5.2 Фильтрация воды, борьба с зарастанием и заилением в каналах

В первые годы эксплуатации каналов обычно наблюдаются повышенные потери воды в результате фильтрации. В соответ­ствии со СНиП 2.06.03—85 при установившейся свободной филь­трации из каналов в земляном русле ее расход (м³/с) определя­ют по следующим зависимостям:

при полигональной и параболической форме поперечного се­чения

где k_f — коэффициент фильтрации, м/сут; В и d_c — ширина канала по урезу воды и глубина потока, м; L_c — длина участка канала, км; b — ширина ка­нала по дну, м; µ и А — коэффициенты (табл. 5.2).

Наблюдения показали, что фильтрационные потери из круп­ных каналов (30... 100 м³/с и более), проходящих в грунтах со средней водопроницаемостью, составляют 0,2...0,5% расхода на 1км его длины, а из небольших каналов (1 ...30 м³/с) — 3...4%

Существуют также другие зависимости, приведенные в спра­вочнике [47], СНиП 2.06.03—85. Однако со временем происходит кольматация откосов и дна канала в результате вмывания взве­шенных мелких частиц в поры грунта под воздействием филь­трационного потока. Фильтрацию уменьшает также слой отло­жившихся наносов на поверхности русла канала.

Коэффициент фильтрации песчаных грунтов за счет кольматации иногда можно снизить в 500 раз. По данным В. С. Хачикянца (САНИИРИ), кольматация грунтов происходит успешно при соблюдении следующих трех условий:

где d_c,κ и ω— диаметр и гидравлическая крупность кольматирующих ча­стиц; D₀ — диаметр пор грунта; v_t — скорость фильтрации; р — концентра­ция суспензии; п — пористость грунта.

Для наблюдения за фильтрацией из каналов и просадками грунта в каждом характерном створе устраивают по 3...5 пьезо­метров и устанавливают марки (рис. 5.1). Наиболее характерны­ми для размещения КИА являются участки канала, проходящие в полувыемке-полунасыпи, в насыпи или в водонеустойчивых грунтах я т. п. С целью определения потерь на фильтрацию и испарение методами гидрометрии расстояние между створами измерений в однородных грунтах принимают в зависимости от расходов воды в канале [52]:

При появлении существенной фильтрации (особенно в пуско­вой период, когда возникают значительные просадки, трещины) САНИИРИ рекомендует проводить местное уплотнение грунтов ложа канала методом подводных взрывов (по методу X. А. Ас­карова). При этом сильно уплотняются грунты ложа, значитель­но снижается фильтрация и увеличивается их прочность.

В условиях эксплуатации каналов возникает проблема борь­бы с зарастанием растительностью (рдест гребенчатый, уруть

Рис. 5.1. Схема размещения пьезометров и марок на канале:

1— пьезометры: 2 — марки. Размеры в м

колосистая, тростник, камыш, рогоз и др.). При зарастании рез­ко увеличивается шероховатость (в 2...3 раза и более), что зна­чительно уменьшает пропускную способность канала. Помимо этого, в нем снижаются скорости, что вызывает интенсивное заиление. Плотность тростника на Джизакском магистральном канале, по данным САНИИРИ, за 7 лет эксплуатации достигла 300 растений на 1 м² при коэффициенте застройки (отношение площади живого сечения береговой полосы, занимаемой трост­ником, к общему живому сечению), равном 0,4...0,6. В случае, если канал строится несколько лет и уровень грунтовых вод на­ходится поблизости к дну канала, то к пуску его в эксплуата­цию ложе канала может сильно зарасти, как это имело место на Тюямуюнском магистральном канале.

На процесс зарастания влияют такие факторы, как глубина,, прозрачность, химический состав воды, структура и органический состав донных отложений, колебания уровня воды, температура воды, ее скорость и др. Чем больше глубина потока, тем меньше растительности, а при глубинах свыше 6...7 м ее практически нет. В прозрачной воде создаются условия для появления рас­тительности, такой как кувшинка, кубышка, рдест, уруть, про­растающей на глубинах 3...4 м, тростник (до 3 м). Увеличение соли в воде приводит к исчезновению плавающих растений. Однако тростник и рдест достаточно устойчивы к солености во­ды. Илистые отложения покрываются растительностью в про­зрачной воде. Для уменьшения зарастания желательно, чтобы мутность воды была более 0,1 кг/м³. В гравийно-галечниковых и песчаных отложениях растительность бывает реже. Колебания уровней воды благоприятствуют появлению растительности.. В теплой воде с небольшими скоростями имеются хорошие усло­вия для прорастания растительности и цветения воды, поэтому в каналах и реках с большими скоростями и легкоподвижным грунтом растительность появляется в заводях. Следует отме­тить, что в каналах растительность обычно не превышает 10…20 видов, несмотря на имеющуюся широкую гамму растений, про­растающих в водоемах. Это объясняется наличием течения воды и мутности потока.

Вместе с тем известно, что незначительное зарастание кана­лов, пока оно не вызывает существенного гидравлического со­противления, полезно, так как корневая система растительности защищает откосы от разрушения, растительность очищает воду от нефтепродуктов, от бактериального загрязнения, не допуска­ет цветения и т. д. Поэтому важно систематически поддержи­вать в канале незначительное обрастание. Чтобы предупредить недопустимое обрастание каналов, рекомендуется делать сле­дующее. Их затеняют древесной растительностью, например пла­кучей ивой, пирамидальным тополем и др. Откосы каналов окашивают специальными машинами. Такая косилка разработа­на в МГМИ. Гербициды для этих целей используют редко из-за вредного воздействия химических соединений на животный мири невозможности применения воды в питьевых целях. На крупных каналах (Каракумский) для борьбы с водной растительностью разводят травоядных рыб — белого амура, толстолобика и др. На трассах каналов своевременно устраняют мелководье, заво­ди. В зонах песчаных бурь каналы защищают от поступления в них эоловых песков путем устройства лесозащитных полос, пес­коукрепительных работ и др.

Для борьбы с заилением каналов используют различные спо­собы. Один из основных — оптимальное поддержание расчетного режима движения воды в канале, обеспечивающего неразмыва­ющие и незаиляющие скорости потока. Однако на практике реа­лизовать это условие не всегда удается. Для того чтобы обес­печить нормальный наносный режим в магистральном канале, используют отстойники для аккумуляции в них наносов или участки каналов, заменяющие их и подлежащие периодической очистке гидромеханическими средствами. При этом соблюдают первоначальную форму канала с точностью ±0,1...0,2 м. При наличии сбросных сооружений с низким порогом возможна пе­риодическая очистка канала путем смыва наносов при повышен­ных скоростях в результате снижения уровней воды в нем и пропуска повышенных расходов. Гидравлическую очистку (про­мывку) от наносов лучше проводить в облицованных каналах, а механическую (с помощью землесосов) — на каналах в земля­ном русле. В отдельных случаях, если канал можно периодиче­ски осушать, для очистки его от наносов используют землерой­ные машины: бульдозеры, грейдеры, экскаваторы. В Средней Азии для осаждения наносов достаточно широко применяют озеровидные отстойники. Для этой цели выбирают естественные понижения, которые после их заиления отключают от водотока, осушают и применяют для сельскохозяйственного использования, а заилению подвергаются другие пониженные участки местности.

Важным средством борьбы с наносами является также свое­временная очистка нагорных канав, ловчих каналов, поддержа­ние в рабочем состоянии селезащитных и селепропускных соору­жений, насаждение лесозащитных полос вдоль каналов и др.