствует. Конфигурацию зоны опасности вторичного засоления по ширине можно определить, выстраивая депрессионные кривые на выбранных характерных поперечных сечениях канала (рис. 4.11).

Таким образом, при известных глубинах залегания грунто вых вод для выделения зоны опасности вторичного засоления можно пользоваться не расчётом критической глубины залега ния грунтовых вод, а геометрическим построением ее слагае мых: нижней границей корнеобитаемого слоя и границей капил лярной каймы над установившимися уровнями.

ПК 16+, 6 М 1: =6 84, 148,94 146,44 0 144, 23 4 432 3 1 4 4 Q = I n = 0, 3 3 4 II 73, 87, Рис. 4.11. Пример определения границ водных режимов почв на поперечном сечении пикета ПК 16+00 2-го бьефа Бурлинского МК:

водные режимы: 1 – водозастойный;

2 – периодически водозастойный выпотной;

4 – десуктино-выпотной;

– выход зоны влияния канала на водные режимы почв за пределы полосы отвода земель;

расчетные схемы: I – с учетом дамб;

II – без учета дамб Выделенные подобным способом ареалы будут характеризо ваться изменением водного режима исходных почв. Непромыв ной водный режим черноземов степной зоны и периодически промывной режим выщелоченных черноземов сменится на че тыре новых разновидности:

а) водозастойный режим грунтового увлажнения, ведущий к формированию болотных почв – при превышении уровня воды в канале над отметками поверхности земли в непосредственной близости от канала;

б) периодически водозастойный режим, ведущий к формиро ванию болотных почв – при достижении депрессионной кривой отметок поверхности земли, вызванным более пологим нисхож дением депрессионной кривой при высоком стоянии грунтовых вод;

в) выпотной режим, ведущий к формированию гидроморф ных солончаков, солончаковатых почв – капиллярная кайма достигает поверхности земли;

г) десуктивно-выпотной водный режим, ведущий к формиро ванию полугидроморфных лугово-черноземных почв там, где капиллярная кайма достигает корнеобитаемого слоя.

Все четыре разновидности режимов будут последовательно сменять друг друга в направлении к периферии зоны в выделен ных ареалах влияния. В микропонижениях и микроповышениях рельефа будут проявляться водные режимы в зависимости от соотношения высот поверхности земли и установившегося уровня грунтовых вод в данном месте.

Основываясь на вышесказанном, получили прогнозируемые границы зон влияния канала на УГВ и на водные режимы почв.

1-й бьеф. На рисунке 4.12 приведены границы зон влияния на УГВ в 1-й сезон эксплуатации Бурлинского магистрального канала с интервалом 1 месяц при условии отсутствия противо фильтрационного покрытия. Границы выходят далеко за преде лы полосы отвода земель под канал и проходят по землям ТОО «Рассвет». Площади прогнозируемых зон влияния на УГВ в 1-м бьефе приведены итоговой таблице 4.8. Уже в первый месяц эксплуатации площадь влияния превышает в 4,5 раза площадь отвода земель на этом участке: 41,5 га в сравнении с 9,97 га.

- "" Q= 10 / n =0. 4 1 3+ 2 12 4 3 65 6 0. 200 200 1000 800 600 400 600 800 1000 1 5 + 4 0... 1 2 + 0 0 : 9.9 2 + 4 Рис. 4.12. Прогнозируемые границы зоны влияния 1-го бьефа Бурлинского МК на грунтовые воды в разные сроки эксплуатации При анализе продольного профиля канала и поперечных се чений депрессионных кривых 1-го бьефа (пример на рис. 4.11) обнаруживается, что капиллярная кайма над максимумом де прессионных поверхностей нигде не достигает нижней границы корнеобитаемого слоя, потому изменения водного режима почв прилегающих территорий в первом бьефе не произойдет.

На поперечном разрезе сечение канала трапецеидальной формы не показано из-за разницы в горизонтальном и верти кальном масштабе. Вместо сечения канала показана его ось.

Слои литологической колонки по оси канала обозначены в соот ветствии с условными обозначениями продольного профиля 1-го бьефа.

Угроза вторичного засоления в 1-м бьефе отсутствует, а влияние на УГВ необходимо устранить, восстанавливая проти вофильтрационное покрытие. Если ремонт противофильтраци онной пленки не будет произведен, то на 4 угодьях ТОО «Рас свет» произойдет повышение УГВ в соответствии с установлен ными закономерностями (рис. 4.12).

