Определение коэффициента фильтрации в полевых условиях методом восстановления воды в скважине и методом инфильтрации

Цель работы:

В процессе выполнения работы необходимо научиться:

1. знать что такое коэффициент фильтрации;

2. уметь определять коэффициент фильтрации методом восстановления воды в скважине;

3. уметь определять коэффициент фильтрации методом инфильтрации.

Общие понятия

В пористой среде, какой является почва, фильтрующаяся вода вследствие вязкости испытывает большое сопротивление. Движение воды может происходить только при наличии определенного уклона, изменяющегося в зависимости от водно-физических свойств почв и, прежде всего, пористости грунта. Рассмотрим такой опыт. Трубку длиной l (рис. 4) заполним песком, удерживая его от размыва на концах трубки сеткой. Затем заполним водой левое колено.

Рис. 4

При поступлении фильтрующейся воды из левого в правое колено она образует напор h₂ меньший напора h₁ в левом колене. Гидравлический уклон i принимается равным отношению разности напоров h ₁ - h ₂ = H длине пути фильтрации I, поэтому скорость фильтрации можно определить по формуле:

Для многих грунтов (песка, глины, торфяные почвы и т.д.), где происходит ламинарное движение воды, скорость фильтрации очень мала и гидравлический уклон равен пьезометрическому. Наблюдается линейная зависимость скорости фильтрации от пьезометрического уклона:

где К – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом фильтрации; он равен скорости фильтрации при уклоне, равном единице.

Равенство было установлено в 1656 г. Дарси и называется законом Дарси.

В гидравлике величинуi называют гидравлическим уклоном, или градиентом напора, определяя ее как отношение потерь напора Δh=h₁-h₂ к пути Δl. В грунтах и почвах, где вода содержится в молекулярно связанных состояниях, явление фильтрации возникает лишь тогда, когда величина градиента напора превышает некоторое значение i_o, называемое начальным градиентом. В этом случае

Для очень плотных глин i_o =20—30.

В порах крупнозернистых грунтов (гравий, галька, щебень и др.) скорость фильтрации может быть очень большой и не зависеть от пористости, в таком случае движение воды не подчиняется закону Дарси, что является верхней границей применения уравнения Дарси.

К грунтовой следует относить гравитационную воду, движение которой в почве подчиняется закону Дарси независимо от глубины залегания в почве или грунте. Существующие в почвоведении понятия "верховодка", "почвенная вода", "грунтовая вода" — есть разновидности грунтовой воды.

Методы определения коэффициента фильтрации

Для определения скорости фильтрации грунтовых вод необходимо знать коэффициент фильтрации и пьезометрический или гидравлический уклон грунтового потока. Существуют лабораторные и полевые методы определения коэффициента фильтрации. В лабораторных условиях коэффициент фильтрации для песков можно определить по механическому составу грунта, для торфов используют монолиты, взятые с ненарушенным строением грунта.

В практике гидромелиоративных исследований и изысканий, изучая фильтрацию воды "под лесом", для определения коэффициентов фильтрации наибольшее распространение получили: метод "восстановления воды в скважине после откачки, применяемый в условиях высокого стояния грунтовых вод, и метод инфильтрации при низких уровнях грунтовых вод (способ Болдырева).

Метод восстановления воды в скважине после откачки сводится к следующему. На выбранном участке тарелочным буром диаметром 10-20 см делают скважины на глубину слоя грунта, для которого необходимо определить коэффициент фильтрации. Количество скважин зависит от целей и степени точности исследований, глубина скважин до 1 м. Скважины следует устраивать при высоком стоянии грунтовых вод. Если есть необходимость раздельного определения коэффициентов фильтрации на разных глубинах и изучения их изменения в зависимости от глубины следует определять коэффициенты весной при высоком положении грунтовых вод и летом, когда грунтовые воды несколько понизятся.

