Дослідження впливу водоупору на сумісну роботу глибоких та мілких дрен дренажного модуля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження впливу водоупору на сумісну роботу глибоких та мілких дрен дренажного модуля

При глибокому заляганні водоупору, коли має місце співвідношення E/d<3, дрени дренажного модуля практично не впливають на стік одна одної [4]. Це спричинене тим, що горизонтальний рух води, який відбувається в межах простору між дном дрени та поверхнею водоупору, дуже слабко проявляється на характері формування стоку через мілку чи глибоку дрени дренажного модуля.

Проте при неглибокому заляганні водотривкої поверхні простір для горизонтального переміщення потоків ґрунтової води нижче рівня закладання дрен значно менший, ніж у випадку глибокого залягання водотриву.

В цьому випадку розрахунок параметрів дренажного модуля необхідно виконувати з урахуванням того, що глибока дрена в певні проміжки часу суттєво впливає на стік мілкої дрени.

В умовах ґрунтового живлення, коли дренажний стік формується лише за рахунок ґрунтової води (інфільтрація води від поверхні відсутня), гідродинамічна сітка показує, що до глибокої дрени надходить дещо більша кількість води, ніж до мілкої [1]. Окрім цього, тривалість надходження води до глибоких дрен дещо довша, ніж до мілких.

В той же час, дані натурних досліджень показують, що в певні проміжки часу періоду вегетації після випадання опадів значної інтенсивності, стік через мілку дрену інтенсивно наростає, досягає величини стоку через глибоку дрену, а потім може навіть перевищувати цей стік.

Такі дані спостережень були отримані на дослідній ділянці, побудованій на суглинистих ґрунтах.

Щоб пояснити таке перевищення стоку мілкої дрени над стоком глибокої, необхідно проаналізувати область фільтрації глибоких дрен та формування області фільтрації мілкої дрени.

З теорії Ведернікова випливає, що будь-який стік через дрену, розташовану у товщі ґрунту, можливий лише тоді, коли вода до її порожнини надходить не за рахунок вертикального переміщення під дією сили тяжіння, а за рахунок горизонтального переміщення фільтраційного потоку.

Інакше кажучи, надходження води до дрени можливе тоді, коли навколо неї товща ґрунту повністю насичена водою, і за рахунок створення за межами дрени тиску, що більший за тиск у дрені (дрена порожня), до дрени починає надходити вода. Отже, необхідною умовою появи дренажного стоку є наявність фільтраційного напору на дрену.

Дані лабораторних досліджень роботи дренажного модуля в підрусловому режимі [4, 5] показують, що не зважаючи на характер і особливості формування дренажного стоку в таких умовах, при близькому заляганні водоупору (дно лабораторного лотка) стік через глибоку дрену суттєво відрізняється від стоку через мілку дрену.

Рис. 1. Графік розподілу стоку між мілкою та глибокою дренами

Відомо, що підрусловий режим створює умови усталеного режиму роботи дрен, а також створює плоску поверхню ґрунтового потоку, що значно спрощує аналіз процесів фільтрації. При цьому, у випадку традиційного дренажу, горизонтальна складова вектора швидкості фільтраційного потоку мінімальна. У випадку дренажного модуля те ж саме спостерігається лише вище рівня дна мілкої дрени, а у нижній частині профілю лотка горизонтальна складова вектора швидкості фільтраційного потоку максимальна, і спрямована у бік глибокої дрени.

На основі дослідних даних зрозуміло, що різниця стоку мілкої та глибокої дрен зумовлена різницею у глибині закладання цих дрен та положенням дна лотка відносно дна дрен (рис. 2).

Рис. 2. Схема розташування дрен у лотку

Виходячи із специфіки проведених дослідів (положення глибокої дрени постійне у всіх випадках, а положення мілкої дрени - змінне) можемо стверджувати, що положення водоупору не впливає на стік глибокої дрени, але впливає у бік зменшення на стік мілкої дрени під час роботи дренажного модуля.

Рис. 3. Залежність стоку дрен від розташування над водоупором

При цьому слід зауважити, що протягом усіх дослідів стік глибокої дрени варіювався у невеликих межах, з тенденцією до деякого зростання при збільшенні величини перепаду між дренами Дt (рис. 2).

В польових умовах спостерігається дещо інша ситуація. Робота дренажного модуля відбувається в умовах ґрунтового живлення або інфільтрації, положення водоупору значно глибше, а через це важче відслідкувати ступінь впливу водоупору на стік дрен та взаємний вплив дрен дренажного модуля однієї на другу. Робота дрен відбувається наступним чином.

Мілка дрена дренажного модуля під час посушливого періоду виключається з роботи, і її придренна область не є водонасиченою. В той же час водонасиченою залишається придренна область глибоких дрен, спостерігається чітка область фільтрації з ґрунтовим живленням, і через глибокі дрени відмічається незначний (значно менший) стік, ніж у періоди, коли є стік через мілку дрену.

Робота глибоких дрен описується у цей період законами, характерними для традиційного дренажу (формули С.Ф. Авер'янова, О.І. Івицького, А.І. Мурашка, О.Я. Олійника та інших).

