ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

РАСЧЕТЫ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ДРЕНАЖА С УЧЕТОМ ВЛАГОПЕРЕНОСА В ЗОНЕ АЭРАЦИИ

Анализ работы систематического дренажа при переменных усло­виях показывает, что основными характерными особенностями формирования водного режима при относительно неглубоком за­легании уровня являются переменное во времени питание подзем­ных вод и изменение коэффициентов емкости. Значительно услож­няет расчеты и смена граничных условий, обусловленная специфи­кой режима водопотребления растениями. Эти особенности обусловливают необходимость совместного рассмотрения зон насы­щения и аэрации. Общие принципы такого рассмотрения даны в гл. 3, § 3. Для многих случаев, исключающих, по-видимому, только осушительный дренаж в породах тяжелого состава, гори­зонтальными потоками влаги в зоне аэрации можно пренебречь и рассматривать систему двух уравнений, описывающих фильтра­цию в насыщенной зоне и вертикальный влагоперенос в зоне аэра­ции; причем на свободной поверхности с ординатой h задается ин­тенсивность площадного питания, равная скорости влагопереноса в этом сечении, которая получается из решения дифференциаль­ного уравнения влагопереноса. Для систематического (линейного или площадного) дренажа конечно-разностное уравнение для по­тока в насыщенной зоне будет одномерным (линейным или ради­альным), так что система конечно-разностных уравнений насы­щенного и ненасыщенного потоков здесь будет:

Ffj + i — Hi Hi — Hj-i

Ф/ + 1, і Фі. f-I

"i+l "і "і-1

Ф/+1. /

(3.79)

При однородном по вертикали потоке с коэффициентом фильт­рации kH линейного дренажа значения сопротивления определяются по формулам:

+ г і Дг

Где I—расстояние между центрами блоков горизонтальной раз­бивки; хі — размер г-го блока.

При площадном дренаже для радиального потока

(3.81)

Где г — расстояние от скважины до центра блока; со —площадь блока.

Сопряжение уравнений (3.78) и (3.79) осуществляется на сво­бодной поверхности. В начале для каждого t'-ro блока решается задача влагопереноса. При этом на нижней границе задается рас­ход, определяемый начальными условиями уравнения (3.78), соот­ветствующий значению W;. Получаемое новое положение свобод­ной поверхности в каждой точке является первым приближением решения, из которого рассчитывается новое значение wТак, по­следовательными итерациями можно получить решение системы с заданной заранее погрешностью. Приведенный алгоритм реали­зован в виде программы, составленной Л. Р. Шредером на языке Фортран. Элемент программы, рассматривающий зону аэрации, аналогичен программе влагопереноса, описанной выше, в § 5 гл. 2. В данном случае в зоне аэрации можно выделить до 30 блоков, а в горизонтальном потоке до 20. На границах горизонтального потока в зоне насыщения могут быть заданы условия I, II и III рода. Последние, в частности, позволяют учитывать строение дренируемой толщи путем введения локального сопротивления, ме­тодика расчета которого дана в § 1 настоящей главы. Кроме того, программа учитывает возможность изменения водопроводимости при изменении мощности потока и связь с нижележащими гори­зонтами через слабопроницаемый слой.

В качестве примера использования этой программы можно при­вести расчет водного режима на склоне, осушаемом дренажем. Уклон поверхности склона 0,06. Протяженность его 600 м. Склон

А — динамика свободной поверхности (0 — начальный уровень; 1 — уровень через 0,5 и 2 — через 1,5 сут); б — изменение дренажного стока во времени (/ — для левой дрены; 2 — для правой дрены); в — изменение влажности во времени (J — через 0,5, 2 — 1, 3—1,5, 4 — 3 сут)

Сложен средними и тяжелыми суглинками с коэффициентом фильт­рации от 0,4 до 0,01 м/сут. Подстилаются суглинки красно-бурыми глинами, которые являются практическим водоупором. Эти усло­вия достаточно характерны для многих районов юга Украины с хорошо развитой сетью балок и понижений. В результате строи­тельства канала в верхней части склона уровень подземных вод поднялся и почти повсеместно привел к заболачиванию территории. Особенно тяжелая ситуация на склоне возникла весной, в период снеготаяния и дождей. Для улучшения мелиоративного состояния склона был построен редкий глубокий дренаж, нагрузка на кото­рый определялась только притоком со стороны канала. Этот дре­наж поддерживал уровень в среднем на глубине 1,5 м. Однако в весенний период он не справлялся с нагрузкой, вызванной обиль­ным питанием, что заставило рассмотреть вариант дополнитель­ного мелкого, но частого дренажа, в функцию которого входил только отвод воды в критические по водности периоды. Ниже при­водятся результаты решения такой задачи по программе, описан­ной ранее. Рассматривался участок в средней части склона с водо - проводимостью 9 м2/сут. Дренаж заглублен на 2 м. Расстояние между дренами менялось от варианта к варианту. Исходное по­ложение уровня принималось на глубине 0,3 м от поверхности земли. Испарение и инфильтрация в период спада уровня отсут­ствовала. В результате решения получены динамика уровня (рис. 51, а) между дренами, динамика влаги в зоне аэрации (рис. 51, в) и изменение дренажного стока (рис. 51, б). Расчеты показывают, что уже через 1,5 сут уровень опускается на 1 м. Од­нако со временем темп снижения уровня замедляется и достиже­ние глубины 1,5 м наблюдается только через 5 сут.

При большом значении локального сопротивления расчет дренажа с учетом влагопереноса может быть существенно упрощен. В этом случае сопротивлением при горизонтальной фильтрации можно пренебречь и рассматривать только сопротивления, вызван­ные несовершенством дренажа. В такой постановке достаточно рассматривать решение одномерного уравнения влагопереноса с граничным условием III рода

_dtf =____ Т Я — Яд

Dz ka LLjX

При двухслойном строении толщи это условие целесообразно задавать на подошве покровного слоя. Этот способ расчета целе­сообразен во всех случаях как более простой. Уточнение резуль­татов расчета, полученных таким образом, может проводится пу­тем изучения схемы, рассмотренной выше.