2-й бьеф. Во 2-м бьефе зоны влияния канала на уровни грун товых вод (границы 2 в обозначениях рис. 4.13) выходят далеко за пределы отвода земель в постоянное пользование и распро страняются на территории земель администрации Крутихинско го сельского совета, на земельные угодья ТОО «Рассвет» и зем ли землепользователя «Трудовик», ранее – совхоза «Яблочный».

Зона влияния делится на две качественно отличные друг от друга области: зона фильтрации из канала до ПК 75+80 и зона фильтрации в канал после ПК 75+80. После 1-го месяца экс плуатации граница зоны влияния будет достигать овражных сис тем № 1, 2, 4, а после 2-го месяца – № 3. Величины площадей, на которых под действием канала происходит изменение уровней грунтовых вод, приведены выше в итоговой таблице 4.8.

Для выделения границ влияния на почвы сельскохозяйствен ных земель, прилегающих к каналу (3 и 5 в обозначениях рис. 4.13), были выстроены продольный профиль 2-го бьефа и поперечные сечения на пикетах с шагом 50 м по длине. При по строении трассы вдоль канала находились точки пересечения уровней грунтовых вод, установившихся к 6-му месяцу, и их ка пиллярной каймы с поверхностью земли и с нижней границей корнеобитаемого слоя (рис. 4.14).

0 6 5 43 2 1 5 1 23 4 82+ 12 :

1-4, 12 - 5, 7, 11 - 6, 8-10 - 4 11 2 55. 9 8 23+ 3.

6 5 2 1 2 3 4 5 6 7 4 8 13+ Рис. 4.13. Прогнозируемые зоны влияния 2-го бьефа Бурлинского МК на прилегающие территории Q = 10 м3/c, n = 0,02:

1 – границы землепользования;

2 – границы зон влияния канала на УГВ в сроки от 1 до 6 месяцев эксплуатации;

3 – границы зон влияния канала на почвы к 6-му месяцу эксплуатации (границы подзоны 4);

4 – границы почвенных контуров в пределах зон влияния;

5 – прогнозируемые площади вторичного засоления к 6-му месяцу эксплуатации вне полос отвода земель (подзона 3);

6 – полоса отвода земель в постоянное пользование;

7 – селитебные территории;

8 – овражные системы № 1-4;

9 – водоемы-отстойники в вершине овражной системы № 2;

10 – направление фильтрации;

11 – границы угодий Основой для построения поперечных сечений канала служи ли прогнозные карты гидроизогипс 2-го бьефа. Выделение гра ниц было выполнено двумя способами: без учета (I) и с учетом (II) поверхности дамб (рис. 4.14).

20+ 1 : ():

1 : 131, 144,55 6 Q = 10 / 146, n = 0,02 145,..

148, (.., 1985) 143,04 96, 183,03 115, Рис. 4.14. Пример определения внешних границ подзон 4 и 3 на ПК 20+ Сравнение результатов способов I и II показывает, что внеш ние границы десуктивно-выпотной (4) и выпотной (3) подзон совпадают для обоих способов при имеющихся различиях в че редовании подзон внутри зоны. Потому вполне корректно нахо дятся границы без выстраивания берм и дамб канала в сечениях.

Сравнение полученных внешних границ с размерами полосы от вода земель позволяет оценить наличие или отсутствие влияния на земли сельскохозяйственного назначения прилегающих тер риторий (табл. 4.9).

Таблица 4. Прогнозируемые площади земель с изменённым водным режимом почв во 2-м бьефе Бурлинского МК, га Новый водный режим на исходных почвах Землеполь- десуктивно выпотной Всего зователи выпотной Ч22с ЧВ22с всего Ч22с ЧВ22с всего Администрация 6,54 7,93 14,47 5,39 3,73 9,13 23, с. Крутиха ТОО «Рассвет» 40,88 11,77 52,65 21,3 5,68 26,98 79, «Трудовик» 7,86 - 7,86 2,75 - 2,75 10, Итого 55,28 19,7 74,98 29,44 9,41 38,86 113, При оценках влияния канала на прилегающие почвы интерес представляют случаи выхода установленных границ за пределы полосы отвода земель.

Вторичное засоление ожидается в подзоне 3 зоны влияния, так как прогноз засоления массива орошения «Рассвет» рядом со 2-м бьефом по данным ЛГМИ при минерализации грунто вых вод до 1 г/л все же давал засоление более 20% площадей к 6-10-му годам эксплуатации: ГКС-Сд со средней суммой солей 0,48%, ГКС-Сд – 0,38%, ХС – 0,34%, ГКС-Сд – 0,28%, С – 0,09 0,53 [222].

