Створення водоощадливих конструкцій каналів зрошувальних систем

У шостому розділі обгрунтовуються методи розрахунків і конструювання ПФО на деформованих грунтах.

Аналіз спільної роботи облицювання і грунтової основи показав, що облицювання знаходиться в складних умовах: на нього діють понад 30 навантажень і впливів. К.О.Алієвим, І.Я.Бялером, С.Я.Вигодським, П.І.Коваленком, К.В.Поповим, А.І.Сердюком, В.М.Тугаєм й іншими авторами розрахунок міцності облицювання виконано на сприйняття статичних і динамічних навантажень від гідростатичного тиску води, протидії води під облицюванням, дії льоду в зимовий період, дії транспортних засобів і механізмів, температурних впливів, але вплив деформованої основи на міцність облицювання автори не враховували.

Оскільки, як показали натурні дослідження, тріщинуватість облицювання і його подальше руйнування відбувається в основному за рахунок нерівномірних деформацій грунтової основи, то в дисертації запропоновано метод розрахунку системи “облицювання - грунтова основа”, який враховує нелінійність деформації грунтової основи в поперечному перерізі каналу.

При розробці розрахункової схеми розглядали гіпотезу, що грунтова основа під облицюванням за ступенем водонасичення та залежних від цього різних величин модуля деформації ділиться на три зони: зона повного водонасичення, зона капілярного водонасичення, зона природної вологості.

Для уточнення гіпотетичної розрахункової схеми в лабораторних умовах провели серію дослідів для визначення модуля деформації і тиску набухання від вологості грунту. В дослідах вологість грунту змінювали в діапазоні W = 10-28% для трьох варіантів щільності: _d = 1,5; 1,6; 1,7 г/см³.

В результаті проведених досліджень розроблено розрахункову схему системи “облицювання - грунтова основа”, де при розрахунках облицювання за напружено-деформованим станом, грунтова основа складається із двох зон з різними модулями деформацій: зона повного водонасичення (куди входить і зона капілярного водонасичення) і зона природної вологості.

Границя між зволоженою і незволоженою зонами залежно від водно-фізичних властивостей грунтів визначається за формулою:

_mах= 2 (е ^(W1-W2) -1) /К /D₀. (22)

Запропоновано методику розрахунку міцності облицювання, яка враховує нерівномірність деформацій грунтової основи і облицювання в поперечному профілі каналу, різні модулі зволожених і незволожених зон грунтів під облицюванням, зовнішні навантаження. За основу взято методику С.М.Клепікова для розрахунку балки, яка лежить на нелінійно-деформованому грунті, нелінійність якого характеризується моделлю перемінного коефіцієнта жорсткості, але з врахуванням нелінійності в поперечному перерізі каналу.

У роботі виконано чисельний розрахунок міцності монолітного бетонного облицювання для двох варіантів деформованої грунтової основи: важкі суглинки і піски. Проведені розрахунки показали, що в обох варіантах, вище рівня води в каналі, на висоті капілярного підняття потрібно робити повздовжні деформаційні шви на укосах каналів залежно від грунтової основи: на важких суглинках - на 1,0 м вище рівня води в каналі, на пісках - на 0,2-0,3 м вище рівня.

Дослідження, проведені нами відносно впливу морозного випинання грунтів на облицювання каналів, показали, що величини деформацій на зрошувальних каналах у зимовий період на півдні України досягають до 60 мм, що спричиняє руйнування облицювання.

Наближені розв'язування задач промерзання грунтів представлено в роботах В.Г. Буличова, С.С. Ковнера, Л.С. Лейбензона, М.М. Крилова, І.І. Покровського, І.А.Чарного, A.London, R.Seban й інших авторів, але в роботах розглянуто окремі конкретні випадки задач промерзання грунту.

У дисертації розв'язано задачу теплопровідності з врахуванням зміни агрегатного стану при переході води в твердий стан, яка зведена до рівняння Фур'є з прийнятими початковими і граничними умовами. Температурне поле складається із двох зон (промерзлого і непромерзлого грунту). В зоні промерзання рівняння теплопровідності має джерело тепла для врахування процесу його виділення при поступовому замерзанні води в грунті.

Результати розв'язування задачі промерзання грунтової основи каналу без облицювання і з різними конструкціями облицювання підтвердили гіпотезу, що глибину промерзання грунту можливо зменшити, застосовуючи конструкції облицювання для регулювання теплового режиму грунтової основи.

Результати досліджень показали, що оптимальні конструкції облицювання на набухаючих і випинаючих грунтах необхідно проектувати на основі регулювання водно-теплового режиму системи “облицювання - грунтова основа”. Регулювання необхідно здійснювати в таких напрямках:

- застосування морозозахисних і теплоізоляційних шарів підсипки із матеріалів з низькими коефіцієнтами теплопровідності;

- обмеження зволоження грунту каналів застосуванням полімерних плівок;

- забезпечення оптимальної щільності і вологості грунтової основи при будівництві.

Запроектовані на основі регулювання водно-теплового режиму системи “облицювання - грунт” ПФО повинні відповідати вимогам екологічної надійності зрошувальних каналів, тобто мати величину фільтраційних втрат менше допустимої, за якою відбуваються негативні зміни еколого-меліоративного стану довкілля.

