Проблема подтопления систем водоснабжения и мелиоративных систем

В случае инженерного вмешательства (мелиоративное и городское строительство) в природные процессы происходит техногенное влияние на геологическую, гидрогеологическую и другие среды. Вследствие этого происходят различного рода процессы, отрицательно влияющие на состояние окружающей среды. Например, накопление влаги в толще грунта и поднятие уровня грунтовых вод приводят к подтоплению, которое происходит из-за нарушения природного динамического равновесия в водном балансе территории. Важно отметить, что при поднятии уровня грунтовых вод происходит массообмен между грунтовой водой и веществами, находящимися в зоне аэрации (трупы животных; отходы производств; складированные, сброшенные промышленные отходы; строительный мусор и др.). Это ведет к загрязнению подземной воды, которая, в свою очередь, загрязняет организм человека, потребившего эту воду. Происходит процесс растворения, вымыва, кристаллизации солей в почвах (городские массивы и массивы орошения). Возникает потребность в проектировании защиты от подтопления при строительстве систем водоснабжения и мелиоративных систем. Прогнозы и техническое обоснование инженерных мероприятий по защите от подтопления может защитить подземные воды от загрязнения. Для эффективной защиты от подтопления должно быть обеспечено качество всех работ по устройству и эксплуатации защиты, в том числе на стадии изысканий [1, 2, 3].

Объекты и методы исследования

Для решения вопросов прогнозирования указанных процессов необходимо определить ряд параметров и показателей, связанных с фильтрационными свойствами грунтов. От качества их определения зависит вся дальнейшая работа сооружений.

Результаты исследования

Основными параметрами для осуществления прогноза являются коэффициент фильтрации и недостаток насыщения, которые необходимо определять для различных видов под- топления. Автором предлагается методика определения фильтрационных параметров при плоскопараллельном и радиальном наливе без учета и с учетом капиллярности грунта (дренирующей подсыпки). Для этого необходимо поставить эксперимент по наливу воды в траншею (шириной В) или шурф (радиусом Ro) при напорной фильтрации.

Время падения уровня воды в траншее или шурфе:

• 1)    в напорных условиях:

  H t B ²

  4 p M ²

  
  

  1 - H 0

  H t

  
  

  ^f 1 - In H 0 1

  
  

  ^H t J

  
  

• 2)    в безнапорных условиях со свободной поверхностью:

  3) в траншее в напорных условиях с учетом капиллярности:

  
  

  t =

  
  

  H t B ² L _ H o 4 p kM ² [ ^H t

  
  

  1 -

  
  
  
  
  
  

  hk   M 1, H o + hk - M /2*

  + —---In—0-- k---—

  H o  2 H 0 J H t + h k - M /2

  
  

  B 2 t = p kHt

  1 - H 0 f 1 - In H 0 1 [ H t I      H t JJ

• 4)    в траншее в безнапорных условиях со свободной поверхностью с учетом капилляр-

• ности:

t =

^{B 2} [ ^H o 1 p kH t     H t

. ^fi   hk   H_t Y H _o + h ^ - H_t /4

1 - 1 +                In⁰ kt

(    H o  4 H o J   H t + h k - H t /4,

• 5)    в напорных условиях без учета капиллярности грунта в шурфе:

ln( H o ) R_o ² ln(1 + H ^- H ^)

_t =    H t       N     P M   .

2 kM          ^;

• 6)    в безнапорных условиях без учета капиллярности грунта в шурфе:

  t =

  
  

  R ^ln( - 1 + 9 + 3⁽ H ol H t ) - ¹ o 24

  
  

  ___^p

  kH_t

  
  

  )ln( ^H _H o _t )

  ^;

  
  

• 7)    в напорных условиях с учетом капиллярности грунта в шурфе:

  R. 2ln( H ' h

  ^XH, + h t =----- t—-

  
  

  _-

  
  

  _-

  
  

  M ² )ln(J +

  M 2

  2 kM

  
  

  H - H,_x ot

  p M

  
  

  ;

  
  

• 8)    в безнапорных условиях с учетом капиллярности грунта в шурфе:

  t =

  
  

  R_o 2_to ( _ 1 + 9 + ³⁽ Ho/H t ^- О o 24

  
  

  p

  kH_t

  
  

  )ln( H^{o +} h k H t + h k

  
  

  -

  
  

  -

  
  

  H t 4 ₎

  H t 4

  
  

  .

  
  

Выводы

С помощью этих универсальных формул, имея замер двух уровней воды в траншее или шурфе в моменты времени t 3/4 и t 1/2 , можно составить систему из двух уравнений и найти фильтрационные параметры – коэффициент фильтрации k и недостаток насыщения [4].

При этом решается задача определения коэффициентов фильтрации и недостатка насыщения (водоотдачи) подсыпок в ходе инженерных изысканий, что позволяет принимать научно обоснованные проектные решения по борьбе с подтоплением земель различного назначения, как систем водоснабжения, так и мелиоративных систем.