Для демонстрации их результатов нами построена карта площадей засоления к 6-10-му годам эксплуатации закрытой оросительной сети ТОО «Рассвет» (рис. 4.15). Следует отметить, что сотрудники ЛГМИ провели полный объём исследований – выполнили наблюдения за УГВ на опытных делянках, опыты с монолитами на величину инфильтрации (Г.А. Скобин), химиче ские анализы воды и водных вытяжек из почвогрунтов (Т.И. Прокофьева, И.И. Ильчук). Затем построили прогнозные карты засоления и достижения УГВ критической глубины для массивов орошения (В.И. Воробьев).

0,48% - 0,38% - 1,14%. 4,43%.

,34% 6-10, 10-15, 15-, 1 / :

-, -;

, -, 0,28% - 15,7%.

0,09-0,53% -- Рис. 4.15. Прогнозная карта площадей засоления к 6-10-му годам эксплуатации закрытой оросительной сети ТОО «Рассвет» [222] Отметки поверхностей земли на прилегающей территории выстроены по плану трассы канала ПК0+00-ПК82+00 [166]. В указанных пределах и площадях (рис. 4.13, табл. 4.9) черноземы обыкновенные и черноземы обыкновенные выщелоченные среднегумусные среднемощные суглинистые под воздействием изменения водного режима будут трансформироваться в гидро морфные почвы лугово-черноземного генезиса, солончаки, со лончаковатые почвы.

3-й бьеф. В плане границы влияния на грунтовые воды и на почвы 3-го бьефа указаны на рисунке 4.16, площади влияния на УГВ – в таблице 4. 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 32 4 0 130+00 120 18 137 2 1 2 82+ Рис. 4.16. Прогнозируемые зоны влияния 3-го бьефа Бурлинского МК (номера землепользователей малых угодий приводятся по сельскохозяйственной карте Крутихинского района (АлтайНИИГипрозем):

1 – границы землепользования;

2 – границы зон влияния канала на УГВ в сроки от 1 до 6 месяцев эксплуатации;

3 – границы зон влияния канала на почвы к 6-му месяцу эксплуатации;

4 – границы почвенных контуров в пределах зон влияния;

5 – прогнозируемые площади вторичного засоления к 6-му месяцу эксплуатации вне полос отвода земель;

6 – полосы отвода земель в постоянное пользование, 7 – овражные системы, 8 – направления фильтрации В 3-м бьефе протекают аналогичные процессы, и будут на блюдаться область фильтрации из канала с ПК82 по ПК102+50 и область фильтрации в канал после ПК102+50, где УГВ становит ся выше НУ воды в канале. На представленной карте почвенные контуры указаны только вблизи границ влияния канала на вод ный режим почв. Взаимное сочетание геометрических парамет ров систем «канал – ландшафты» в 3-м бьефе приводит к тому, что область изменения водных режимов почв под воздействием фильтрации ограничена пикетом ПК93+90 по длине канала.

Зона влияния на водный режим почв прилегающих территорий располагается в пределах одного хозяйства – ТОО «Рассвет» и в пределах одного вида угодий – пашни и одного типа почв Ч 2с2 иВ составит 40,09 га к 6-му месяцу эксплуатации (табл. 4.10).

Таблица 4. Прогнозируемые площади земель с изменённым водным режимом почв в 3-м бьефе Бурлинского МК, га Новый водный режим на исходных почвах выпотной десуктивно-выпотной Землеполь- Все В Ч 2ВС зователи го Ч 2С слева справа всего слева справа всего ТОО «Рассвет»

15,01 11,97 26,98 7,07 6,03 13,11 40, – пашня Отклонение от проектных значений шероховатости русла с неизбежностью приведет к расширению границ влияния из-за роста уровня воды в канале и большего превышения уровня во ды в канале над отметками земли и уровнями грунтовых вод.

4-й бьеф. Особенностью бьефа является то, что при эксплуа тации канала уровень грунтовых вод не превысит нормальные уровни воды в канале. Явления притока воды в канал, наблю даемые вне режима эксплуатации, прекратятся при заполнении канала водой до нормального уровня. Это следует расчета нор мальных уровней воды, результатов моделирования УГВ на данной территории и анализа продольного профиля канала.

В соответствии с полученными прогнозными картами изо гипс выстроены карты влияния канала на УГВ (рис. 4.17) и под считаны площади, подверженные данному влиянию (табл. 4.8).

