Влияние естественной и искусственной кольматации на фильтрацию воды из новых и длительно действующих каналов, проложенных в галечниковом аллювии
В 1952 г. в Хакасии методом «заливаемых площадей» была определена фильтрация двух в различной степени заиленных участков картового оросителя Уйской оросительной системы. Каналы этой системы, находящиеся в эксплуатации более 15 лет, заглублены в толщу аллювиального галечника.
Скорость фильтрации в конце шестого часа на дне каналов была равна 0,11 и 1,00 м/сутки. Скорость фильтрации в слое незаиленного галечника, определенная этим же методом в 20 м от оросителя на глубине, соответствующей вертикальной отметке дна канала, была равна 13,7 м/сут.Результаты этого качественного определения позволили высказать предположение о том, что длительная аккумуляция незначительного наилка, содержащегося в воде местных источников, может вызвать снижение фильтрации из каналов, проложенных в галечнике, до уровня фильтрации суглинистых грунтов.
Это предположение получило в дальнейшем экспериментальное подтверждение при исследованиях в Туве (1953—1956) потерь воды на фильтрацию из действующих каналов [Зайдельман, 1957].
Установлено, что высокая фильтрация в начальный период из вновь проложенного в галечниковом грунте канала снижается спустя 10 суток почти в пять раз (табл. 12.11).
В первые сутки после наполнения фильтрация из этого канала составляла 12 м/сут, а спустя 10 дней — 2,5 м/сут. Наиболее резкое уменьшение фильтрации отмечалось в начальный период наблюдений (1-е сутки — 12 м/сут, 2-е — 3,4 м/сут). Однако в дальнейшем скорость фильтрации приобретает стабильный характер (6-е сутки — 2,9 м/сут, 10-е — 2,5 м/сут).
В 1955 г. наблюдения за фильтрацией воды из канала, находящегося в условиях естественной кольматации, были продолжены. Полученные результаты позволяют признать постепенный характер снижения фильтрации в этом случае. На второй год эксплуатации после двух месяцев непрерывной подачи воды в канал фильтрация оставалась равной 1,8 м/сут.
Таким образом, на первых этапах эксплуатации фильтрация из каналов в валунно-галечниковом аллювии остается весьма значительной.
В процессе длительной эксплуатации благодаря естественной кольматации, несмотря на малую мутность потока, фильтрация из каналов в валунно-галечниковом грунте настолько снижается, что оказывается равной или меньшей фильтрации из каналов, проложенных в суглинке. Например, после 10-летней эксплуатации канал в галечнике имел фильтрацию 0,11, а в суглинке — 0,14 м/сут. Об этом свидетельствуют и исследования каналов Аянгатинской степи (Тува), действующих в течение трех лет. В этой степи каналы, проложенные в суглинистых грунтах, имели фильтрацию 0,37, а в галечниковых отложениях — 0,36 м/сут.
В наших исследованиях наблюдения за эффективностью искусственной кольматации проводились на новых каналах, проложенных по всему периметру в галечниковой толще (рис. 12.11). Кольматация осуществлялась подачей в канал суспензии, приготовленной замешиванием суглинка (частиц менее 0,01 мм — 35-40%). Плотность взвеси в кольматируемом отрезке канала составляла не более 0,5—1,5 г/л. Кольматация производилась в текущей воде.
В общей сложности пуск суспензии продолжался менее 8 часов. Для ускорения осаждения тонких фракций суспензии проводилось поперечное перегораживание кольматируемого отрезка канала фашинами толщиной 35- 45 см, которые устанавливались на расстоянии 10-20 м друг от друга при уклонах дна канала 0,01—0,005. Фашины способствовали снижению скорости потока и повышению интенсивности кольматации.