Рис. 5. Изменение подъема воды в скважине

Рис. 6. Определение тангенса при расчете коэффициентов фильтрации

После устройства скважины и прекращения подъема уровня воды в ней (т. е. когда уровень займет положение, характеризующее уровень грунтовых вод) начинают измерения. Измеряют следующие величины (рис. 5): глубину стояния воды от поверхности h, глубину скважины Т, глубину воды в скважине Н; диаметр скважины d. Затем воду из скважины вычерпывают металлической банкой на длинной ручке, Диаметр банки должен быть на 3—4 см меньше диаметра скважины. После откачки воды быстро измеряют расстояние y_o и отмечают время замера. Измеренные уровни и время записывают в специальную ведомость. Пока уровень не займет первоначальное (до откачки) положение, производят не менее шести-семи замеров. Записи ведут в специальных бланках (приложение 3).

Из полученных величин y_o’, y₁’… y_n’ вычитают глубину грунтовых вод h: y_o’= y_o’-h; y₁’= y₁’-h; …, y_n’= y_n’-h. Величину y_o делят последовательно на вычисленные y_o, y₁… y_n. Для полученных частных определяют десятичные логарифмы и величины этих логарифмов делят на время в секундах между измерениями y_o и y₁; y_o и y₂, … y_o и y_n, вычисляя условные тангенсы:

; ; и т.д.

затем находят средний тангенс.

Среднее значение тангенса можно определить графически (рис. 6), если точки на графике располагаются примерно по прямой линии. Для построения графика по оси ординат откладывают значении логарифмов, вычисленные по отношению, приведенному в числителе формулы, по оси абсцисс — время в секундах для каждого измерения величины y’, прошедшее с момента откачки.

Для вычисления коэффициента фильтрации имеется несколько формул. При изучении коэффициентов фильтрации осушенных земель пользуются формулой Доната— Писарькова:

где К — коэффициент фильтрации, см/с; r — радиус скважин, см; H — глубина воды в скважине (Н =• Т – h ); tgα - условный тангенс (средний).

Откачку и измерения по каждой скважине повторяют дважды. По полученным данным вычисляют средний коэффициент фильтрации.

Метод инфильтрации (способ Болдырева) применяют в условиях глубокого залегания грунтовых вод.

На выбранном месте устраивают скважину диаметром не менее 0,2 м. Вместо скважины можно устроить шурф, размером 0,2х0,2 м. При определении фильтрации в глубоких горизонтах сначала нужно выполнить почвенный разрез на необходимую глубину, а на дне его устроить шурф или скважину для измерения коэффициента фильтрации. На дно скважины насыпают слой мелкого гравия (около 2 см) и устанавливают колышек высотой 5-10 см. В скважину наливают воду, слой которой должен несколько превышать колышек. Вода фильтруется через дно скважины и стенки до высоты колышка. Как только уровень воды снизится до верха колышка, в скважину доливают 0,5 или 1,0 л воды. Время долива воды записывают в специальной ведомости. Поскольку исследования на участках с низким уровнем грунтовых вод, где обычно почва сухая, сначала одновременно с фильтрацией идет впитывание воды почвой. В этот период уровень воды в скважине понижается быстро. В дальнейшем почва насыщается водой, расход воды снижается. Исследования продолжаются до тех пор, пока фильтрационный расход не стабилизируется. Коэффициент фильтрации вычисляют по формуле:

где К – коэффициент фильтрации, см/с; Q – установившийся расход воды, см³/с; F – площадь поверхности скважины, через которую идет фильтрация, см².

Задание по разделу

1. Определить коэффициент фильтрации методом восстановления воды в скважине после откачки.

Дано: Глубина воды в скважине Н равна 5х, см; диаметр скважины d – 10см, tgα – 0,0031 (х – число равно предпоследней цифре номера зачетной книжки).

2. Определить коэффициент фильтрации методом инфильтрации.

Дано: Диаметр скважины равен 20+х см (х равен числу букв в фамилии студента), установившийся фильтрационный расход Q равен 0,80 см³/с.

Объясните, что такое коэффициент фильтрации, и каким методом, в каких условиях он определяется.

Орошение

4.1. Основные элементы оросительной системы. Расположение их на плане

Цель работы:

В процессе выполнения работы необходимо научиться:

а) Знать, что такое оросительные системы

б) Знать определение оросительной и поливной норм

в) Уметь определять поливные нормы

г) Знать, что такое режим орошения.