1 654 3 6 54 3 2 1 2 3 45 6 1 2 3 45 264+ 17 250 18 210 18 1 2 18 3 27 5 6 18 7 150 4 130+00 32 32 4 7c 0 500 130+00 0 2 2 а б Рис. 4.17. Прогнозируемые границы влияния 4-го бьефа Бурлинского МК на уровни грунтовых вод: показаны два слоя карты:

а: 1 – границы влияния канала на УГВ прилегающих территорий;

2 – границы землепользования в зоне влияния канала;

3 – дороги;

4 – лес;

5 – селитебные территории;

6 – полоса отвода земли;

7 – речная сеть б: 1 – границы влияния канала на УГВ прилегающих территорий;

2 – границы почвенных контуров засоленных и болотных почв ск4 ск4 сч в зоне влияния канала;

3 – лес;

4 – солонцы: Cнолчт, Cнолчс, Cн лчс ;

2 2 2 2 5 – солоди: Сдл2т, Сдл2с, Сдл1л, Сдб2с, Сдб2л ;

6 – болотные почвы: Блсп, Бт н, Бт нсч ;

7 – дороги Трасса 4-го бьефа в морфологическом отношении располага ется на полого увалистом плато с западинными формами релье фа. Данный бьеф пересекает водораздел Обского и Бурлинского бассейнов и заканчивается в долине древнего стока.

Грунтовые воды залегают достаточно близко к поверхности земли, достигая порой 2,3 м (ПК230+00-ПК236+00), 2,4 м (ПК284+00), 2,6м (ПК156+00-ПК158+00). В среднем УГВ уста навливаются на глубинах 4-5 м. Воды хлоридно-гидрокарбонат но-сульфатные натриево-кальциево-магниевые с минерализаци ей 2,2 г/дм3, с преобладанием сульфат-ионов и ионов магния в начале бьефа [203].

Плохая дренированность территории, слабая водоотдача по род и близкое стояние грунтовых вод сформировали болотные и солонцевато-солончаковатые почвы. В зоне влияния 4-го бьефа почвенный покров представлен чернозёмами выщелоченными средне- и маломощными малогумусными суглинистыми и легко суглинистыми, слаборазвеянными, лугово-чернозёмными почва ми выщелоченными средне- и маломощными малогумусными суглинистыми и легкосуглинистыми, лугово-чернозёмны-ми со лончаковатыми почвами, а также солонцами, солодями и болот ными почвами [211, 212]. Такое обилие гидроморфных почв соз дает неблагоприятные исходные условия, которые будут усугуб ляться под влиянием фильтрации воды из канала, вызывающей рост уровня грунтовых в пределах очерченных границ.

В соответствии с прогнозными картами к 6-му месяцу экс плуатации в зоне подъема грунтовых вод окажутся болота об щей площадью 298,5 га, солонцы – 437,44, солоди – 352,20 га.

Повышение УГВ будет происходить на пашне и пастбищах.

Выделение зон влияния на водные режимы почв на основе по лученных гидроизогипс 4-го бьефа возможен, но очень трудо емок и требует хорошей топографической основы на значитель ном удалении от канала.

Вдоль канала по обе стороны будут образовываться зоны вторичного засоления с выпотным водным режимом на сле дующих участках трассы: ПК130+00-ПК183+59, ПК187+46 ПК208+10, ПК212+12-ПК221+66, ПК229+59-ПК252+65, ПК278+45 ПК286+58. За ней с внешней стороны у почв прилегающих зе мель будет формироваться десуктивно-выпотной водный ре жим.

После окончания сезона эксплуатации фильтрационный бу гор будет расползаться по обе стороны от канала и вызывать поднятие УГВ за пределами указанных зон влияния. В пределах зон влияния канала расположены непрерывной полосой вдоль трассы канала солоди, солонцы, болотные и лугово-чернозем ные почвы. Потому в водном балансе местных болот появится новая составляющая – дополнительный грунтовый приток фильтрационных вод. По месторасположению 4-й бьеф отно сится к зоне транзита грунтовых вод древней долины стока р. Бурлы (Федосова, 1978), потому фильтрационные потери бу дут подпитывать Бурлинскую речную систему.

Таким образом, 4-й бьеф Бурлинского магистрального канала – наиболее протяженный и проходящий в наиболее худших гид рогеологических условиях окружающей среды будет оказывать наиболее неблагоприятное влияние на почвы землепользовате лей в установленных нами пределах.

При дальнейшей эксплуатации канала явления повышения УГВ и изменения водного режима почв будут иметь место. Не обходимость оценки степени изменений прилегающих агро ландшафтов после первого года эксплуатации будет требовать новых расчетов и прогнозов c учетом остаточных величин по вышения уровней грунтовых вод.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.