Проведено фільтраційні розрахунки для визначення фільтраційних втрат і зміни положення РГВ під впливом фільтрації із необлицьованих і облицьованих каналів.

В дисертації розроблено методику визначення фільтраційних втрат із облицьованих каналів залежно від властивостей грунтової основи.

Теоретичні розрахунки вільної фільтрації підтверджено даними натурних досліджень на каналі К-1 КЗОС (рис. 6).

аведено приклад розрахунку підпертої фільтрації із облицьованих каналів при відсутності приканального дренажу. Визначено величини фільтраційного опору конструкції облицювання із монолітного бетону, фільтраційних втрат, криву депресії. Теоретичні розрахунки підтверджено результатами натурних досліджень на КЗС.

У сьомому розділі розроблено способи будівництва дамб каналів із вивітрілих слабких вапняків і суміші вапняків із суглинками і досліджено методом полігонних досліджень протифільтраційну ефективність різних конструкцій облицювань в грунтових умовах із вапняків.

Для технології будівництва дамб каналу із вапняків визначено основні технологічні показники: максимально можливу і необхідну щільність насипу із вапняків; кількість проходів ущільнюючого механізму по одному сліду для одержання необхідної щільності; оптимальну товщину ущільненого шару грунту; його гранулометричний склад, W_опт та _опт при ущільненні.

Запропоновані технічні рішення будівництва дамб каналів із вапняків детально апробовано безпосередньо на дослідному полігоні. Полігон довжиною 200 м. Грунтове ложе каналу відсипане із двох видів грунтів: вивітрілого вапняку (будівельна щільність _d = 1,83-1,88 г/см³, вологість W= 7-12%, К_ф.= 0,05 м/доб) і суміші вапняку з суглинком (будівельна щільність _d = 1,77-1,82 г/см³, вологість W= 13-16%, К_гр.= 0,25 м/доб). Побудовано 10 ізольованих відсіків з різними типами конструкцій облицювання.

Дослідження показали, що на величину фільтраційних втрат впливають два фактори: тривалість роботи облицювання і глибина води в каналі, тому при математичній обробці натурних досліджень початковий період фільтрації (20 діб) виключали і для подальшого аналізу до уваги не брали; величину фільтраційних втрат визначали при глибині води, однаковій в усіх відсіках, яка дорівнювала h = 1,2 м.

Зміну фільтраційних втрат різних конструкцій облицювань за 14 років досліджень представлено на рис. 7. Як видно, найбільші зміни фільтраційних втрат проходять в перші роки експлуатації; після 3-5 років процес фільтрації стабілізується.

Польові дослідження показали, що полімерні плівки в конструкціях облицювань суттєво зменшують фільтраційні втрати, і як наслідок - зменшення вологості грунту, деформацій системи “облицювання - грунт” та тріщинуватості облицювання.

Ефективність протифільтраційних конструкцій залежить від конструкцій захисту плівок від проривів. Дослідження показали, що найбільш ефективним захистом полімерних плівок є монолітний бетон.

Монолітне бетонне облицювання з плівкою має фільтраційні втрати, які дорівнюють q = 0,002-0,003 м³/доб з 1 м² поверхні каналу.

Конструкції облицювання із плит НПК по поліетиленовій плівці мають великі фільтраційні втрати: q = 0,014 м³/доб з 1 м² поверхні каналу.

Досліджено причини низької протифільтраційної ефективності кріплення каналу плитами НПК на поліетиленовій плівці: часті пошкодження плівки ребрами плит і самими плитами при будівництві, недосконалі конструкції швів, нещільне прилягання плит до грунтової основи і утворення підплитного простору між плитами і грунтом, який швидко заповнюється водою, що вільно поступає до всіх пошкоджень в плівці і дає великі фільтраційні втрати.

Як показали проведені дослідження, конструкція облицювання із залізобетонних плит НПК по плівці потребує вдосконалення технології виконання робіт при будівництві.

На полігоні в одному з відсіків укладено плити НПК по плівці з особливими умовами виконання технології робіт: при будівництві прийняті максимально можливі заходи по плануванню земляних укосів, особлива обережність, щоб плівку не пошкодити; поліетиленова плівка товщиною 0,2 мм мала ширину 8 м (замість звичайної шириною 3 м) і лише один шов під монолітним бетоном дна. І це дало позитивні результати: криві 4 і 5 на рис 7, що характеризують фільтраційні втрати через облицювання із плит НПК по плівці і монолітний бетон по плівці мають невелику величину q = 0,003 м³/доб з 1 м² поверхні каналу. Невеликих фільтраційних втрат через кріплення плитами НПК по плівці можна досягти лише при вдосконаленій технології будівництва; при існуючій сучасній технології будівництва збірне облицювання із плит НПК не є ефективним протифільтраційним облицюванням.

Натурні дослідження показали, що ін'єкція підплитного простору зменшує фільтраційні втрати в три рази.

Дослідження, проведені на полігоні, показали, що із всіх досліджених конструкцій ПФО найбільш ефективним є монолітне бетоноплівкове облицювання.

Науково обгрунтовані в дисертації конструкції облицювання з монолітного бетону знайшли застосування на зрошувальних каналах півдня України і Поволжя.

У восьмому розділі розроблено рекомендації по зменшенню фільтраційних втрат із транспортуючих, розподільних, регулюючих каналів при будівництві нових зрошувальних систем і після довготривалої експлуатації каналів.

