Способ выявления местоположения источника и путей фильтрации на грунтовом гидротехническом сооружении Российский патент 2021 года по МПК E02B7/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для выявления источника фильтрации и направления фильтрации в рамках исследования состояния грунтовых гидротехнических сооружений, например, плотин, дамб и т.д., на основе анализа изотопного состава вод.

Уровень техники

Одной из главных задач для безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений является не только обнаружение явления фильтрационного нарушения, но и установление его происхождения (путей фильтрации, источника формирования водопроявления) для проведения оперативных мероприятий по последующей минимизации/ликвидации негативного фильтрационного процесса. Во многих случаях генезис и источник формирования фильтрационного нарушения не всегда возможно оценить, используя стационарную сеть наблюдательных скважин, визуальные наблюдения и т.д.

Известен метод определения скоростей фильтрации, основанный на наблюдении за поведением индикаторов по данным внешних границ потока и по данным наблюдений за пьезометрами (В.И. Аравин, О.Н. Носова. Натурные исследования фильтрации: - Л., ЭНЕРГИЯ, 1969, раздел 4-3, С. 60-61).

Недостатками метода являются: необходимость бурения большого количества пусковых и наблюдательных скважин, что часто невозможно в рамках нормальной эксплуатации грунтовых ГТС, кроме этого введение индикаторов во многом меняет компонентный состав природной водной среды, что ограничивает возможности его использования.

Прототипом заявленного способа выявления местоположения источника и путей фильтрации на грунтовом гидротехническом сооружении является способ оценки уровня загрязнения поверхностных и подземных вод фильтрационными утечками из золоотвалов и выяснение границ области распространения загрязнителей путем проведения гидрохимического мониторинга (Рекомендации по диагностическому контролю фильтрационного и гидрохимического состояния золоотвалов. П 89-2001. СПб, ВНИИГ, 2001 г., п. 2.1). Суть способа заключается в оперативном гидрохимическом контроле электропроводности и химического состава вод в выбранных контрольных точках путем сравнительной оценки получаемых концентраций воды с фоновыми значениями показателей качества воды, на основе обработки данных делают заключение о состоянии дренажных устройств золоотвала и их работе. При обнаружении водопроявлений на грунтовых сооружениях устанавливают источник фильтрационного потока, путем отбора проб воды для последующих исследований в лабораторных условиях с последующим проведением сравнительной оценки состава воды, так как химический состав техногенных вод золоотвала принципиально отличается от компонентного состава подземных и поверхностных вод.

Недостатком прототипа является область его применения: способ может быть использован исключительно для оценки фильтрационных нарушений в условиях принципиального отличия химического состава природных, подземных и техногенных вод. В случае схожего компонентного состава всех вод, или его незначительного отличия, проведение гидрохимического контроля не показательно.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является снижение затрат при устранении источника фильтрации и восстановлении фильтрационной прочности грунтового гидротехнического сооружения и отсутствие воздействия искусственных индикаторов на природную среду с сохранением природного химического фона вод.

Технический результат достигается тем, что выполняют обнаружение водопроявления, выявление местоположения источника фильтрации путем отбора проб воды в выбранных контрольных точках для последующих исследований в лабораторных условиях с последующим проведением сравнительной оценки состава воды, отличающийся тем, что после обнаружения водопроявления выявляют местоположения источника фильтрации путем устройства вблизи грунтового гидротехнического сооружения водозаборной скважины, установленной на подземный водоносный горизонт с изотопным составом воды отличным от изотопного состава воды в водохранилище в верхнем бьефе и оборудованной расходомером и запорным вентилем, от которой по магистральному коллектору и распределительным трубопроводам, уложенным по виртуальным опытным площадкам шириной от 4 до 10 м, подают воду из подземного водоносного горизонта, затем в нижнем бьефе в выбранных контрольных точках в водопроявле-нии, пьезометрах, смотровых дренажных колодцах, поверхностном водоеме выполняют отбор проб воды для последующих исследований в лабораторных условиях с проведением сравнительной оценки изотопного состава воды, с построением изолиний равных величин изотопного состава и определением по ним области запитки, путей распространения и параметров фильтрационного потока непроектной фильтрации, после выявления местоположения области запитки водопроявления и путей непроектной фильтрации демонтируют магистральный коллектор, распределительные трубопроводы, демонтируют и тампонируют водозаборную скважину.