Общие понятия

Оросительной системой называется сеть оросительных каналов и сооружений на них, предназначенных для забора воды из источника орошения и подачи ее на орошаемую площадь. Оросительная система состоит из следующих элементов: источника воды, водозаборного (головного) сооружения, оросительной сети, водосбросных и дренажных каналов, сооружений на каналах, дорожной сети и древесных насаждений.

Водозаборные и другие сооружения. Для забора воды из источников и подачи ее в оросительные каналы устраивают водозаборные сооружения, позволяющие подавать воду в каналы самотеком или с помощью насосных станций.

Рис.7. Схема бесплотинного водозабора на реке

1— шпора; 2 — дамба; 3 — магистральный канал; 4 — головное сооружение;

5 - шлюз дли промывки головного сооружения

Бесплотинный водозабор устраивают на реках. Часть русла реки отделяют шпорой (рис. 7), сооружаемой путем наброски казней или какой-либо кладки. Ширина водоотводящей части русла b₁ принимается равной полуторной ширине магистрального канала b . Длина шпоры равна полуторной — тройной ширине канала. Между шпорой и дамбой оставляют закрываемый проем для промывки входной части, открываемый по мере необходимости. Бесплотинные водозаборы сооружают на реках с устойчивым уровнем воды.

Плотинный водозабор состоит из плотины и шлюза, устраиваемого в голове магистрального канала (рис. 8). Плотинный водозабор, обеспечивая подъем воды и поддержание ее на необходимом уровне, создает надежный "горизонт командования" в голове магистрального канала.

Водозаборы с помощью насосных станций применяют при расположении орошаемого участка выше источника воды для орошения, где возникает необходимость в механическом подъеме воды. Можно применять стационарные, плавающие или передвижные насосные станции. При колебаниях уровней воды в пределах 5 м используют стационарные насосные станции, а при больших колебаниях передвижные. Стационарные станции при орошении в лесном хозяйстве наиболее распространены.

Рис. 8. Схема плотинного водозабора:

1 — плотина; 2 —шлюз; 3 — магистральный канал

Для обеспечения подачи (вывода) воды из плотинных прудов в магистральные каналы используют водовыпуски в виде труб с задвижками, уложенные в плотину на уровне горизонта мертвого объема.

Оросительная сеть

Оросительная сеть может быть открытой (рис. 9) и закрытой (рис. 10). Открытая оросительная сеть включает: магистральные и распределительные каналы, оросители (рис. 9).

Рис. 9. Схема открытой оросительной сети.

1 – водоисточник; 2 – головной водозабор; 3 – магистральный водоканал;

4 – участковый распределитель; 5 – временный ороситель; 6 – выводные борозды;

7 – поливные борозды; 8 – водосбросный канал; 9 – водовыпуски; 10 – направление полива; 11 – номер поля и его площадь.

Рис. 10. Схема закрытой оросительной системы.

1 – водоисточник; 2 – водозабор; 3 – главный трубопровод (ГТ); 4 – распределительный трубопровод; 5 – полевой трубопровод и гидрантами; 6 – полевые шланги; 7 – поливные борозды; 8 – граница поля; 9 – номер и площадь поля.

Магистральные каналы располагают по высшим отметкам рельефа с уклоном 0,0002-0,0008. Участок канала, сооруженный до орошаемого участка, служит для транспортировки воды и носит название холостой части. Остальной участок канала, из которого вода подается в распределительные и оросительные каналы, называется рабочей частью канала. Оросительные каналы относительно поверхности земли можно устраивать в выемке, полувыемке или в насыпи. Магистральный канал в холостой части желательно сооружать в выемке для снижения потери воды на фильтрацию. В рабочей части в зависимости от способа орошения канал прорывают в полувыемке и насыпи. Желательно проектировать каналы с наиболее короткой холостой частью.

Оросители в зависимости от уклонов поверхности располагают вдоль или поперек склонов. При уклонах поверхности менее 0,002 применяют продольное размещение, на участках с уклонами 0,004-0,006 – поперек.

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 1179; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!