Полученные данные (табл. 12.12), отражающие изменение фильтрации из нового канала, проложенного в валунно-галечниковом аллювии, показывают, что в первый период после наполнения водопроницаемость канала равнялась 16 м/сут. В последующие сутки водопроницаемость снизилась в 4 раза (23/IX — 16 м/сут, 24/IX — 4,35 м/сут). Дальнейшее наблюдение в течение трех суток показало четко выраженную относительную стабилизацию
Таблица 12.11
| Срок | Грунтовые условия | Фильтрация, м/сутки | ||||||||||
| 10 лет | Легкий — средний суглинок (частиц менее 0,01 мм 20-32%) | 0,14 | ||||||||||
| 10 лет | Валунно-галечниковый аллювий (частиц менее 0,01 мм в мелкоземистом наполнителе грунта 3-4%) | 0,11 | ||||||||||
| Новый канал, проложен в 1954 г. | Валунно-галечниковый аллювий (частиц менее 0,01 мм в мелкоземистом наполнителе грунта 3-4%) | Дата наблю- дения | 1954 г. | 1955 г. | ||||||||
| сентябрь | июнь | август | ||||||||||
| 19 | 20 | 22 | 24 | 27 | 28 | 12 | 6 | 10 | 29 | |||
| Фильтрация, мм/сут | 12,0 | 3,4 | 3,2 | 2,9 | 2,6 | 2,5 | 2,3 | 2,1 | 1,9 | 1,8 | ||
Таблица 12.12
| Период наблюдения | Фильтрация из канала до кольматации | Изменение фильтрации в процессе кольматации (канал террасирован фашинами) | Фильтрация после кольматации (фашины удалены из канала) | |||||||||||
| Дата | 23/IX 1954 г. | 24/IX 1954 г. | 26/IX 1954 г. | 26/IX 1954 г. | 27/IX 1954 г. | 28/IX 1954 г. | 10/VIII 1955 г. | 29/VIII 1955 г. | ||||||
| Часы | 15.00 | 19.00 | 19.00 | 13.00 | 13.30 | 14.00 | 14.45 | 18.00 | 11.45 | 13.50 | 15.20 | 18.00 | 18.00 | 18.00 |
| Фильтрация, см/сут | 16,00 | 7,10 | 4,35 | 4,35 | 3,63 | 2,75 | 2,16 | 1,30 | 1,32 | 0,74 | 0,53 | 0,51 | 0,46 | 0,46 |
Фильтрация из длительно действующих и нового каналов, проложенных в валунно-галечниковом и суглинистом грунтах. Сут-Хольская степь, Тува, 1954-1955 гг.
Изменение фильтрации из нового канала, проложенного в валунно-галечниковом грунте, в процессе искусственной кольматации
Рис. 12.11. Наполнение водой нового канала, выполненного в валунно-галечниковом аллювии. Сут-Хольская степь,
Тува
водопроницаемости (26/IX — 4,35 м/сут). 26/IX 1954 г. в 13 ч 15 мин. в канал была подана суспензия. Это привело через 4,5 часа к снижению фильтрации в 3,5 раза по сравнению с периодом, предшествующим кольматации. Кольматация в течение 3,5 часа в последующие сутки вызвала снижение фильтрации в 8 раз (4,35 м/сут до кольматации, 0,51 м/сут после кольматации).
Галечниковые отдельности, между которыми внедряется основная масса взвешенных частиц (рис. 12.12), не только надежно защищают образовавшийся слабоводопроницаемый экран от размыва при меняющихся гидродинамических условиях, но и повышают устойчивость этого экрана к температурным воздействиям.
При завершении пуска суспензии в кольматируемый канал фильтрация в последнем составила 0,53 м/сут (27/IX 1954 г. 15 ч 20 мин.). Извлечение фашин из канала (28/IX 1954 г.) вызвало увеличение скорости водного потока в среднем в два раза — с 0,29 до 0,56 м/с, однако это не сопровождалось увеличением фильтрации (0,51 м/сут, 28/IX 1954 г.).
Рис. 12.12. Дно длительно действующего канала, выполненного в валунно-галечниковом аллювии. Значительные скорости потока не допускают заиления дна. Снижение фильтрации обусловлено вмыванием незначительного количества естественной взвеси в поры грунта. Сут-Хольская степь, Тува
Наблюдения за фильтрацией из этого канала были продолжены в 1955 г. Несмотря на резкие температурные колебания и значительные скорости потока, фильтрация воды из канала в 1955 г. оказалась несколько меньшей (0,46 м/сут.), чем фильтрация после завершения искусственной кольматации в 1954 г.
Это объясняется кольматационным эффектом взвеси, содержащейся в транспортируемой по каналу воде. Кольматация резко изменила гранулометрический состав мелкозема, заполняющего межгалечниковые промежутки. Если до кольматации мелкозем верхнего слоя мощностью 8— 10 см был представлен песком (частиц < 0,01 мм — 2—3%), то после кольматации — легким суглинком (частиц < 0,01 мм — 25%). В нижележащих слоях состав мелкозема почти не изменился.Внедрение пылеватых и иловатых фракций в поры галечникового грунта, происходящее при естественной или искусственной кольматации, приводит к резкому снижению пористости тонкого верхнего слоя галечника, играющего в дальнейшем роль слабоводопроницаемого экрана.
Эффект заиления сказывается главным образом на верхнем 8— 10-санти- метровом слое и лишь в незначительной мере — на более глубоких горизонтах грунта.
Кольматация вызывает значительное уплотнение верхнего горизонта галечникового грунта и уменьшает его общую пористость в тонком 8-10-сантиметровом слое более чем в два раза. Это и является причиной резкого снижения фильтрации.
12.3.2.4.