Простежимо за дренажним стоком з традиційних дрен та дренажного модуля. При цьому використаємо формули С.Ф. Авер'янова [2] для визначення витрати через традиційний дренаж, та О.Я. Олійника [1] для визначення стоку глибоких та мілких дрен дренажного модуля.

Рис.4. Порівняння стоку традиційної дрени, глибокої та мілкої дрен модуля

На рис.4 можна спостерігати, що стік з традиційної дрени, при аналогічних умовах роботи, близький до стоку через глибоку дрену. В той же час стік через мілку дрену, зі зміною напору на міждренні, відбувається по закономірності, аналогічній для глибокої дрени, зі зміщенням по осі ординат на постійну величину. Очевидно, ця стала величина є певним чином залежною від глибини закладання дрен або перепаду між дренами, а відповідно, і від розташування цих дрен над водоупором.

Нами був проведений ряд натурних досліджень для дренажних модулів з різним перепадом між дренами. Порівняння стоку мілкої та глибокої дрен при їх різному розташуванні над водоупором наведене на рис. 5.

Рис. 5. Залежність стоку дрен від розташування над водоупором

Аналіз графіків на рис. 5 дає можливість зрозуміти, наскільки змінною є регулююча дія дренажного модуля в залежності від перепаду між дренами та розташування над водоупором.

Вихідне положення графіків відповідає варіанту розташування мілкої дрени на висоті 4,0 м над водоупором, та на 0,2 м вище глибокої дрени. На долю глибокої дрени припадає в цей час 58,6% сумарного стоку дренажного модуля, а на долю мілкої дрени - 41,4%. Розподіл стоку між традиційними дренами, які закладені на такій же глибині, як і глибока дрена, складає 50% на 50%.

Якщо стік глибокої дрени, на основі викладеного вище, прирівняти до стоку традиційної дрени, то стік мілкої дрени складе лише близько 30% стоку традиційної.

При збільшенні перепаду між дренами одного модуля, різниця стоку між ними зростає. При цьому, якщо на глибоку дрену дивитись як на традиційну, стає зрозумілою значна акумулююча здатність дренажного модуля. За рахунок сповільнення відведення ґрунтових вод у післяпосівний період з'являється можливість знизити до нуля втрати врожаю від посух, які часто в травні-червні мають місце в гумідній зоні.

На основі викладеного можна зробити наступні висновки:

- стік з глибокої дрени дренажного модуля при будь-якій зміні положення рівня ґрунтових вод близький до стоку з традиційної дрени;

- коефіцієнт пропорційності між збільшенням дренажного стоку дренажного модуля на фоні збільшення напору на міждренні ідентичний для обох дрен, але явно залежить від різниці у глибині закладання дрен;

- об'єм стоку через дренажний модуль значно менший, аніж через пару традиційних дрен. При збільшенні перепаду між дренами спостерігається інтенсивніше сповільнення дренажного стоку;

- зі збільшенням напору на міждренні інтенсивність впливу глибокої дрени на область фільтрації знижується, причому ця інтенсивність змінюється по криволінійному закону;

- при нульовому напорі на мілку дрену теоретично з неї все ще повинен спостерігатися дренажний стік, а практично вже при напорі на дрену 0,1 м стік з неї припиняється;

- з різниці між кутами нахилу характеристик стоку глибоких та традиційних дрен можна сказати, що вона виникла або за рахунок припущень, прийнятих при розв'язку крайової задачі для цих методик, або коефіцієнт фільтрації є не єдиним сталим впливовим коефіцієнтом;

- збільшення стоку глибокої дрени порівняно зі стоком мілкої є відносне, оскільки стік глибокої дрени близький до стоку традиційної протягом всього періоду роботи мілкої дрени, а стік мілкої дрени знижується за рахунок гідродинамічних процесів нижче рівня залягання мілкої дрени;

- перехоплення фільтраційного потоку мілкої дрени глибокою здійснюється за рахунок неглибокого залягання водоупору. При глибокому заляганні водоупору цей вплив нівелюється і наближається до нуля при будь-яких значеннях перепаду між дренами;

- при розгляді питання регулюючої дії дренажного модуля та при проектуванні реконструкції чи будівництва дренажно-модульних систем слід обов'язково враховувати сумісний вплив дрен для усунення недоліків, властивих для систем з традиційним дренажем.

Література

дренажний водоупор глибина сток

1. Олейник А.Я. Геогидродинамика дренажа. - К.: Наукова думка, 1981.

2. Ивицкий А.И. Основы проектирования и расчетов осушительных и осушительно-увлажнительных систем. - Мн.: Наука и техника, 1988.

3. Ткачук Н.Н., Янчук Д.В., Юдин Ю.И. Разноглубокий регулирующий дренаж. // Информационный сборник ЦБНТИ Минводстроя СССР. Выпуск 8. - М.: 1990. - С. 15-19. 4. Ткачук М.М. Наукові основи дренажно-модульних систем в гумідній зоні. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук. 2004.

5. Ткачук М. М., Яковець П. П. Розрахунок відстаней між дренами з використанням елементів водного балансу при регулюванні рівня ґрунтових вод дренажними модулями // Вісник РДТУ. вип. 3. - 2000. - С. 99-103.

Размещено на Allbest.ru