Установлено, що коефіцієнт корисної дії каналів, який характеризує ефективність їх роботи, є необхідним, але недостатнім критерієм екологічної надійності каналів. Запропоновано ввести в систему основних показників технічного рівня новий показник екологічної надійності, який характеризується співвідношенням:

К_обл. < К_гран.; (23)

Q_обл.< Q_гран., (24)

де К_гран., Q_гран.- гранично допустимі коефіцієнти фільтрації і фільтраційні втрати води із каналів, при яких рівень грунтових вод не піднімається вище критичного рівня.

У роботі визначено коефіцієнти фільтрації сучасних конструкцій облицювання.

Коефіцієнт протифільтраційної ефективності Е_о визначали за формулою:

Е₀ = , (25)

і величина його може змінюватись в границях 0 < Е _о <1.

Найбільш ефективними конструкціями облицювання (табл.2) є монолітні бетонні ПФО з полімерною плівкою або без неї (Е_о = 0,87-0,94). Найменшу протифільтраційну ефективність мають плити НПК і НПВК (Е_о = 0,35-0,40).

У дисертації розроблено методику вибору раціонального виду конструкцій облицювання для забезпечення нормативного коефіцієнта корисної дії каналу.

Розрахунок конструкцій ПФО проводять за умови забезпечення нормативного коефіцієнта корисної дії і недопущення підтоплення зрошуваних земель, при яких повинні виконуватись вимоги (23), (24).

Гранично допустимі фільтраційні втрати води із каналів визначаються за залежністю:

Q_гран. = (1-) Q_брутто . (26)

Таблиця 2

Протифільтраційна ефективність різних конструкцій облицювання

Тип облицювання	Коефіцієнт протифільтра-ційної ефективності Ео
Монолітний бетон товщиною 0,08 м, поліолефінова плівка товщиною 0,52	0,94
Монолітне бетонне облицювання, укладене комплектом “Альконс” товщиною 0,12 м	0,93
Монолітний бетон 0,15 м, укладений комплектом РАХКО”	0,90
Монолітний залізобетон товщиною 0,12-0,15 м, поліетиленова плівка товщиною 0,2 м	0,90
Монолітний бетон товщиною 0,07 м, полівінілхлоридна плівка товщиною 0,27 мм	0,87
Грунтоплівкове облицювання	0,85
Монолітне бетонне облицювання, укладене комплектом “Альконс” товщиною 0,07 м	0,84
Залізобетонні плити НПК товщиною 0,06 м, шви цементно-піщані, шириною 8 м поліетиленова плівка товщиною 0,2 мм, особливо ретельне виконання робіт	0,80
Поліолефінова плівка 0,52 мм, піщане привантаження 0,38 м	0,70
Полівінілхлоридна плівка 0,27 мм під піщано-гравійним привантаженням 0,38 м	0,60
Плити НПК, шви цементно-піщані, поліетиленова плівка 3 м товщиною 0,4 мм, виконання робіт звичайне, введення цементного розчину в підплитний простір	0,54
Поліетиленова плівка 0,52 мм під піщано-гравійним привантаженням 0,38 м	0,50
Залізобетонні плити з випусками арматури НПВК 66-44 товщиною 0,08 м	0,40
Монолітний бетон товщиною 0,05 м, укладений комплектом “Жетко”	0,38
Збірне залізобетонне облицювання із плит НПК, поліетиленова плівка товщиною 0,2 мм, шириною 3 м, виконання робіт звичайне, шви цементно-піщані	0,35

На основі проведених досліджень запропоновано комплекс заходів для боротьби з фільтрацією при будівництві та вдосконалення конструкцій каналів після тривалої їх експлуатації.

На постійній мережі зрошувальних каналів (транспортуючі, магістральні і розподільні різного порядку) важливо застосовувати раціональні конструкції облицювання залежно від грунтової основи каналу.

У дисертації розроблено технічні вимоги до інженерної підготовки грунтової основи із різних грунтів при будівництві облицювання каналів. Визначено нормативні величини _опт, W_опт, допустиму вологість грунту, при якій можна досягти _опт для різних типів грунтів: гравійно-галькових з суглинковими і супіщаними заповнювачами, вапняків, суміші вапняків з суглинками, пісків гравійних, крупних, середніх, супісків, суглинків, глин.

Для магістральних і розподільчих каналів першого рівня рекомендується постійний режим заповнення водою. При постійному рівні води в каналі створюється більш сприятливий водно-температурний режим роботи системи “облицювання - грунтова основа” і як наслідок менше руйнується облицювання.

Господарські і внутрішньогосподарські канали заповнюються водою періодично, тому конструкції ПФО повинні враховувати напружено-деформований стан системи “облицювання - грунтова основа”.

У складних грунтових умовах потрібно регулювати водно-тепловий режим грунтової основи за допомогою поліетиленових плівок, які створюють її оптимальний режим.

В дисертації обгрунтовано вибір конструкцій облицювання залежно від грунтів. Раціональні конструкції ПФО залежно від грунтової основи наведено в таблиці 3.

У дисертації розроблено рекомендації по удосконаленню конструкцій каналів зрошувальних систем, що протягом тривалого часу знаходяться в експлуатації.

