Водопроницаемость полимерных противофильтрационных экранов для условий установившегося и неустановившегося характера фильтрации Печенежская, Ирина Александровна

Введение к работе

Актуальность проблемы. Создание эффективной и надежной проти-вофильтрационной защиты на каналах оросительных систем является важнейшим техническим и экономическим мероприятием, направленным на рациональное использование водных ресурсов и предотвращение подтопления, заболачивания и засоления окружающих земель.

Многочислешше натурные исследовашія свидетельствуют о том, что противофильтрационные экраны, в том числе их полимерных материалов, применяемые для экранирования оросительных каналов и водоемов, являются в той или иной степени водопроницаемыми. В ряде случаев фильтрационные потери из оросительных каналов и водоемов с противофильтрационньши экранами и облицовками достигают значительных размеров, практически приближаясь к потерям в земляном необлицованном русле. Снижение проти-вофильтрационной эффективности полимерных экранов обуславливается главным образом повреждаемостью тонкого пленочного элемента в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

В связи с этим возникает необходимость в количественной оценке водопроницаемости противофильтрационных облицовок с пленочными экранами. Это дает возможность установить требования к качеству их строительства и предупредить недопустимые потери оросительной воды и загрязнение подземных вод в процессе эксплуатации сооружений.

В настоящее время в основном разработана методика расчета проти-вофильтрацнонной эффективности и надежноспі противофильтрационных облицовок с пленочными экранами, основанная на оценке их водопроницаемости для условий установившейся фильтрации и, главным образом, полного влагонасыщения подэкранового основания. На практике же часто фильтрация через единичные повреждения экрана происходит с неполным заполнением пор и неустановившемся характером, особенно в начальный период работы сооружений.

Таким образом, актуальность темы диссертации определяется необходимостью разработки и уточнения методов оценки водопроницаемости полимерных противофильтрационных экранов для ряда важных практических случаев.

Целью диссертационной работы является разработка, методов расчета водопроницаемости противофильтрационных экранов с учетом особенностей фильтрации через единичные повреждения.

В задачи работы входит:

1. Теоретические обобщения наиболее типичных схем водопроницаемости полимерных противофильтрационных экранов для условий плоской установившейся фильтрации.

2. Разработка математических моделей водопроницаемости противофильтрационных экранов для условий неустановившейся фильтрации.

3. Разработка методики оценки водопроницаемости противофильтрационных экранов с учетом неполного влагонасыщения основания.

4. Экспериментальная проверка наиболее типичных схем водопроницаемости противофильтрационных экранов

5) Разработка инженерной методики расчета фильтрации из каналов и водо емов с учетом неполного насыщения и неустановившегося характера дай жения.

Методика исследований. Для решения поставленных задач проведены теоре тические исследования методами конформных отображений, годографа ско рости, мажорантных областей, точечных источников и методами гидродина' мики. Экспериментальные исследования выполнены методами ЭГДА и физи-ческого моделирования на фильтрационном лотке. Натурные нсследованш осуществлялись методом точечных фильтромеров.

На зашиту выносятся:

теоретические решения ряда задач водопроницаемости полимерных экранов для условий установившегося напорного характера движения фильтрационного потока;

теоретические решения наиболее общей задачи водопроницаемости полимерных экранов для условий установившегося напорно-безнапорного характера движения и наличия дренирующего слоя;

гидродинамическая модель неустановившейся фильтрации через щель полимерного экрана с учетом неполного насыщения основания;

результаты экспериментальных исследований по уточнению характера движения фильтрационного потока через повреждения экрана и подтверждению теоретических моделей;

методика расчета водопроницаемости полимерных экранов и фильтрации из каналов и водоемов для условий установившегося и неустановившегося характера движения.

Научная новизна:

проведен анализ известных расчетных формул по оценке водопроницаемости полимерных экранов и сделано теоретическое обобщение в этой области;

полд-чено гидромеханическое решение для ряда наиболее общих схем водопроницаемости полимерных экранов для условий напорной и напорно-безнапорной фильтрации, из которых следует восемь частных случаев;

предложена гидродинамическая модель неустановившейся фильтрации через щель полимерного экрана с учетом неполного влагонасыщения основания;

проведены экспериментальные исследования на физических моделях, методом ЭГДА и в натурных условиях, которые позволили уточнить процесс фильтрации через повреждения экрана и подтвердить теоретические исследования;

разработана методика расчета водопроницаемости полимерных экранов и фильтрации из каналов и водоемов с учетом результатов исследований автора.

Практическая ценность. Разработана методика решения задач водопроницаемости через щель пленочного экрана для условий напорной и напорно- безнапорной фильтрации с учетом полного и неполного влагонасыщения основания.

Результаты исследований автора с целью практического использования включены в проект «Методических рекомендаций по расчету параметров протнвофильтрационных облицовок оросительных каналов», подготовленных ВНИиПТЦЭОиТМР по заданию Российской академии сельскохозяйственных наук. Для внедрения разработана «Методика расчета водопроницаемости полимерных протнвофильтрационных экранов и фильтрации из каналов и водоемов». Разработанная автором методика расчета фильтрации из каналов и водоемов использована и внедрена в Южводпроекте при сопоставлении проектов реконструкции Приморской и Мартыновской оросительных систем в Ростовской области.

Апробация работы: Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на региональной научно-практігческой конференции «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» (Новочеркасск, 1995г.), конференции «Проблемы ирригации Ростовской области» (Новочеркасск, 1996г.), на Всероссийской конференщш «Экологические аспекты эксгсгуатащш гидромелиоративных систем и использование орошаемых земель» (Новочеркасск, 1997г.), на V Международной конференщш женщин-математиков (Ростов-на-Дону, Новороссийск, 1997г.). Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 10 работах. Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, объемом 166 страниц, списка использованной литерат\"ры и приложений.