ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Определение параметров влагопереноса

Зависимость высоты всасывания от влажности находится путем сопоставления значений влажности и высоты всасывания, замерен­ных тензиометром в одних и тех же точках. Эти измерения целесо­образно проводить в пределах капиллярной зоны таким образом, чтобы охватить достаточно большой диапазон влажности. При этом следует учитывать неоднородность строения зоны аэрации. Синх­ронные наблюдения за влажностью и высотой всасывания дают возможность получить также зависимость г|) (8) для различного направления процесса сушки и увлажнения. Для получения дан­ных во всем диапазоне значений влажности можно рекомендовать проведение искусственных наливов в зону аэрации. При этом сле­дует учитывать, что затопляемая площадь должна быть достаточно большой, чтобы исключить влияние бокового растекания. Таким образом были построены, в частности, зависимости, показанные на рис. 12. Опыт проводился на балансовой станции в совхозе им. Ленина в Куйбышевской области. Он состоял в дождевании лизиметра с монолитом высотой 5 м и диаметром 1,1 м. После наблюдения за процессов промачивания исследовалась стадия осу­шения пород. Эти же материалы позволяют определять зависи­мость k (8) путем балансовых расчетов по синхронным профилям влажности. После увлажнения расходование влаги происходит за счет восходящих потоков к поверхности земли и стекания вниз. Граница, разделяющая восходящий и нисходящий потоки, нахо­дится путем сопоставления наблюдаемых профилей влажности и равновесной кривой [12]. Поскольку на границе удовлетворяется
условие = 1, то здесь равно­весная кривая 8(ф) и профиль влажности должны иметь общую касательную. Совершенно очевидно, что как та, так и другая кривые должны быть построены в одинако­вых масштабах. Поиск этой гра­ницы удобно проводить, имея вы­черченную на кальке кривую зави­симости 6(iJ>). Калька с кривой на­кладывается на график влажности так, чтобы их вертикальные оси совмещались (рис. 74). Перемещая кальку вверх или вниз, легко найти такое ее положение, где кривые имеют общую касательную, совпа­дая в одной точке. Найдя такие точки на всех эпюрах влажности, можно построить границу, отделяю­щую восходящие потоки от нисхо­дящих.

Рассматривая процесс осушения пород, выделим две эпюры влаж­ности, построенные на моменты времени t\ и t2 и разобьем зону аэрации на вертикальные блоки размером Л г. Счет блоков целе­сообразно вести от максимальной глубины, на которой проводи­лись замеры. Как следует из анализа водного баланса, через нижнюю границу первого блока за время At = t2—1\ пройдет объем воды V, определяемый интегралом

Где zr — ордината границы раздела восходящего и нисходящего потоков влаги.

Соответственно через нижнюю границу п-то блока пройдет объем воды

Гг

V„= I ~-dz. (6.48а)

Л А г

Эти объемы соответствуют площади f, заключенной между двумя эпюрами и ограниченной сверху границей раздела восходя­щих и нисходящих потоков, а снизу границей блока, умноженной на произведение масштабов вертикальной ai и горизонтальной а2 оси: V = faiaz. Определив таким образом объем воды, прошедшей

Через границы блоков, можно вычислить и скорости влагопереноса

V

V ==——, а затем коэффициент влагопереноса по формуле

V Дг

— фі — Дг

При расчетах следует учитывать, что вертикальная ось г направ­лена вверх, поэтому точка со значением г|іг расположена выше точки с высотой всасывания - фь Величины г|іі и определяются по предварительно построенной зависимости ф (6) для периода осу­шения. При этом значения влажности берутся как средние в пре­делах блока и во времени. Определяемый таким образом коэффи­циент влагопереноса соответствует этому среднему значению. Имея набор значений &(8), целесообразно построить график lg& в зави­симости от lg 8, угловой коэффициент которого дает возможность определить показатель степени п в выражении (2.11) и lg&0 при

0 = 1 на оси 1 gk.

Таким же образом можно построить зависимость и для про­цесса насыщения зоны аэрации снизу или сверху.

В. В. Бадовым предложен метод, основанный на прослежива­нии перемещения вниз точки с максимальной влажностью, где

Т Л о

Удовлетворяется условие — - — 0. При этом полагается, что ско­рость перемещения этой точки U = k(8*), где 6* — значение мак­симальной влажности.

Следует отметить, что в общем случае такая схема определения коэффициента влагопереноса некорректна, поскольку скорость продвижения максимума зависит еще и от граничных условий, в частности от интенсивности восходящих потоков. Однако обра­ботка таким образом данных моделирования влагопереноса на ЭЦВМ показала, что погрешности за счет влияния граничных ус­ловий незначительны. Как показано выше (см. гл. II), большое влияние на влагоперенос оказывает структурность пород зоны аэрации. Время влагообмена, определяющее процессы влагопере­носа в среде с макропорами и трещинами, следует находить также опытным путем. Для этого целесообразно использовать наливы на площадке, имеющие достаточно большие размеры (не менее чем 3X3 м). Для верхнего «активного» слоя величина т опреде­ляется по результатам наблюдений за расходом воды v, затрачен­ной на насыщение. В соответствии с формулой (2.58) имеем

(6.50)

Построив график In (v — k) от і по угловому коэффициенту этого графика определятся величины т

_ t____

— In (V —ko)

При t — О график отсекает величину, равную In—-—, из которой

Определяется 6Vm - В этих расчетах значению k0 соответствует ско­рость фильтрации, устанавливающаяся к концу налива. При на­ливе целесообразно проводить измерения влажности пород зоны аэрации. Эти наблюдения позволяют не только правильно обосно­вать расчетную схему миграции, но и дают дополнительную ин­формацию для определения параметров.

Как пример можно привести результаты опыта по наливу в кот­лован в лёссовидные суглинки на террасе р. Терек в Предкавказье. Влажность при наливе определялась прибором НИВ-2. По истече­нии 10 ч после начала опыта режим влагопереноса стал квазиста­ционарным. В этот период профили влажности практически не ме­няют своих очертаний и снижаются вниз параллельно самим себе с постоянной скоростью (рис. 75, а). Динамика влажности при этом определяется по формуле (2.56). В соответствии с этой зави­симостью имеем

(6.52)

Из этого уравнения можно определить время запаздывания т.

Полулогарифмические графики зависимости (1—8) от z на один и тот же момент времени показаны на рис. 75, б.

А — динамика влажности прн налнве: 1 — экспериментальные кривые; 2 — полученные рас­четом по формуле; б — графики зависимости 1—9 от г

В рассматриваемом примере т = 0,1 сут рассчитанные по фор­муле (2.56) кривые влажности при и = 0,6 м/сут практически со­впадают с экспериментальными, что дает основание считать при­нятую расчетную схему вполне достоверной. Наблюдения за влаж­ностью позволяют также определить значение т на различных глубинах.