СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ВОДЫ НА ФИЛЬТРАЦИЮ ИЗ КАНАЛОВ Российский патент 2007 года по МПК E02B3/16 

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.кл³. 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.Кл². 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);

β - коэффициент соответствия размерностям, β=8,64·10³ л·с/(сут·см²·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;

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

H - проектная глубина наполнения канала, см;

δ - средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;

Т - время наблюдений, с;

q_обл - интенсивность фильтрации из отсека облицованного канала, л/(сут·м²);

α - коэффициент соответствия размерностям, α=8,64·10⁵ л·с/(сут·см·м²);

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;

α' - коэффициент соответствия размерностям, α'=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≤α'·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);

β - коэффициент соответствия размерностям, β=8,64·10³ л·с (сут·см²·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;

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

H - проектная глубина наполнения канала, см;

δ - средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;

Т - время наблюдений, с;

q_обл - интенсивность фильтрации из отсека облицованного канала, л/(сут·м²);

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

α - коэффициент соответствия размерностям, α=8,64·10⁵ л·с/(сут·см·м²).

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№№ отсековКонструкция облицовок каналаH, смh, смв, смmδ, смL, мТ, сΔh, см123456789101Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором7020851,528723024002,692То же, основание обработано гербицидами7025851,438483456003,683Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами7030851,538481080001,6

Продолжение таблицы 1123456789104Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»7016851,458423456003,685Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»7024851,438542700004,706Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором7017851,4283630240012,197Необлицованное русло на опытном участке канала7040801,30-5008000031,68Монолитный бетон с дощатыми швами706175,31,47584614040010Н - 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;δ - средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;L - длина изолированного водного отсека, м;Т - время наблюдений, с;Δh - 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№№ отсековКонструкция облицовок каналаКоэффициент фильтрации К_обл (К_г), см/сИнтенсивность фильтрации q_обл (q_з), л/(сут·м²)Удельный фильтрационный расход Q_обл (Q_з), л/(сут·пог.м)Уменьшение интенсивности фильтрации (число раз) по сравнениюс необлицованным русломс монолитной облицовкой с дощатым швами1234567819Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором2,94·10^-61654,4204,252То же, основание обработано гербицидами2,90·10^-615,952,420,14,283Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами3,76·10^-62068,2163,44Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»3,84·10^-62169,615,23,25Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»4·10^-62272,414,53,16Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором14·10^-677252,74,2-7Необлицованное русло на опытном участке канала2,5·10^-4320990,81-8Монолитный бетон с дощатыми швами12,4·10^-668220,94,71Примечание: 1. Параметры К_обл, q_обл, Q_обл относятся к отсекам №1, №2, №3, №4, №5, №6, №8.2. Указанные в скобках параметры К_г, q_з, Q_з 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№№ отсековКонструкция облицовок каналаH, смh, смв, смmδ, смL, мТ, сΔh, см123456789101Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором7043851,528721450932,52То же, основание обработано гербицидами7059851,438481467743,03Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами7032851,538481381014,04Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»7040851,458421027324,05Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»7035851,43854795424,56Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором7042851,4283616076412,27Необлицованное русло на опытном участке канала7040801,30-5008000031,68Монолитный бетон с дощатыми швами706175,31,47584614040010,489Монолитный бетон со швами из полиэтиленовой пленки, защемленной в бетон7042831,510522195954,6

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№№ отсековКонструкция облицовок каналаКоэффициент фильтрации К_обл (К_г), см/сИнтенсивность фильтрации q_обл (q_з), л/(сут·м²)Удельный фильтрационный расход Q_обл(Q_з), л/(сут·пог.м)Уменьшение интенсивности фильтрации (число раз) по сравнениюс необлицованным русломс монолитной облицовкой с дощатыми швами12345671Железобетонные плиты по пленке, основание не обработано гербицидами, швы заделаны цементным раствором3,4·10^-618,576,3117,33,82То же, основание обработано гербицидами3,2·10^-617,572,6418,34,13Железобетонные плиты по пленке с открытыми швами7·10^-638,0154,428,41,94Железобетонные плиты, швы заделаны пороизоловым жгутом в сочетании с мастикой «Изол»8·10^-644,0175,707,51,65Железобетонные плиты со швами из мастики «Изол»12·10^-665,2263,404.91,16Железобетонные плиты, под швами полосы из пленки и толя, швы заделаны цементным раствором15·10^-482,6330,023,9-7Необлицованное русло на опытном участке канала2,5·10^-6320990,81-8Монолитный бетон с дощатыми швами13·10^-671,3230,64,619Монолитный бетон со швами из полиэтиленовой пленки, защемленной в бетон5·10^-625,074,214,53,2Примечание: 1. Параметры К_обл, q_обл, Q_обл относятся к отсекам №1, №2, №3, №4, №5, №6, №8, №9.2. Указанные в скобках параметры К_г, q_з, Q_з 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.

Изобретение относится к способам определения потерь воды на фильтрацию из водопроводящих сооружений, в частности из оросительных каналов гидромелиоративных систем в облицованных руслах. Для определения потерь воды на фильтрацию из канала по периметру опорожненного от воды канала на участке изолированного отсека выполняют пазы на всю толщину облицовки, свободно, без натяжения укладывают в подготовленные пазы полотнища из бутилкаучуковой или капроновой прорезиненной ткани для перекрытия канала на участке изолированного отсека и заделывают пазы цементным раствором. 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 фиксирования монтажных тросов в натянутом положении используют анкерные опоры, установленные на бермах канала. В изолированном отсеке устанавливают мерные рейки и прибор для учета испарения воды с водной поверхности канала, заполняют отсек водой и длительно его промачивают. В условиях установившегося фильтрационного режима осуществляют замеры объема потерь воды на фильтрацию и испарение в изолированном отсеке и расчетным путем определяют удельный фильтрационный расход из отсека канала, интенсивность фильтрации и коэффициент фильтрации облицовки. Изобретение позволяет уменьшить продолжительность исследовательских работ по определению фильтрационных потерь воды из каналов с обеспечением высокой точности измерений, снизить трудозатраты и стоимость. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

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);

β - коэффициент соответствия размерностям, β=8,64·10³ л·с/(сут·см²·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;

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

H - проектная глубина наполнения канала, см;

δ - средняя толщина облицовки канала в отсеке, см;

Т - время наблюдений, с;

q_обл - интенсивность фильтрации из отсека облицованного канала, л/(сут·м²);

α - коэффициент соответствия размерностям, α=8,64·10⁵ л·с/(сут·см·м²);

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

α'·H/i≥L≥L_м,

где L - длина изолированного водного отсека, м;

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

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

Н - проектная глубина наполнения канала, см;

i - уклон дна канала в отсеке.