Заявленный способ обеспечивает достижение технического результата, обеспечивая снижение затрат при устранении источника фильтрации и восстановлении фильтрационной прочности грунтового гидротехнического сооружения за счет использования при определении источника фильтрации и его направления в теле грунтового гидротехнического сооружения с позиции оценки его генетического типа, с точностью до 4 м, простыми средствами измерения (расходомер, отбор проб воды на лабораторный анализ по одному компоненту), без оказания воздействия на режим эксплуатации грунтового гидротехнических сооружений в виде проходки скважин в теле грунтового гидротехнического сооружения, также обеспечивает возможность выявления местоположения источника и путей фильтрации на грунтовом гидротехническом сооружении при схожем химическом составе всех участвующих в фильтрационном процессе вод (поверхностных, подземных, водохранилища), при этом отсутствует воздействие искусственных индикаторов на природную среду и сохраняется природный химических фон вод.

Краткое описание чертежей

Заявленный способ выявления местоположения источника и путей фильтрации на грунтовом гидротехническом сооружении на основе определения изотопного состава воды иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 изображен поперечный профиль грунтовой плотины. На фиг. 2 изображен план грунтовой плотины с рекомендуемыми точками контроля изотопного состава воды.

На фигурах 1 и 2 приняты следующие обозначения:

1 - водопроявление;

2 - нижний бьеф (НБ);

3 - дренаж;

4 - тело грунтовой плотины;

5 - магистральный коллектор для подачи воды подземного водоносного горизонта в водохранилище;

6 - расходомер;

7 - запорный вентиль;

8 - водозаборная скважина;

9 - водохранилище (верхний бьеф - ВБ);

10 - распределительные трубопроводы;

11 - область запитки водопроявления 1 (область запитки непроектной фильтрации);

12 - виртуальная опытная площадка;

13 - подземный водоносный горизонт;

14 - поверхность депрессии;

15 - поверхностный водоем;

16 - пьезометры;

17 - смотровые дренажные колодцы. Осуществление изобретения

Выполняют изучение изотопного состава вод водохранилища (ВБ) 9 (фиг. 1 и 2), водопроявления 1 (фиг. 1 и 2) и подземного водоносного горизонта 13 (фиг. 1). Назначают место отбора подземного водоносного горизонта 13 (фиг. 1) и устраивают водозаборную скважину 8 (фиг. 1 и 2).

Изотопный состав источника подземных вод (из водозаборной скважины 8 (фиг. 1 и 2)) должен отличаться по составу от изотопного состава воды из водохранилища и водопроявления 1 (фиг. 1 и 2).

Для оценки расположения области запитки 11 (фиг. 1 и 2) водопроявления 1 (фиг. 1 и 2) тело грунтовой плотины 4 (фиг. 1 и 2) разбивают на серию виртуальных опытных площадок 12 (фиг. 1 и 2), имеющих ширину от 4 до 10 м. От водозаборной скважины 8 (фиг. 1 и 2) укладывают магистральный коллектор 5 (фиг. 1 и 2) для подачи воды подземного водоносного горизонта 13 (фиг. 1) в водохранилище (верхний бьеф - ВБ) 9 (фиг. 1 и 2), через систему распределительных трубопроводов 10 (фиг. 1 и 2), уложенных в пределах каждой виртуальной площадки 12 (фиг. 1 и 2).

Количество виртуальных опытных площадок 12 (фиг. 1 и 2) назначают в зависимости от длины сооружения.

Расход воды, подаваемый по магистральному коллектору 5 (фиг. 1 и 2), контролируют расходомером 6 (фиг. 1 и 2) и регулируют запорным вентилем 7 (фиг. 1 и 2).

По мере поочередной подачи воды в водохранилище (верхний бьеф -ВБ) 9 (фиг. 1 и 2) через каждый распределительный трубопровод 10 (фиг. 1 и 2) контролируют изотопный состав воды водопроявления 1 (фиг. 1 и 2) в НБ 2 (фиг. 1 и 2), положение поверхности депрессии 14 (фиг. 1), расходы воды в дренаже 3 (фиг. 1 и 2), а также изотопный состав воды в пьезометрах 16 (фиг. 2), смотровых дренажных колодцах 17 (фиг. 2) и в поверхностном водоеме 15 (фиг. 1 и 2).

