ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Стационарные потоки в зоне аэрации

Стационарные потоки в зоне аэрации

(2.68)

Анализ режима влажности в естественных условиях и при оро­шении позволяет выделить в зоне аэрации три области. Первая область ниже активного слоя — область переменной влажности — имеет мощность от 2 до 6 м. Колебания влажности в ней связаны с сезонными изменениями в поступлении и расходовании влаги в верхнем активном слое. Мощность этой зоны зависит от периода колебания влажности и фильтрационных свойств пород. Для ори­ентировочной оценки глубины, где колебания влажности затухают, можно воспользоваться решением уравнения (2.34) при п — І для случая, когда влажность на границе меняется по закону синуса [40]. Из этого решения следует, что колебания влажности затухают При z>0,2t0k0. Так, для годового цикла колебаний влажности эта глубина составит для песков 10—30, для супесей 5—10, для су­глинков 2—3 м. Такие же колебания испытывают и расходы влаги. В верхней части зоны аэрации сезонные изменения интен­сивности влагопереноса выше, а с глубиной они уменьшаются. Этим, в частности, объясняется уменьшение амплитуды колебания уровня с увеличением глубины залегания. Причем уменьшение амплитуды свидетельствует не об уменьшении питания с глубинои, а только о его стабилизации во времени. Ниже области перемен­ного увлажнения находится область транзита, где влажность в те­чение длительного периода времени практически не меняется и со­ответствует значению влажности, определяемому средне-многолет­ним значением питания подземных вод w. При использовании зависимости (2.11) эту влажность можно определить по формуле

(2.67)

Соответственно при известных 0 и можно определить интенсив­ность питания подземных вод

W=k0Qn.

Зона транзита примыкает к капиллярной кайме, где колебания влажности связаны с изменением уровня подземных вод. Режим влажности здесь обусловлен режимом уровня подземных вод и мо­жет иметь хорошо выраженную периодичность.

В естественных условиях приток к поверхности подземных вод компенсируется оттоком к естественным дренам, что определяет относительную стабильность уровня подземных вод, особенно при большой глубине их залегания. Распределение влажности по вы­соте над уровнем подземных вод находится в зависимости от гид­рофизических характеристик пород зоны аэрации k (t|>) и ф (0) и интенсивности потока влаги v. В общем случае высота 2, для ко­торой характерно значение высоты всасывания - ф, определяется по

Формуле *

Z=\.—-BL----------------------------------------------------------------------------------------------------- (2.69)

OJ 1 - 1

Значение z вычисляется численным интегрированием при известной функции Если может быть представлена простой функ­цией, то проблема упрощается. Например, при

А=Аое~№ (2.70)

І __ е-Р*

Ko

Для других зависимостей k (ф) решения уравнения (2.69) можно найти в работе [31]. График зависимости Pf от рг при различном соотношении vjko показан на рис. 21, а. При отсутствии потока в зоне аэрации высота всасывания - ф в каждой точке соответст­вует высоте над уровнем подземных вод. При питании (г><0) ■ф<2, а при восходящем потоке (v < 0) 'Ф > г. Эти особенности, в частности, могут служить для определения направления потока влаги в зоне аэрации. Зная зависимость ^{z), можно построить соответствующие графики распределения влажности в зависимости от интенсивности расхода и направления потока. На рис. 21, б по­казан такой график, построенный с использованием функции 0 = = При о = 0 распределение влажности определяется рав­

Новесной кривой, соответствующей зависимости - ф (0), при условии положения начала координат на свободной поверхности подзем­ных вод. При нисходящих потоках влаги эпюры влажности распо­лагаются правее равновесной кривой, а при восходящих потоках влаги — левее ее.

В неоднородной зоне аэрации высота всасывания в каждом слое будет определяться в зависимости от функции £(-ф). Причем при отсутствии потока влаги в зоне аэрации линейная зависимость между высотой всасывания и высотой над уровнем сохраняется.