На тимчасовій мережі каналів у земляному руслі заходи щодо мінімізації фільтраційних втрат рекомендовано проводити в таких напрямках: застосування ресурсозберігаючих засобів подачі і розподілу води замість тимчасових зрошувачів і вивідних борозен в земляному руслі, впровадження раціональних екологічно надійних елементів техніки і технології поливу по борознах.

У перспективі для забезпечення водозбереження і екологічної надійності потрібно повністю відмовитись від тимчасової мережі в земляному руслі (це відноситься як до вивідних борозен, так і до тимчасових зрошувачів при поверхневому поливі, при подачі води до дощувальних машин). Але вже сьогодні в зонах екологічної небезпеки потрібно тимчасові зрошувачі у земляному руслі замінити постійними облицьованими каналами або пересувними чи гнучкими трубопроводами.

Для мінімізації фільтраційних втрат із борозен рекомендовано застосовувати науково обгрунтовано елементи техніки і технологію дискретного поливу, які забезпечують рівномірність зволоження по борозні, не допускаючи непродуктивних фільтраційних втрат, залежно від водно-фізичних властивостей грунтів і глибини розвитку кореневої системи рослин.

При будівництві ПФО на існуючих каналах, які тривалий час експлуатувались в земляному руслі, повинно бути проведено нове ущільнення грунтової основи до _опт по всьому периметру каналу.

Канали, в яких технічний стан системи “облицювання - грунтова основа” зараз незадовільний, підлягають проведенню ремонтних робіт: для збірного залізобетонного облицювання потрібно проводити ін'єкцію цементного розчину; розчину із бентонітових глин в підплитний простір при режимі постійного заповнення каналу водою; в монолітному бетоні потрібно проводити ремонт тріщин. При проведенні ремонтних робіт грунтова основа повинна мати _опт. В зонах підтоплення плити НПК потрібно замінювати монолітним бетоном з полімерною плівкою або без неї залежно від грунтової основи.

Таблиця 3

Раціональні види облицювань залежно від типів грунтів основ

Типи грунтів	Можливі деформації грунтів	Раціональні види облицювань
		НПК без плівки, моноліт-не дно	НПК по плівці, дно -моноліт-ний бетон	Моноліт-ний бетон без плівки	Монолітний бе-тон по плівці
Гравійно-галькові:
Оптимальної щільності d = 1,9-2,1 г/см3	Залежить від виду заповнювача	-	+	+	+++
Недоущільнені d 1,9 г/см3	-	-	+ххх/	+хх/	+++х/
Піски:
Оптим. Щільності d = 1,6 г/см3	Осадка в природних умовах при зволоженні	-	+ххх/	+хх/	++х/
Недоущільнені d 1,6 г/см3	-	-	+ххх/	+хх/	+++х/
Супіски:
Оптим. Щільності d = 1,7-1,75 г/см3	Від середньої до більшої при набуханні, схильність до морозного випинання	-	+хх/	+х/	++х/
Недоущільнені d 1,7 г/см3	Осадка в природних умовах і при зволоженні, середнє набухання	-	+ххх/	+хх/	+++х/
Суглинки легкі:
Оптим. Щільності d = 1,6-1,65 г/см3	Усадка і набухання при зволоженні, деформації середні, схильність до морозного випинання	-	+хх/	+х/	+++х/
Недоущільнені d < 1,6 г/см3	Осадка в природних умовах і при зволоженні, схильність до випинання	-	+ххх/	+хх/	+++х/
Переущільнені d 1,65 г/см3	Набухання і усадка при зволоженні	-	+хх/	++х/	+++
Суглинки важкі:
Оптим. Щільності d = 1,6-1,65 г/см3	Велике набухання і усадка при зволоженні, випинання невелике	-	++	++	++
Недоущільнені d 1,55 г/см3	Осадка в природних умо-вах, при зволоженні, випинання невелике	-	+хх/	++х/	+++
Переущільнені d 1,6 г/см3	Велике набухання і усадка при зволоженні, морозне випинання невелике	+х/	+	+	+
Глини:
Оптим. Щільності d =1,45-1,55 г/см3	Дуже велике набухання, усадки, розтріскування при висиханні	+	++	+	++
Недоущільнені d 1,45 г/см3	Середні деформації набухання, усадки	-	+	+	+++

Примітка: 1) облицювання: +++ - найкращий вид; ++ - допустимий вид; + - можливий вид із вказаними обмеженнями; 2) ххх, хх, х - порівняльна оцінка втрат води (з 1 м² поверхні каналу): відповідно невеликі (до 10 л/до б); середні (10-50 л/доб); великі (> 50 л/доб).

У дисертації наведено ефективність запропонованих заходів по мінімізації фільтраційних втрат із каналів.

У додатках наведено характеристики дослідних ділянок каналів, основні властивості їх грунтової основи, фільтраційні втрати різних конструкцій ПФО на полігоні ЧГ ПКК, впровадження результатів дисертаційної роботи.

Висновки

1. Установлено, що коефіцієнт корисної дії каналів є недостатнім критерієм для оцінки ефективності роботи каналів, оскільки він не враховує вплив фільтраційних втрат на еколого-меліоративний стан зрошуваних земель - в багатьох випадках спостерігається підтоплення земель в зонах розташування каналів з високим коефіцієнтом корисної дії. У зв'язку з цим запропоновано ввести в число показників технічного рівня зрошувальних систем додатковий показник екологічної надійності каналів, який характеризується гранично допустимими величинами фільтраційних втрат, які не спричинюють підняття грунтових вод вище критичного рівня.

2. Визначено, що на величину фільтраційних втрат впливають: наявність облицювання, конструкція облицювання, стадії фільтрації, водно-фізичні властивості грунтової основи, водно-тепловий режим системи “облицювання - грунт”, глибина води в каналі, періодичність роботи каналу, розміри каналу, гідрогеологічні умови. Установлено, що найбільші питомі фільтраційні втрати мають місце в необлицьованих каналах, що працюють в умовах першої стадії фільтрації, періодично заповнюються водою, мають невеликі розміри, тобто в тимчасових зрошувачах, вивідних борознах.

3. Установлено, що визначення фільтраційних втрат води із каналів залежно від водно-фізичних властивостей грунтів: початкової вологості, повної вологоємкості, зв'язаної вологості, пористості, щільності, коефіцієнта дифузії, коефіцієнтів фільтрації і капілярної водопровідності, а також глибини води в каналі, гідрогеологічних умов та конструкції облицювання з необхідною для практики точністю можна здійснювати за аналітичними залежностями, отриманих автором на основі теорії переміщення води в грунтах.

Визначено аналітичні залежності між водопоглинальною здатністю грунту, відстанню між борознами, розмірами контуру зволоження, тривалістю поливу, нормою поливу; раціональний режим подачі води в борозни, що забезпечує кореневу систему сільськогосподарських рослин водою на потрібній глибині і виключає непродуктивні фільтраційні втрати води в глибинні шари грунту, які визначаються водно-фізичними властивостями грунтів і глибиною розвитку кореневої системи рослин.

4. Установлено, що ПФО каналів працюють спільно з їх грунтовою основою, і ПФЕО залежить від водно-фізичних властивостей грунтової основи, в першу чергу, від W_о і _о при будівництві. Під впливом зміни циклів водно-теплового режиму системи “облицювання - грунт” щільність грунтової основи змінюється, що призводить до деформації, тріщиноутворення, руйнування ПФО і зменшення ПФЕО.

В процесі експлуатації каналів в облицюваннях утворюються косі, поперечні і повздовжні тріщини з розкриттям від 0,5 до 10 мм. Останніх найбільша кількість. Монолітне бетоноплівкове облицювання має меншу тріщинуватість, ніж монолітне без плівки. Облицювання із плит НПК мають меншу тріщинуватість, ніж монолітний бетон.

Досліджено, що під впливом набухання нерівномірність деформацій між дном і верхньою частиною укосу в поперечних перерізах каналів півдня України досягає 50 мм, а від морозного випинання - до 60 мм, що спричинює розвиток повздовжніх тріщин в бетонному облицюванні.

5 Установлено, що для запобігання тріщиноутворення в монолітному бетонному облицюванні на укосах каналів вище нормального рівня вод в каналах на висоту капілярного підняття потрібно влаштовувати повздовжні деформаційні шви.

Досліджено, що оптимальними конструкціями облицювання в складних грунтових умовах на набухаючих і випинаючих грунтах є такі, при яких забезпечується: оптимальна щільність і вологість грунтової основи при будівництві; обмеження зволоження грунтової основи в процесі експлуатації при допомозі полімерних плівок; захист від морозного випинання грунту морозозахисними і теплоізоляційними шарами із матеріалів з низькими коефіцієнтами теплопровідності.

6. Розроблено технічні вимоги на будівництво дамб каналів, у тому числі із місцевих грунтів. Установлено, що слабкі вивітрілі вапняки можна застосовувати для будівництва дамб каналів зрошувальних систем. Доведено, що із вапняків можна одержати монолітний насип з низькими коефіцієнтами фільтрації. Для будівництва дамб каналів із слабких вивітрілих вапняків визначено технологічні оптимальні параметри (товщина шару грунту, будівельні вологість і щільність, комплекти механізмів, кількість проходів ущільнюючих механізмів по одному сліду), які забезпечують монолітність дамб із вивітрілих вапняків з _d =1,85-1,92 г/см³ і К_ф=0,01-0,06 м/доб.

7. Визначено величини фільтраційних втрат, К_ф, Е₀, Ф_обл. конструкцій сучасних облицювань. Найменші фільтраційні втрати має монолітне бетоноплівкове облицювання (q = 0,002-0,003 м³/доб з 1 м² поверхні каналу).

Збірне облицювання із плит НПК за сучасної технології будівництва не є ефективним протифільтраційним облицюванням - фільтраційні втрати дорівнюють q = 0,021 м³/доб з 1 м² каналу. Досліджено причини низької протифільтраційної ефективності і запропоновано заходи щодо підвищення ПФЕО цієї конструкції.

8. Запропоновано рекомендації щодо мінімізації фільтраційних втрат із каналів при проектуванні та будівництві і після тривалої експлуатації зрошувальних систем шляхом обгрунтування водоощадливих конструкцій каналів, які забезпечують нормативний коефіцієнт корисної дії і екологічну надійність каналів залежно від різних грунтових умов.

Результати роботи, які включають теоретичні розрахунки фільтрації із каналів, обгрунтування раціональних конструкцій ПФО в складних грунтових і гідрогеологічних умовах, обгрунтування ефективності комплексів “РАХКО”, “АЛЬКОНС”, обгрунтування режиму заповнення каналів, технологію будівництва дамб каналів із місцевих матеріалів, одержані величини фільтраційних втрат і ПФЕО впроваджено при проектуванні, будівництві і експлуатації МК, Р-5, Р-5-1, Р-7, Р-8, Р-8-1, Р-9 КЗС; розподільчих каналів КЗОС, ІІ-ІV черг ПКК, Перекопського каналу загальною довжиною 500 км.

Список основних опублікованих наукових праць за темою дисертації

Брошури

1. Инструкция по применению разнородных выветрелых известняков при строительстве дамб оросительных каналов (для условий Украинской ССР). Киев, Минводхоз УССР. 1986. 39 с.

2. Тимчасові рекомендації по організації поверхневого поливу по борознах на діючих зрошувальних системах з дощувальними машинами. Київ, 1997. 33 с.

Статті у наукових фахових виданнях

1. Беляшевский Н.Н., Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е. Изучение физико-механических свойств грунтов основания оросительных каналов при устройстве противофильтрационных облицовок из монолитного бетона применительно к условиям Каховской оросительной системы // Труды ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Научные исследования по гидротехнике. Л.: Энергия. 1971. С. 237-239.

2. Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е. Исследование фильтрации на опытном участке магистрального канала Каховской оросительной системы // Экспресс-информация ЦБНТИ Минводхоза СССР. М.,1971. Серия 6. Вып. 7. С. 29-31.

3. Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е. Влияние физико-механических свойств оснований из лессовых грунтов нарушенной структуры на состояние и противофильтрационные свойства тонких монолитных бетонных облицовок оросительных каналов // Экспресс-информация ЦБНТИ Минводхоза СССР. М., 1971. Серия 6. Вып. 7. С. 23-27.

4. Чернышевская Л.Е., Бодрик А.Г. Выбор коэффициента диффузии при решении задач о передвижении влаги в ненасыщенных почво-грунтах // Мелиорация и водное хозяйство. 1972. Вып. 23. С. 77-83.

5. Беляшевский Н.Н., Сухоруков П.А.,Чернышевская Л.Е. Изучение фильтрационнных потерь на опытном участке магистрального канала Каховской оросительной системы // Труды ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. Научные исследования по гидротехнике. Л.: Энергия. -1973. С. 465-466.

6. Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е., Топчий С.Л. О возможности строительства дамб оросительных каналов из переработанного выветрелого известняка // Технология и организация строительства гидромелиоративных систем.К.: УкрНИИГиМ.-1973.-С. 105-113.

7. Беляшевский Н.Н., Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е. Результаты натурных исследований неустановившейся фильтрации в условиях подовых грунтов из магистрального канала Каховской оросительной системы // Мелиорация и водное хозяйство. 1974. Вып. 30. С. 62-69.

8. Беляшевский Н.Н, Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е., Пащенко С.В., Старостин С.М. Разработка технических условий на возведение земляных плотин из суглинистых грунтов с включением щебенисто-дресвяных фракций для условий Крыма // Труды ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Научные исследования по гидротехнике. Л.: Энергия. 1974. С. 98-100.

9. Беляшевский Н.Н., Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е., Топчий С.Л. Исследование физико-механических свойств слабых известняков при строительстве дамб оросительных каналов // Труды ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Научные исследования по гидротехнике. Л.: Энергия. 1975. С. 218-220.

10. Чернышевская Л.Е., Зеленый Р.М. Моделирование на БУСЭ-70 неустановившейся фильтрации из распределительного канала // Мелиорация и водное хозяйство.1979. Вып. 46. С. 55-60.

11. Волошкина Е.С., Чернышевская Л.Е. Расчет фильтрационных потерь из облицованных каналов по методу фильтрационных сопротивлений // Мелиорация и водное хозяйство. 1988. Вып. 68. С. 76 -81.

12. Денисов С.М., Чернышевская Л.Е., Ворошнов С.Н., Шевчук Я.В. Исследование противофильтрационной эффективности облицовок, уложенных комплектом “Альконс” // Труды ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова. М. -1989. С. 162-168.

13. Чернышевская Л.Е., Шевчук Я.В, Денисов С.М. Исследование фильтрационных расходов из каналов под ДМ “Кубань”, облицованных сборными железобетонными плитами НПВК // Научные исследования по гидротехнике и мелиорации. К., 1990. С. 14-19.

14. Чернышевская Л.Е., Ворошнов С.Н., Шевчук Я.В., Денисов С.М. Изучение противофильтрационной эффективности облицовок, построенных комплексом “Альконс” // Мелиорация и водное хозяйство. 1991.Вып. 75.С. 57-60.

15. Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е., Шевчук Я.В. Методика полигонных испытаний противофильтрационной эффективности облицовок оросительных каналов // Мелиорация и водное хозяйство. -1991. Вып.74. С. 62-67.

16. Чернишевська Л.Ю., Ворошнов С.М., Шевчук Я.В., Денисов С.М. Дослідження фільтраційних втрат через бетонні облицювання каналів для ЕДМФ “Кубань” // Вісник аграрної науки. 1992. № 9. С. 42-43.

17. Шевчук Я.В., Чернишевська Л.Ю. Методика обробки результатів горизонтальних внутрішньосхилових деформацій // Меліорація і водне господарство.1993.Вип. 79. С. 62-64.

18. Ляшко І.І., Чорний М.Й., Пришляк К.С., Чернишевська Л.Ю. Розв'язування задач вологопереносу поблизу облицьованих каналів // Меліорація і водне господарство. 1994. Вип. 80. С. 74-77.

19. Чернышевская Л.Е. Выбор рациональных видов облицовок в зависимости от грунтового основания // Вісник аграрної науки. 1995. №5. С. 74-87.

20. Чернышевская Л.Е. Оценка действия капиллярных и гравитационных сил на передвижение влаги в ненасыщенных почво-грунтах // Вісник аграрної науки. 1997. № 12. С. 56-59.

21. Чернишевська Л.Ю. Визначення елементів техніки поливу по борознах залежно від водно-фізичних властивостей грунтів // Вісник аграрної науки. 1998. №12. С. 52-57.

22. Чернишевська Л.Ю. Фільтраційні втрати із каналів і заходи щодо їх мінімізації // Водне господарство України. 1999. №1-2. С. 20-25.

23. Чернишевська Л.Ю. Розрахунок фільтрації із зрошувальних каналів // Меліорація і водне господарство. 2001. Вип. 87. С. 178-189.

24. Чернишевська Л.Ю., Ігнатова О.С. Вплив фільтрації із зрошувальних каналів на режим грунтових вод // Вісник аграрної науки. 2001. № 1. С. 63-67.

25. Ворошнов С.М., Чернишевська Л.Ю., Шевчук Я.В. Зрошення картоплі поливом по борознах // Механізація та електрифікація сїльського господарства. 2002.Вип.86. С. 172-175.

26.Чернишевська Л.Ю., Богуславська Р.Л., Міхоноша Т.І. Дослідження впливу глибини води в каналах на фільтраційні втрати в умовах вільної фільтрації // Меліорація і водне господарство. 2002. Вип. 88. С. 172-180.

27. Чернишевська Л.Ю. Щодо реконструкції магістрального каналу Красно-знам'янської зрошувальної системи // Вісник аграрної науки. 2002.№ 6. С. 69-70.

Тези наукових конференцій, проспекти, статті

1. Чернышевская Л.Е. К вопросу об исследовании передвижения влаги при подпочвенном орошении // Материалы Всесоюзной научно-технической конференции молодых специалистов-гидротехников и мелиораторов. Тезисы докладов. М. 1970. С. 21-22.

2. Чернышевская Л.Е. Исследование передвижения влаги при подпочвенном орошении // Тезисы докладов симпозиума молодых ученых сельского хозяйства. М.-Л.1971. С. 77-81.

3. Ворошнов С.Н., Сухоруков П.А., Топчий С.Л., Чернышевская Л.Е. К вопросу о противофильтрационной эффективности бетонопленочных облицовок оросительных каналов // Тезисы докладов третьей научно-производственной конференции по проектированию, строительству и эксплуатации оросительных систем в Поволжье. Волгоград. 1976. С. 237-238.

4. Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е. Противофильтрационная эффективность тонких монолитных бетонных облицовок в условиях лессовидных суглинков. К. 1978. 4 с.

5. Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е., Шевчук Я.В. Выбор типа облицовок оросительных каналов в зависимости от грунтового основания // Республиканская научно-техническая конференция “Повышение эффективности использования мелиорированных земель”. Тезисы докладов. Ровно. 1984. С. 34-37.

6. Сухоруков П.А., Ворошнов С.Н., Чернышевская Л.Е., Шевчук Я.В. Строительство каналов в районах распространения слабых выветрелых известняков. К. 1986. 4 с.

7. Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е., Шевчук Я.В. Исследование противофильтрационной эффективности облицовок разных конструкций // Республиканская научно-техническая конференция “Достижения НТП в мелиорацию и водное хозяйство”. Тезисы докладов. Ровно. 1987. С. 3.

8. Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е., Шевчук Я.В., Ворошнов С.Н. Полигонные испытания противофильтрационной эффективности облицовок оросительных каналов. К. 1988. С. 2-3.

9. Сухоруков П.А., Чернышевская Л.Е., Шевчук Я.В., Ворошнов С.Н. Оценка противофильтрационной эффективности облицовок оросительных каналов. К. 1989. С. 2.

10. Чалий Б.І., Чернишевська Л.Ю., Ацехович Г.Н. Поверхневий полив // Сучасний стан, основні проблеми водних меліорацій та шляхи їх вирішення (за ред. П.Коваленка). К.: ”Аграрна наука”. 2001. С. 69-72.

Анотація

Чернишевська Л.Ю. Створення водоощадливих конструкцій каналів зрошувальних систем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 06.01.02 - сільськогосподарські меліорації (технічні науки). - Інститут гідротехніки і меліорації УААН, Київ, 2002 р.

У дисертації розроблено наукові основи створення водоощадливих конструкцій каналів при проектуванні, будівництві, експлуатації зрошувальних систем в різних грунтових умовах, які забезпечують мінімізацію фільтраційних втрат і впливу на еколого-меліоративний стан масивів зрошення.

Проведено системні дослідження роботи облицювання спільно з їх грунтовими основами в процесі будівництва, експлуатації каналів з різними конструкціями облицювання на зрошувальних системах півдня України і Поволжя.

Визначено фільтраційні втрати, коефіцієнти фільтрації і протифільтраційну ефективність, фільтраційні опори сучасних конструкцій облицювань.

У результаті досліджень розроблено технічні вимоги до підготовки грунтової основи каналів, у тому числі із нетрадиційних для гідротехнічного будівництва грунтів, таких як вивітрілі вапняки.

Розроблено заходи щодо мінімізації фільтраційних втрат із каналів різного порядку при проектуванні та будівництві нових і після довготривалої експлуатації.

Результати дисертаційної роботи впроваджено при проектуванні, будівництві і експлуатації каналів загальною довжиною 500 км на зрошувальних системах України і Росії із значним економічним і екологічним ефектом.

Ключові слова: канали зрошувальних систем, конструкції протифільтраційних облицювань, грунтова основа, система “облицювання - грунт”, деформації, набухання і морозне випинання грунтів, фільтраційні втрати, водно-тепловий режим, технологія будівництва дамб, екологічна надійність каналів.

Аннотация

Чернышевская Л.Е Создание водосберегающих конструкций каналов оросительных систем. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 06.01.02 - сельскохозяйственные мелиорации (технические науки). - Институт гидротехники и мелиорации УААН, Киев, 2002 г.

В диссертации разработаны научные основы создания водосберегающих конструкций каналов при проектировании, строительстве и эксплуатации оросительных систем для различных грунтовых условий, применение которых обеспечивает минимизацию фильтрационных потерь и влияния на эколого-мелиоративное состояние массивов орошения.

На основе теории передвижения влаги в ненасыщенных грунтах получены аналитические зависимости для определения фильтрационных потерь из каналов в зависимости от времени, водно-физических свойств грунтового основания и глубины воды в канале, а также разработаны зависимости для определения элементов техники полива по бороздам (продолжительность полива, расстояние между бороздами, норма полива), обеспечивающих минимальные фильтрационные потери в глубинные слои грунтов.

Проведены системные исследования совместной работы облицовок и их грунтовых оснований при строительстве и в процессе длительной эксплуатации необлицованных и облицованных различными облицовками каналов, проходящих в различных грунтовых условиях, на оросительных системах юга Украины и Поволжья.

На основе исследования процессов фильтрации из каналов, причин деформаций и трещинообразования различных конструкций облицовок в результате изменения водно-теплового режима, их влияния на режим грунтовых вод разработаны методы расчета фильтрации и конструкций облицовок и обоснован выбор рациональных конструкций облицовок, которые обеспечивают экологическую надежность оросительных каналов в зависимости от гидрогеологических и грунтовых условий.

На основании многолетних исследований определены фильтрационные
потери, коэффициенты фильтрации и противофильтрационная эффективность, фильтрационные сопротивления современных конструкций облицовок.

В результате исследований разработаны технические требования к подготовке грунтового основания каналов из нетрадиционных для гидротехнического строительства грунтов, таких как выветрелые известняки.

Разработаны мероприятия по минимизации фильтрационных потерь из каналов различного порядка при новом строительстве и после длительной эксплуатации каналов существующих оросительных систем.

Рациональные конструкции облицовок в сложных грунтовых условиях, методы их расчета, режим подачи воды в каналы, обоснование применения бетоноукладывающих комплексов “РАХКО”, “АЛЬКОНС”, фильтрационные потери и противофильтрационная эффективность различных конструкций облицовок, технология строительства дамб каналов из известняков внедрены при проектировании, строительстве и эксплуатации каналов общей протяженностью 500 км на оросительных каналах Украины и России, что дало значительный экономический и экологический эффект.

Ключевые слова: каналы оросительных систем, конструкции противо-фильтрационных облицовок, грунтовое основание, система “облицовка-грунт”, деформации, набухание и морозное пучение грунтов, фильтрационные потери, водно-тепловой режим, технология строительства дамб, экологическая надежность каналов.

Annotation

Chernyshevska L.Yu. Building reservoir constructions of irrigation systems canals. - Manuscript.

Dissertation for obtaining of scientific degree on the specialty 06.01.02 - agricultural irrigation (technical sciences) - Institute of Hydraulic Engineering and Land Reclamation, Kyiv, 2002.

Foundations for creation of water - saving constructions of canals at designing, construction and maintenance of irrigation systems for different ground conditions are elaborated in this work. Their application ensures ecological reliability of adjoining to the canal lands.

Systemic investigations of “facing-soil” operation during construction and in the process of long-term maintenance of not-faced and faced canals by means of different constructions, located under different ground conditions on irrigation systems of Ukraine and Povolzhje.

Filtration losses, filtration coefficients and anti-filtration activity of modern facing constructions were determined.

As a result of carried out researches we developed technical requirements as to the construction of canals' dams, including from local materials (limestones).

Measures on minimization of filtration losses from different canals at current construction and after long-term maintenance of irrigation systems canals were elaborated.

Rational facing constructions under complex ground conditions, methods of their calculation, regime of water-supply into the canals, technology of canals dams construction on the basis of limestone were implemented at design, construction and maintenance of canals with total length in 500 km on irrigation canals of Ukraine and Russia resulting in considerable economic and ecological effect.

Key words: canals of irrigation system, constructions of anti-filtaring facing, soil foundation, “facing-soil”, deformation, swelling and frosty swelling, filtration losses, water-heat regime, technology of dams construction, ecological safety of canals.

Размещено на Allbest.ru