После проведения серии исследований на каждой виртуальной опытной площадке 12 (фиг. 1 и 2) по полученным результатам изотопного состава воды в заданных точках строят сетку распределения значений с последующим построением изолиний равных величин изотопного состава, по которым оценивают положение области запитки непроектной фильтрации 11 (фиг. 1 и 2), определяют пути фильтрации и параметры фильтрационного потока.

После выявления местоположения области запитки 11 (фиг. 1 и 2) водопроявления 1 (фиг. 1 и 2) и путей непроектной фильтрации демонтируют магистральный коллектор 5 (фиг. 1 и 2) и распределительные трубопроводы 10 (фиг. 1 и 2), демонтируют и тампонируют водозаборную скважину 8 (фиг. 1 и 2).

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для выявления источника фильтрации и направления фильтрации в рамках исследования состояния грунтовых гидротехнических сооружений, например плотин, дамб и т.д., на основе анализа изотопного состава вод. Способ включает обнаружение водопроявления 1, выявление местоположения источника фильтрации путем устройства вблизи грунтового гидротехнического сооружения водозаборной скважины 8, установленной на подземный водоносный горизонт 13 с изотопным составом воды, отличным от изотопного состава воды в водохранилище 9 в верхнем бьефе, и оборудованной расходомером 6 и запорным вентилем 7, от которой по магистральному коллектору 5 и распределительным трубопроводам 10, уложенным по виртуальным опытным площадкам 12 шириной от 4 до 10 м, подают воду из подземного водоносного горизонта 13. Затем в нижнем бьефе 2 в выбранных контрольных точках в водопроявлении 1, пьезометрах, смотровых дренажных колодцах, поверхностном водоеме 15 выполняют отбор проб воды для последующих исследований в лабораторных условиях с проведением сравнительной оценки изотопного состава воды, с построением изолиний равных величин изотопного состава и определением по ним области запитки 11, путей распространения и параметров фильтрационного потока непроектной фильтрации, после выявления местоположения области запитки 11 водопроявления 1 и путей непроектной фильтрации демонтируют магистральный коллектор 5, распределительные трубопроводы 10, демонтируют и тампонируют водозаборную скважину 8. Изобретение обеспечивает снижение затрат при устранении источника фильтрации и восстановлении фильтрационной прочности грунтового гидротехнического сооружения за счет использования при определении источника фильтрации и его направления в теле грунтового гидротехнического сооружения с позиции оценки его генетического типа, с точностью до 4 м, простыми средствами измерения (расходомер, отбор проб воды на лабораторный анализ по одному компоненту), без оказания воздействия на режим эксплуатации грунтового гидротехнического сооружения в виде проходки скважин в теле грунтового гидротехнического сооружения, также обеспечивает возможность выявления местоположения источника и путей фильтрации на грунтовом гидротехническом сооружении при схожем химическом составе всех участвующих в фильтрационном процессе вод (поверхностных, подземных, водохранилища), при этом отсутствует воздействие искусственных индикаторов на природную среду и сохраняется природный химических фон вод. 2 ил.

Способ выявления местоположения источника и путей фильтрации на грунтовом гидротехническом сооружении, включающий обнаружение водопроявления, выявление местоположения источника фильтрации путем отбора проб воды в выбранных контрольных точках для последующих исследований в лабораторных условиях с последующим проведением сравнительной оценки состава воды, отличающийся тем, что после обнаружения водопроявления выявляют местоположение источника фильтрации путем устройства вблизи грунтового гидротехнического сооружения водозаборной скважины, установленной на подземный водоносный горизонт с изотопным составом воды, отличным от изотопного состава воды в водохранилище в верхнем бьефе, и оборудованной расходомером и запорным вентилем, от которой по магистральному коллектору и распределительным трубопроводам, уложенным по виртуальным опытным площадкам шириной от 4 до 10 м, подают воду из подземного водоносного горизонта, затем в нижнем бьефе в выбранных контрольных точках в водопроявлении, пьезометрах, смотровых дренажных колодцах, поверхностном водоеме выполняют отбор проб воды для последующих исследований в лабораторных условиях с проведением сравнительной оценки изотопного состава воды, с построением изолиний равных величин изотопного состава и определением по ним области запитки, путей распространения и параметров фильтрационного потока непроектной фильтрации, после выявления местоположения области запитки водопроявления и путей непроектной фильтрации демонтируют магистральный коллектор, распределительные трубопроводы, демонтируют и тампонируют водозаборную скважину.