Б

Стационарные потоки в зоне аэрации

Рис. 21. Распределение величины вы­соты всасывания (а) и влажности (б) над уровнем подземных вод при различных направлениях и интенсив - ностях потока

А

Стационарные потоки в зоне аэрации

Стационарные потоки в зоне аэрации

Рис. 22. Равновесное распределение влажности в слоистой системе. Циф­ры у кривых определяют принадлеж­ность зависимости к тому или иному слою, а точки — равновесное распре­деление влаги

Однако при этом распределение влажности в каждом слое будет определяться зависимостью г|)(0), характерной именно для этого слоя, а на границах слоев будут наблюдаться скачки влажности, как показано на рис. 22.

При нисходящих и восходящих потоках влаги зависимость вы­соты всасывания от высоты над уровнем уже не будет опреде­ляться гладкой непрерывной функцией, а графики (z) на грани­цах слоев резко преломляются. При этом должно соблюдаться условие

0+1- <"2>

Где индексы 1 и 2 определяют принадлежность высоты всасывания и зависимости k (ф) тому или иному слою. В зоне транзита, где

— 0, влажность будет определяться в каждом слое по фор-

Az

Муле (2.11) в зависимости от параметров данного слоя.

Закономерная многолетняя тенденция в подъеме уровня или его спаде чаще всего связана с хозяйственной деятельностью чело­века. В зависимости от характера процесса, его направленности и интенсивности в зоне аэрации происходит переформирование про­филя влажности, затрагивающее либо всю зону аэрации, либо про­являющееся только в капиллярной зоне.

Для анализа этих явлений рассмотрим зону аэрации такой большой мощности, чтобы можно было бы не учитывать периодиче­ские изменения влажности в верхней области.

Примем зависимость коэффициента влагопереноса от линейной влажности в соответствии с формулой (2.11), а между влажностью и высотой всасывания ф — экспоненциальной (2,8).

Как было показано ранее, при принятых зависимостях уравне­ние влагопереноса можно привести к линейному

KoHк + = (в/л — во) • (2.73)

Полагая, что по истечении некоторого времени режим влагопе­реноса в зоне аэрации становится квазистационарным и профиль влажности перемещается параллельно самому себе с некоторой по­стоянной скоростью и, зависящей от граничных условий, введем новую переменную % — z — ut и преобразуем уравнение (2.73)

, „ т. . аё ае _

+ = -(9«-во) и-Щ-. (2-74)

Решим его для зоны аэрации достаточно большой мощности. Бу­дем считать, что при о скорость влагопереноса определяется интенсивностью среднего питания /0. На свободной поверхности возможен ОТТОК V, в связи с этим граничное условие при £ = 0 бу­дет иметь вид аё

KoHK~~k0 = v. (2.75)

Кроме того, при I = 0 наблюдается полное насыщение пород

(8=1). Решение уравнения (2.74) при принятых граничных усло­виях имеет вид

О _ - I + V ехр (-Ц^Л + ^ZJL, (2.76)

1+Мо" V / 1+ИМ0 7

Где

— о — и т - / — I -4- v v = -.— ; и = —-; / = г ; « = —,

«о k0 k9 ( J _ / )

V положительно при подпитывании зоны аэрации из грунтовых вод и отрицательно при дренировании. Рассмотрим некоторые частные случаи.

1. При отсутствии питания, оттока или притока к свободной по­верхности со стороны подземных вод их уровень будет стабильным.

Распределение влажности по высоте над уровнем будет опреде­ляться в соответствии с зависимостью (2.8)

0 = ехр (-—-). (2.77)

При этом в каждой точке зоны аэрации соблюдается равенство f ==z.

