Мероприятий по уменьшению фильтрационных потерь из водохранилищ и каналов в условиях сирии
Результаты предварительных расчетов гидроузла Кастун показали, что фильтрационные потери составляют 8,6 млн. м3/год, т. е. 31,82 % полного объема водохранилища; эти потери значительные. Для уменьшения фильтрационных потерь предлагаются 5 вариантов противофильтрационных мероприятий:
мероприятие 1 – экраны из глины на поверхностях аномалий и глинисто-цементная завеса в основании плотины; мероприятие 2 экраны из глино-силикатных материалов на поверхностях аномалий и глинисто-цементная завеса в основании плотины; мероприятие 3 экраны из полиэтиленовых материалов на поверхностях аномалий и глинисто-цементационная завеса в основании плотины; мероприятие 4 экраны из глины материалов на поверхностях аномалий и цементационная завеса в основании плотины; мероприятие 5 экраны из полиэтиленовых материалов на поверхностях аномалий и цементационная завеса в основании плотины.
Для каждого варианта были выполнены расчеты фильтрационного режима гидроузла по разработанной компьютерной программе.
Результаты расчетов фильтрационных потерь при разных мероприятиях даны на рисунке 4 и в таблице 2.
Выбор оптимального мероприятия при цене фильтрационных потерь, равной стоимости воды для орошения 1,2 фунт/м3, и при сроке эксплуатации гидроузла 40 лет, дан в таблице 3. Как видно из таблицы 3, оптимальное мероприятие – это мероприятие 3, имеющее наименьшую общую стоимость.
Таблица 2 Фильтрационные потери из водохранилища Кастун
Мероприятия | Годовые фильтрационные потери, млн. м3 |
Без учета мероприятий | 8,6 |
При устройстве мероприятия 1 | 5,2 |
При устройстве мероприятия 2 | 4,6 |
При устройстве мероприятия 3 | 3,7 |
При устройстве мероприятия 4 | 4,2 |
При устройстве мероприятия 5 | 3,3 |
Из таблицы 2 видно, что минимальные фильтрационные потери происходят при мероприятии 5, а оптимальный вариант это мероприятие 3 как доказано в таблице 3.
Таблица 3 Затраты по мероприятиям с учетом стоимости фильтрационных потерь из водохранилища Кастун
Мероприятие | Стоимость, млн. сирийских фунтов | ||
мероприятия | потерянной воды | общая | |
1 | 373,345 | 832 | 1205,4 |
2 | 408,345 | 736 | 1144,345 |
3 | 452,03 | 592 | 1044,1 |
4 | 632,156 | 672 | 1304,2 |
5 | 710,816 | 528 | 1238,816 |
Гидроузел Афамия. Гидроузел (рисунок 5) состоит из трех плотин А, В, С, семи насосных станций, трех водосбросов, магистрального канала PAF, канала G и трех водохранилищ А, В, С. Основные параметры сооружений гидроузла показаны в таблице 4.
Таблица 4 Характеристики гидроузла Афамия
Водохранилище | Афамия А | Афамия В | Афамия С |
Тип плотины | Каменно-земляная с глинистым ядром | ||
Высота плотины, м | 40,0 | 55,0 | 50,5 |
НПУ, м | 240 | 280 | 280 |
УМО, м | 205 | 243 | 242 |
Полный объем, 106 м3 | 20,0 | 37,0 | 22,5 |
Мертвый объем, 106 м3 | 0,45 | 0,95 | 0,5 |
Площадь при НПУ, 104 м2 | 187 | 282 | 125 |
Площадь при УМО, 104 м2 | 60,86 | 91,838 | 40,7 |
Создана цифровая трехмерная модель гидроузла Афамия (рисунок 6).
Выделяются 3 инженерно-геологических элемента (рисунок 6). Грунтовые воды представлены двумя водоносными горизонтами. Первый (от поверхности) горизонт находится на отметках 220-230 м над уровнем моря, второй горизонт на отметках 175-185 м. Абсолютные отметки поверхности рельефа на участке модели изменяются от 298 м на водоразделе до 220 м в районе русла реки Альаси.
Результаты фильтрационных расчетов показали, что фильтрационные потери составляют 13,87 млн. м3/год, то есть 17,45 % полного объема водохранилища, эти потери значительные.
Для уменьшения фильтрационных потерь предлагаются 4 варианта противофильтрационных мероприятий на поверхностях аномальных зон и в основании плотин.
Мероприятие 1 экраны из глинистых грунтов на поверхностях аномалий и инъекционная глинисто-цементная завеса в основании плотины В; мероприятие 2 экраны из глино-силикатных материалов на поверхности аномалий и инъекционная глинисто-цементационная завеса в основании плотины В; мероприятие 3 экраны из полиэтиленовых материалов на поверхности аномалий и инъекционная глинисто-цементная завеса в основании плотины В; мероприятие 4 экраны из глинистых грунтов на поверхности аномалий и инъекционная цементационная завеса в основании плотины В.
Результаты расчетов фильтрационных потерь при разных мероприятиях даны на рисунке 7 и в таблице 5.
Выбор оптимального мероприятия при цене потерянной на фильтрацию воды, принимаемой равной стоимости воды для орошения 1,2 фунт/м3, и при сроке работы гидроузла 40 лет, дан в таблице 6. Как видно из таблицы 6, оптимальное мероприятие – это мероприятие 3, которое экономит 8,22 % полного объема водохранилищ, что дает возможность орошения дополнительно 730 га/год.
Таблица 5 Фильтрационные потери гидроузла Афамия
Мероприятия | Объем фильтрационных потерь, млн. м3/год |
Без учета мероприятий | 13,870 |
При устройстве мероприятия 1 | 10,0375 |
При устройстве мероприятия 2 | 9,125 |
При устройстве мероприятия 3 | 7,3 |
При устройстве мероприятия 4 | 9,673 |
Таблица 6 Сравнение затрат противофильтрационных мероприятий с учетом стоимости фильтрационных потерь гидроузла Афамия
Мероприятие | Стоимость, млн.
| |||||
мероприятия | потерянной воды | общая | ||||
1 | 720 | 1606 | 2326 | |||
2 | 810 | 1460 | 2270 | |||
3 | 891 | 1168 | 2059 | |||
4 | 1220 | 1536 | 2756 |
Ирригационный канал G3. Из водохранилища Кастун выходит ирригационный канал G3 трапецеидального поперечного сечения. Канал проложен в грунте с коэффициентом фильтрации грунта 2,5 м/сутки; длина канала 960 м. Расход канала 3,5 м3/с, ширина русла 3,25 м, средняя глубина русла 1,5 м. Канал работает во время ирригации в течение трех месяцев.
Результаты расчетов фильтрационных потерь из канала G3 показали, что они достигают 0,7 м3/с, т. е. 20 % расхода канала. В периоде работы канала (90 суток) фильтрационные потери составляют 5,443 млн. м3.
Для уменьшения фильтрационных потерь из канала предлагаются различные способы снижения фильтрационных потерь из канала:
– мероприятие 1 бетонная одежда толщиной 0,15 м, k= 0,0007 м/сут;
– мероприятие 2 асфальтобетонные облицовки толщиной 7 см, k= 0,0004 м/сут;
– мероприятие 3 полимерные пленки из полиэтилена толщиной 0,2 мм, k = 2 10-8 м/сут;
– мероприятие 4 – облицовка из глинистых материалов толщиной 0,5 м; k = 0,003 м/сут.
Для выбора оптимального мероприятия выполнены технико-экономические расчеты с учетом стоимости потерянной воды за период эксплуатации гидроузла (40 лет). Цена потерянной на фильтрацию воды принимается равной стоимости воды для орошения – 1,2 фунт/м3.
Сезонные фильтрационные потери проведены в таблице 7. Результаты технико-экономических расчетов указаны в таблице 8.
Таблица 7 Фильтрационные потери из канала G3
Мероприятия | Фильтрационные потери | |
м3/сут | м3/сезон | |
Без мероприятий | 60480 | 5443200 |
При мероприятии 1 | 6055,65 | 545000 |
При мероприятии 2 | 7257,6 | 653184 |
При мероприятии 3 | 4536 | 408240 |
При мероприятии 4 | 27216 | 2449440 |
Минимальные фильтрационные потери из канала происходят при мероприятии 3. Сезонные фильтрационные потери из канала составляют 20 % от общего расхода без мероприятий; 2 % от общего расхода при мероприятия 1; 2,4 % от общего расхода при мероприятия 2; 1,5 % от общего расхода при мероприятии 3; 9 % от общего расхода при мероприятии 4.
Таблица 8 Сравнение затрат в мероприятия с учетом стоимости потерянной воды из канала G3
Мероприятие | Стоимость, млн. сирийских фунтов | ||
мероприятия | потерянной воды | общая | |
1 | 7,44 | 87,2 | 94,64 |
2 | 3,84 | 104,5 | 108,34 |
3 | 6,07 | 65,31 | 71,38 |
4 | 1,68 | 391,9 | 393,58 |
Анализ этих результатов показывает что, минимальные затраты происходят при устройстве мероприятия 3. Поэтому рекомендуется применить мероприятие 3, которое сэкономит 18,5 % от общего расхода в течение рабочего сезона канала.
Для определения влияния толщины облицовки канала на фильтрационные потери воды сделаны расчеты для бетонной и асфальтобетонной облицовок ирригационного канала G3. Результаты расчетов показаны в таблице 9.
Таблица 9 – Влияния толщины облицовки канала на фильтрационные потери
Материал облицовки | Коэффициент фильтрации облицовки, м/сут | Расход фильтрационных потерь (м3/сутки) при толщине облицовки, м | ||||
0,10 | 0,12 | 0,14 | 0,16 | 0,18 | ||
Бетон | 0,0007 | 6652,8 | 5443,2 | 4838,4 | 4233,6 | 3628,8 |
Асфальтобетон | 0,0004 | 3606,3 | 3024 | 2721,6 | 2419,2 | 2116,8 |