2. При наличии питания, интенсивность которого I постоянна во времени, распределение влажности будет зависеть от возмож­ности оттока от свободной поверхности. В том случае, когда отток отсутствует (у = 0), уровень будет подниматься. Распределение влажности по высоте над уровнем будет иметь вид

0 = - T-lr - ехр (-£ + jL.. (2.78)

1 — V ъ Як / 1 — uuo '

С удалением от уровня влажность стремится к некоторому значе­нию 0 = 7. Недостаток насыщения р, при этом также определится в зависимости от

Ц = цоО— Т). Скорость подъема уровня постоянна

— м - *

3. Отток от свободной поверхности v = I. В этом случае дви­жения свободной поверхности наблюдаться не будет и £ = 0. Из­менение влажности по вертикали будет определяться следующим соотношением:

0= (1 +й) ехр—+

При водопонижении или при подпоре подъем или спад уровня обес­печивается только потоком от свободной поверхности. В этом слу­чае распределение влажности по высоте над уровнем описывается

V

Уравнением (2.76) при и = ----------

Ро

При достаточно большом удалении от свободной поверхности

Влажность стремится к наименьшей влагоемкости 0->-0о; 0 = 0. Изменение уровня происходит с постоянной скоростью

_ V

~~ !*о *

На рис. 23 показаны кривые распределения влажности над уровнем подземных вод, соответствующие рассмотренным случаям. Анализ этих примеров дает основание для построения схемы питания под­
земных вод и осушения и насыщения зоны аэрации большой мощности. Эта задача возникает на орошаемых масси­вах в связи с прогнозом подъема уровня при изменении интенсивности питания подземных вод при орошении. При этом можно выделить два периода. Первый период — промачивание зоны аэрации. Его длительность t\ определяется по формуле

JV"We + Aw - ^wo )

(2.79)

Aw "/ ko

Где we — питание подземных вод в есте­ственных условиях; Aw — приращение литания за счет орошения; L — глубина до уровня воды. Для примера рассмот­рим зону аэрации мощностью 10 м, сло­женную суглинками с коэффициентом фильтрации &о = 0,1 м/сут, п = 4 и недо­статком насыщения fio = 0,2. Питание в естественных условиях примем 40, а приращение питания Aw — 60 мм/год, или 20 % от поливной нормы 3000 м3/га. Расчет по формуле (2.79) дает значение t\ — 0,5 лет, что соответствует наблю­даемому в действительности. Обычно подъем уровня при такой мощности зоны аэрации происходит в течение года или полутора лет после начала орошения. Для вто­рого периода характерно монотонное повышение уровня, темп ко­торого определяется приращением питания Aw, недостатком на­сыщения рн и условиями естественного дренирования, определяю­щими отток от свободной поверхности vg. Скорость подъема уровня определяется по формуле

Dh AW - Vg

Стационарные потоки в зоне аэрации

Рис. 23. Профили влажно­сти при различных режимах питания и дренирования.

H =

0; 2 — 7-0, O=0,5feo; 3 — /=0,5fe о, Р=0; 4 — /=0,5А0, 0=_0,5£0; 5 —0, v-0,5ko (стрелками показано направле­ние движения свободной по­верхности).

(2.80)

Dt |лн '

Где рн в зависимости от приращения нитания равно

(Аи = МО I I

(2.81)

F^W-)-

Рассчитанное таким образом значение рн может быть значительно меньше ро и обычно меняется от 0,05 до 0,15.

ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Квалифицированные услуги в области геологического обследования участка

Невозможно начать возведение дома без начального изучения геологического изыскания. Строительные нормы, используемые при возведении стен, напрямую зависят от полученных результатов изучения почвы. Что такое геология для строительства и как получить …

Инженерная геология в Киеве

Геологические исследования играют большую роль при масштабном строительстве домов, несущих конструкций и производственных мощностей. Среди большого спектра услуг инженерная геология занимает почетное место в потребительском рейтинге на рынке. Компания «Геоплан» …

Геологические исследования

Анализ состояния грунта - это один из самых важных этапов перед началом строительства. Данный спектр исследований позволяет всесторонне и объективно оценить положение дел на строительной площадке, чтобы конструктор мог правильно …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua