Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эксплуатационный режим управления уровнями воды в проводящей сети польдерных систем

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Эксплуатационный режим управления уровнями воды в проводящей сети польдерных систем"

ср АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

:ий НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСЬ МЕЛИОРАЦИИ И ЛУГОВОДСТВА

СУ) БЕЛОРУССКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

пг: со

, удк 631.62:551.491

БОХОНКО ВАЛЕРИЙ ИВАНОВИЧ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РЕЖИМ УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЯМИ ВОДЫ В ПРОВОДЯЩЕЙ СЕТИ ПОЛЬДЕРНЫХ СИСТЕМ

06.01.02. - сельскохозяйственная мелиорация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск -1998

Работа выполнена в Белорусском научно-исследовательском институте мелиорации и луговодства

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент А.П.Русецкий

Официальные оппоненты:

1. Доктор технических наук, профессор Э.И.Михневич

2. Кандидат технических наук, ст.н.сотр. Ф.В.Саплюкоз

Ведущее предприятие - институт Полесьегипроводхоз

Защита диссертации состоится "__1998 г.

на заседании совета 05.05.01 по защите диссертации в Белорусском НИИ мелиорации и луговодства (220040, г.Минск, ул. М.Богдановича, 153)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан " 3 " 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Н.К.Вахонин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Мелиорация земель имеет важное значение в решении продовольственной проблема в Республике Беларусь. Правильная эксплуатация мелиоративных систем позволяет в хозяйствах ежегодно получать стабильно высокие урожаи сельскохозяйственных культур.

К наиболее технически совершенным мелиоративным системам относятся польдеры с механическим водоотводом. В настоящее время польдеры в РБ занимают плошадь 286 тысяч гектаров. Возможность сброса избыточных вод в любой момент времени позволяет осуществлять оперативное управление водным режимом почвы,создавать наиболее благо -приятные условия для роста и развития растений.Использование этой возможности в полном объеме является залогом успешного ведения сельскохозяйственного производства на землях,мелиорированных поль-дерннм способом. Процесс осушения на этих землях.осуществляется через снижение уровней воды в проводящей сети каналов путем откачки некоторых объемов насосными станциями.Применение для этого существующего метода нормированной откачки не учитывает характера стока воды и его распределения по каналам, нелинейность динамики уровней, не позволяет ускорить инфильтрацию поверхностных вод с замкнутых понижений в экстремально многоводные периоды, в ряде случаев не обеспечивает требуемый водный режим.

Устранение перечисленных недостатков в существующей технологии откачки воды на основании экспериментальных натурных и теоретических исследований имеет важное значение для создания оптимального водно-воздушного режима на сельскохозяйственных угодьях.

Ддль диссертационной работы - исследование влияния различных технологий откачек на динамику уровней в проводящей сети и разработка рекомендаций по эксплуатационному режиму работы насосных станций, обеспечивающего требуемое осушительное воздействие на мелиорируемой территории, включая экстремально многоводные периоды .

Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследований:

- изучить динамику уровней и расходов воды в проводящих каналах при различных технологических режимах откачек;

- разработать научно обоснованный режим откачки, учитывающий

характер динамики уровней и расходов воды в проводящей сети;

- разработать способ расчета инфильтрации поверхностных вод о замкнутых понижений в открытые каналы и дать рекомендации по корректировке режима откачки в экстремально многоводные периоды;

- изучить природоохранное значение прудов на водооборотных поиьдарных системах и дать предложения по учету особенностей откачки при их заполнении.

Научная новизна работы заключается в разработке технологии откачки воды с польдерных систем, в основа которой использован требуемый средневзвешенный уровень в проводящей сети по отношению к уровням грунтовых вод. Разработана методика и даны фориулы расчета горизонтов откачки по средневзвешенному уровню воды в устье магистрального канала. Раскрыты причины различного влияния отка -чек насосной станции на уровенный режим в проводящей сети и даны рекомендации по количественному определению зоны этого влияния. Раяработана методика и даны уравнения расчета распределения расходов по длине магистрального канала при откачке для построения средневзвешенного профиля.

Получены теоретические формулы расчета инфильтрации поверх -носгных вод с замкнутых понижений в прилегающие открытые каналы, разработаны методика расчета поверхностного стока и рекомендации по корректировке горизонтов откачки для отвода поверхностных вод за требуемые сроки.

Изучено природоохранное значение больших и малых прудов на поидерных системах. Установлено, что малые пруды не оказывают влияния на концентрацию химических веществ поступающего стока о сельскохозяйственных полей и могут служить только в качестве отстойников взвешенных наносов. В крупных прудах происходит снижение концентрации химических веществ и они обеспечивают уменьшение загрязнения водоприемников. Наибольшая концентрация загряз -няющих водоприемники химических веществ наблюдается в весеннем стоке, поэтому заполнение прудов рекомендуется производить весенним стоком, а прямой сброс воды с сельскохозяйственных угодий -преимущественно в летний период.

Практическая и экономическая значимость результатов исспепо-ШШД-

Внедрение результатов исследований в практику эксплуатации повторных систем повысит надежность регулирования водного режи-

ма, снизит потери урожайности сельскохозяйственных культур, вызванный отклонением уровней от оптимальных, обеспечит экономию электричоскоЯ эноргии на откачку избыточных вон.

Результаты исследований использованы в 1995-1997 годах на польцврных системах в совхозе им.Поливко и в колхоза "Октябрь" Ивановского, в колхозе "Россия" и на э/б Полесской опытно-мелиоративной станции Лунинецкого, объекте "Шное" Пинского районов.

В результате исследований подготовлены "Методические рекомендации по применение технологии откачек воды с польдерных сястен по "средневзвешенным" горизонтам" / Пинск,1997 /.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований влияний на динамику уровней и расходоа в проводящей сети откачок воды насосными станциями польдерных систем;

- новая технология откачек воды с польдеров по средневзвешенным горизонтам;

- влияние откачек воды с польдеров на оперативную и общую зоны а критерии их оценки;

- управление и методика расчета режима откачек, учитывающие нелинейный характер динамики уровней;

- методика расчета объема поверхностного стока, скапливикцегося в замкнутых понижениях после выпадения ливневых осадков;

- теоретические зависимости для расчета подпертой фильтрации воды

с замкнутых понижений н методика определения требуемых горизонтов в каналах для отвода поверхностных вод в заданные сроки;

- исследования влияния наливных прудов различных емкостей на синжч-ние концентрации химических веществ в поданых в них водах и рекомендации по назначению их параметров и режиму заполненш\отввчао-щих природоохранным целям;

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и получили положительную оценку на научно-производственной конференции,посвященной 25-дотнему юбилею Полесского отдела поймэного луговодства /г.Пннск,1996г./, Международной конференции г.Сврнн (4-6 ноября 1997 г.). Апробирование технологии регулирования водного режима по "средневзвешенным" горизонтам осуществлено на объекте "Южный" Пинского района и получило положительную оценку Пинского предприятия мелиоративных систем.-

Публикация. Основные положения диссертации и практические рекомендации опубликованы в Ь работах.

Q0v)M . и структура работы. Диссертационная работа состоит из ввадения, евин гпав, выводов и предложений производству,списка «а^йрагуры ( 81 наименование) и приловений, Основное содержа -BBS работы вэлоаено на ЛН2 стр. машинописного текста, иллю -отрированного 33 рисунками и таблицами. Полный объем

работы -17S страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОЩ

В главе I "Состояние изученности вопроса" выполнен обзор работ, посвяшенных изучению причин снижения потенциальных возможностей мелиоративных систем, а также технологий регулирования водного режима, компенсирующих ухудшение осушительного действия сети на полвдерах с машинным водоотводом.

Основными причинами ухудшения осушительного действия систем яввяются повышение отметок дна проводящей сети за счет заиления а понивение поверхности почвы на торфяниках из-за уплотнения и минерализации их.

По исслепованияы Зубца В.М., Печкурова А.Ф., Юлкаускаса Ю.А., Филатова В.А. и др. установлено, что в первые I...2 года после строительства заиление каналов доходит до 30...35 см, в послепуз>-щем процесс повышения дна затухает и в среднем составляет 2...5 си в год. Одновременно с егим происходит так называемая сработ-ка торфяных почв, занимающих около 50% территории польдеров в Беаорусском Полесье. Процесс срабогки зависит ог различных факторов и протекает на площади мелиорированной юрритории неравно -мерно, создавая на поверхности яочвы локбшш и замкнутые пониже -ii-я. По данным ."йоропанова С.Г., Цурашко А.И., Маслова Б.С., Ми -иавва И.В., Барсукова А.И., Брезгунова B.C., Окулика Н.В. н др., сниаение отметок поверхности почвы в среднем составляет I...2 см, а убыль органического вещества 4,5...5,0 т/га в год.

Польдерные системы с механическим водоотводом, в отличив or самотечных, обладают способностью усиления иди замедления осушительного действия сети путем воздействия на положения уровней воды в магистральном и проводящих каналах. В связи с непрерывно изменяющимися метеорологическими условиями и различными требованиями сельскохозяйственных культур в разные сроки развития при эк -спиуатации польдерных систем режим управления уровнями в каналах требует также непрерывной корректировки.

Анализ работ по режиму откачка вода, методов его расчета и

установления показал:

1. Существующие технологии откачки на польдерах предусматривают поддержание уровней в аванкамере насосной станции мезвду верхним и нижним эксплуатационными горизонтами. При этом верх -ний эксплуатационный горизонт рекомендуется принимать располояен-ным на отметке требуемого уровня в проводящем канале в створо характерного участка,что является частым случаем и относится к засушливым и маловодным периодам. Обоснование назначения верхнего эксплуатационного горизонта для влажных периодов отсутствует.

Нижний эксплуатационный горизонт устанавливается произвольно с ограничением по частоте включения насосных агрегатов п устойчивости откосов магистральных каналов. Однако воздействие на уровни в провосящих каналах при назначении разных положений нижних эксплуатационных горизонтов будет не одинаково.Недостаточная обоснованность технологии откачки и использование существующих рекомендаций по назначению верхнего и нижнего эксплуатационных горн -зонтов дают неоднозначный результат и не всегда обеспечивают оптимальный режим почвы.

2. Понижение поверхности торфяных почв в результате их минерализации и уплотнения, подъем дна проводящих каналов за счет отложения наносов и отмирания растительности, образование микро -рельефа и замкнутых понижений ухудшают условия осушения.Учет этих факторов в режиме эксплуатации польдеров недостаточно разработан.

3. Существующие рекомендации о рациональной зоне влияния и площади осушения насосными станциями польдеров Требуют уточнения,

об этш свидетельствует удовлетворительная эксплуатация ряда поль -дерных систем значительно больших размеров,чем регламентируемые рекомендация. Слабо изучено влияние откачек и отдельных факторов на уровенный реким в каналах, нет методики учета влияния основ -них факторов при установлении режима откачек, в том числе особенностей водооборотных систем по снижению загрязнения водоприемников.

4. Отсутствуют исследования и рекомендации по релиму сброса избыточных вод с польдеров в экстремально многоводные периоды.

Это вызвало необходимость более углубленного исследования и обоснования рожима откачек и сброса в водоприеники избыточных вод с польдерных систем, разработки методических рекомендаций для использования их в практике эксплуатации мелиоративных сис-

ген.

В гааве 2 "Экспериментальные исследования динамики уровней и расходов воды в проводящих каналах полъдерных систем" дается характеристика опытных объектов, приводится методика экспериментальных исследований, излагаются основные результаты полевых экспериментов по изучению динамики уровней в разно удаленных от насоснов станции створах магистрального канала,формирования профилей свободной поверхности по длине при раз личных расходах в продонжительностях откачки, динамики уровней в коллекторах, соединенных с магистральным каналом, динамики расходов воды в период откачки и после остановки насосов.

Основные полевые экспериментальные исследования выполнены на полвдере "Внвнево-Подыще" Ивановского района,на котором из общей площади 1833 га, выделен опытный участок площадью 750 га, включающий магистральный канал и 9 впадающих в него открытых коллекторов. Магистральный канав имеет уклон дна 0,0005, среднюю глубину 2,6 м; ширину по дну 3 м на длине 1600 м и 1,25 м - на участке 1500 м, заложение откосов 2,0...2,5. Длина коллекторов от 1,0 до 2,4 км с шириной по дну 0,6 и 1,25 м, заложением откосов 2,0, уклоном дна 0,0002...0,0005. Осушение участка выполнено закрытым гончарным дренажем с междренными расстояниями 20...30 м.

Для отвода избыточных вод в устье магистрального канала расположена насосная станция с тремя погружными насосами типа ОПВ 2500-4,2<с производительностью кавдого 0,69 м3/с. Сброс воды насоснрй станцией осуществляется в пруд с площадью зеркала при НПУ 5,26 га и объемом 121,65 тыс. м3. Из пруда вода по -ступает через водосброс в озеро Песчаное.

Опытный участок оборудован створами наблюдательных «олодцев в водпосгаыи. Водпосгы установлены на магистральном канале в местах впадения в него коллекторов и у насосной станции. На трех коллекторах дополнительно водпосты оборудованы в средней части и у истоков.

Состав полевых набшсщений включает определение положения уровней воды у насосной станции и в различных створах по длине магистрального канала, уровней в открытых коллекторах, уровней грунтовых вод, расхода и времени откачки насосной станции, расходов воды по длине каналов, осадков, влажности почвы.

Положение уровней в каналах определялось по овайннм и реечным водпостам, а в бхдельных опытах по самописцу "Ваддай".

Расход огкачки насосной станции определяйся с помощью вертушки ГР-21М, средние скорости на вертикалях определялись грэхгочайным методом.

Расход воды по длине магистрального канала определялся вз уравнения баланса объема:

д± «си*^ ± дчг, ( I)

где Ос - средний расход в огворе I за время д-к ;

01 щ - средний расход в створе 1+1 за время дt ;

- изменение объема вода в огкрнгой ооги мэзщу створами ь и I + I .

На польдерах известным являвтся расход в устье магистрального канала, равный расходу огкачки. Расход в соседнем выше расположенном створе определялся по уравнению ( I ). Переходя га -ким образом от створа к створу, определялись расходы в магвсг -раяьном канале на всем его прогянении. Подученные расходы относились к моменту времени , определяемому по форяуле:

и -и * чг ' < 2>

где -Ь^, - начальное время; д^ - шаг по времени.

Для определения изменения объема между-соседними створами использовались опнгнне данные по динамике уровней в магистральном канале и открытых коллекторах.

Экспериментальное изучение динамики уровней в проводящей сети выполнено в створах магистрального канала (на водпостах).удаленных на различное расстояние от устья при откачке одним,двумя и тремя насосами (рисЛ). Исследования показали,что,во-первых,с увеличением расхода откачки растет интенсивность снижения уровней в магистральном канале до определенного расстояния от уотья, На более удаленных участках изменение уровней приобретает противоположный характер. В опытах на расстоянии до 1960 м от устья магистрального канала интенсивность снижения уровней воз -растала с увеличением расхода огкачки, а на расстоянии 2770 -3100 м - снижалась. Во-вторых, . при постоянном расходе от -

качки с удалением ог усгья магистрального канала интенсивность снижения уровней уменьшается вплоть до нуля. В-третьих, харак -гер снижения уровней по времени был близок к линейному в ство -раз: на любом удалении ог усгья магистрального канала независимо от расхода откачки (рис, I).

Характер движения воды в магистральном канале в общем случае относится к неустановившемуся с переменной массой. В зависимости ог распределения расходов по длине канала, его параметров и характеристик формируется профиль свободной поверхности. При расхода притока к устью канала, равном расходу откачки, профиль свободной поверхности определяется зависимостями для установившегося плавно изменяющегося движения. В периоды, когда расход притока меньше расхода откачки,происходит уменьшением объема воды в канале, каждому моменту времени соответствует мгновенный профиль свободной поверхности. Экспериментальные исследования позволили построить мгновенные профили уровней веды в магист -раньном канале объекта "Вивнево-Подыще" при разных расходах откачки (0,69-2,07 м3/с) и модулях стока 0,03 л/с-га и 0,21 л/ста. Анализ этих профилей показал, что от первоначального положения про I = 0 по мере откачки свободная поверхность постепенно занимает новые положения, при которых призма сработки в достаточно даинных каналах все время имеет клинообразную форму (рис. 2). В коротких каналах призма сработки занимает форму, близкую к трапецеидальной.

Существенная разница в профилях свободной поверхности наблюдается при откачке одного в того же объема воды разными расходами. Так, при расходе откачки 0,69 м3/с в течение 8 часов в устье канала горизонт понизился на 22 см, на расстоянии 3100 ы

- на 8 см, При расходе откачки 1,38 м3/с эти снижения в устье и на удалении 3100 м были 24 и 2 см, при расходе откачки'2,07 мэ/с

- 28 и 0 см соответственно. Из этих результатов еде,дует,что при откачка одного и того хе объема воды насосами разной производительности зона оперативного влияния (за период откачки) по длине магистрального канала тем больше, чем меньшим расходом производится откачка.

При цикличной откачке в магистральном канапе набщдаются последовательно подъемы и снижения уровней (рис. 3). Подъем уровней в период прузы носит криволинейный характер, особенно выраженный в устье магистрального канала. Эту нелинейность динамики

впз

V4

\ ГЧ ч

(П?

&П11

ЧЧ N

118.9

а 1ч 1« )» ю 14 «ч ]« а го

« 14 16 16 10 1,ч

Н,м 139.5 159.2 1591

ВГШ

11 >«| 16 18 20

н,м 15« Л 159.3 1391

во 15

14 14 44 (в ю 4,4

Н,м

159.3 -

159.1

159.1

6п17

и 1ч 1» 1в го 1,ч

Рис.1. Динамика уровней при откачка волн насосами разной производительности и модуле стока ^ = 0,21 л/о га. А - одним насосои, <? = 0,69 ив/о о - двумя насосами,0,38 м®/о * - тремя насосами, (?= 2,07 мР/о

кЮн I АОО I 550 ) 870 ] й70 ) аао ) 5Ь0 у~53о , аоо [ 900 |

• п-1 п-3 п-5 п-7 п-9 п-11 п-15 п-15 п-п п-п-1 п-17-2

Рис. 2.. Профили уровней ь магистральном кАндле при отклике 0«0.69м»/с и модуле стока <). » 0.05 л/с.га- ~ ьремя от качала откачки .

уровней необходимо учитывать при назначений расчетных горизонтов откачки насосных станций при эксплуатации попьдерннх оистем.

В открытых коллекторах при цикличной откачке ход уропнай аналогичен колебаниям горизонтов в магистральном канапе.По дяя-не коллекторов при подъеме уровней свободная поверхность воды практически становится горизонтальной. В период откачки свободная поверхность приобретает уклон, увеличивающийся по времени.

Движение воды в магистральном канале практически всегда является неустановившимся. Преобладающее распространение имеют периоды резкого изменения расхода в магистральном канале сразу посла включения или остановки насосов, сменяющиеся медленным его приращением (рас. 4).

Основные изменения расхода при откачке происходят в течение времени не превышающем одного часа после включения насосов, при дальнейшей откачка изменения расхода в среднем составляют Ю... 14*.

В главе 3 "Математическое моделирование я выполнение численных экспериментов с использованием ЭВМ" приводятся све -дения о составленной математической модели, ее вер-и^икация в результатах численного моделирования.

Математическая модель дг^-мики потоков воды в проводящих каналах основана на численном решении системы уравнений Сен-Венана и неразрывности. Для упрощения этой системы экспериментальными исследованиями на объекте "Вивнево-Подыще" установлен общий гидравлический уклон в различные моменты времени после пачала откачки, вычислен уклон трения и найден дополнительный уклоп от инерционных составляющих. Результаты этих экспериментов показали, что дополнительный улон от инерционных составляших дости -гал 14% от уклона трения через 0,5 часа после начала откачки а в дальнейшем уменьшался со временем (исключая время прохождения "лба" волны). Через 1...2 часа от начала откачки уклон инерционных составлявших был не более 4,4...6,от уклона тронпя, среднее значение отклонения находилось в пределах 1,96...2,83$. В связи с этим для описания динамики потока воды в проводящих каналах (за исключением начального периода) можно пренебречь в уравнении Сен-Бенана инерционными составляющими. Используя эти результаты, АН СССР с нашим участием в 1990...1991 годах разработана программа "Гидролог" для расчета динамики вода в каналах

- Рио.З. Динамика подъема и снижения уровней в магистральной канале еа один цикл откачки. I - 3 - на расстоянии соответственно 3100, 2200 в 870 м от устья; 4 - в устье канала.

Рис. 4. Изменение расходов по времени на различной удалении от насосной станции на польдере "Вивнево-Подшце".

1-в. устье магистрального канала при откачке; 2 - 5 - соответственно на расстоянии 470 и от насосной станции /ВИЗ/, 1220 м /ВЦ7/, 2240 и /ВП13/ и 3100 м /ВП17/.

мелиоративных систем на персональном компьютере. Мелиоративная сеть в данной программе схематизирована в виде графа, корень дерева которого соответствует устью магистрального паната.В граничных вершинах задаются граничные условия в виде зависимости изменения глубин или расхода, начальные условия представляются в виде распределения расхода и уровня в системе в начальный момент.

Проверка диалоговой системы "Гидролог" выполнена по материалам полевых экспериментальных исследований на объекте "Вивнево - Подыще". Математическое моделирование осуществлено при коэффициентах шероховатости каналов 0,035, 0,050 и 0,065. Результаты численных экспериментов показали, что наилучшее совпадение расчетных и измеренных уровней воды достигнуто при коэффициента шероховатости 0,05, зависимость раосчиганных уровней от времени в различных створах при откачке близка к линейной и соответствует натурным экспериментам, наибольшее отклонение медду собой опытных п рассчитанных данных составляет не более i 0,02 н,чго позволяет считать модель соответствующей изучаемому явлению.

Аналоговая система "Гидролог" использована для изучения динамики расходов а уровней воды в каналах при откачке с участков различной площади. Для этих целей чиоленные эксперименты выполнены применительно к мелиоративной системе им.Полнвко Ивановского района Бреотской области. Моделирование выполнено для части системы площадью 610 га (рис. 5). Насосная станция распологена в створе 0, в створах I а 6 установлены трубы-регулятора, поз -воляющие откачивать воду только с участка А , только с участка В , или одновременно с обоих участков. Площадь учаотка А 173 га, участка В - 437 га. Параметры магистрального канала: ширина по дну 1,5 м, коэффициент заложения 2,5, уклон дна 0;00015, коэффициент шероховатости 0,03. Параметры открытых . коллекторов; ширина по дну 0,6 м, коэффициент заложения отко -сов 2,0, уклон .дна 0,00015. ¡

Граничные условия: расход в устье магистрального канала равен 0,64 м3/с, в истоках коллекторов - пулю. Начальные условия: глубина в устье магистрального каната 2,5 м, свободная поверхность горизонтальна.

Численные эксперименты показали, что динамика уровней во всех вариантах площади системы в различных створах при откачке

быпа близка к линейной, аналогично натурным исследова -

нияк на объекте "Вивнево-Подыще" (рио. 6а). Абсолютное снижение уровней зависело от площади осушения и чем меньше эта площадь, тем большее снижение горизонтов было в створах каналов.

Динамика расходов характеризуется резким его ростом в начальный период откачки, достижением в некоторый момент максимума и медленным снижением в иосдедуюцем (рис. 66). Мак се -мальногозначения расход достигал за относительно корогкое время (О,2...О,7 часа).

В главе 4 "Обоснование режима огкачки воды с польдерных систем" привидятся экспериментальные и теоретические материалы, касающиеся оценки зоны влияния насосной станции,распределения расходов по длине магистрального канала и обоснования режима откачки.

В научных источниках и даже в нормативных документах имеются разноречивые ¿ведения о зоне влияния насосной станции: 0,7... 1,5 км при повышенной шероховатости (Панадиади Е.А.), 3,0 ... 3,5 км при укаоне дна менее 0,0002 (Юдкаускас Ю.А.), Кадревич Т.А.), 4,0...5,0 км (Рекомендации по польдерному осушению в Белорусском Полесье. Минск, 1979). В практике имеется немало польдеров в Беларуси, России, Германии и др., где длина магистральных каналов превышает выше-указанную зону влияния, в то se время здесь обеспечивается удовдетворитепьное осушение ме -яиорированной территории. Это свидетельствует о недостаточной изученности данного вопроса. Выполненные экспериментальные исследования позволили выделить два вида влияния: оперативное и общее. Под оперативной зоной влияния понимается расстояние по магистральному каналу, в пределах которого происходит колебание уровней при повторении одних и тех не циклов огкачки. При этом средневзвешенный профиль по длине магистрального канала сохраняет свое положение неизменным, например, горизонт I (рее. 7). Под общезоной влияния понимается участок магистрального канала, на котором происходит изменение положения уровней воды при изменении средневзвешенного горизонта. Степень

этого влияния определяется изменением отметок срадневзве -шенного горизонта, например, с положения I в положение 2 (рас. 7).

Придавая средневзвешенному горизонту, в пределах возможного, различные положения, можно получать различное по протяженности

Рис. 5. РлсчетнА* схем* участка мелиорАтиеной системы им. Поливко .

141.40 141.35 141.30 141.23 141.20 141.15 141.10

а

0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 | -оТо1

.ни :

I П1 '

Рис. 6. Динамика урое.ней (а) и расходов (б)

при отклчке со веди системы . i — ь ст&оре < ; 2-е. чгаоре Ч ; 3— ь створе 5.

н.ст_

<1 I —1-п-1----1 ■ "I "■' I ' I

п-1 п-3 п-5 п-7 п-9 п-ц пмз л-15 п-п

Рис. 7. Динамика горюонто» волы ло длине магистрального

- т>и срелнемвеиенном горизонте \ у млсосной

станции, Н = 159.16 м (М.09) ' *

---1лри срелнеьяьсшеином гариаонте 2 у насосном

станции^ н = ш.65 м ^

влияние на уровни в магистральном канале.

Выполненный анализ экспериментальных материалов показал,что осушительное действие сети зависит от положения средневэвешен -ного профиля уровней в магистральном канале*, зона влияния определяется изменением положения средневзвешенного профиля уровней воды в магистральном канале и не может быть константой, режим откачки следует назначать исходя из требуемого положения средневзвешенного профиля.

Для определения горизонтов в аванкамере начала и конца от -качки, обеспечивающих требуемое положение средневзвешенного профиля, разработаны формулы:

Нн -Нса + (1-л')о1, ( 3 )

Нк " Нн -<А, ( 4 )

Нее «Нпп-(Ко -Иг (5)

где Нн - отметка начального уровня откачки в аванкамере;

Нк - отметка конечного уровня откачки в аванкамере;

Нее - отметка средневзвешенного уровня в аванкамере;

с*.' - коэффициент нелинейности, учитывающий характер изменения уровня в течение цикла откачки;

с1 - разность между начальным и конечным уровнями откачки;

Нпп - расчетная отметка поверхности почвы на характерном участке поля регулирования;

Но - требуемое положение уровня грунтовых вод от расчетной поверхности почвы;

К - расчетное превышение уровня грунтовых вод меаду осушителями над уровнем воды в проводящем канале;

$ - средний уклон средневзвешенного профиля воды в проводящих каналах от створа характерного участка до аванкамеры;

Ь - расстояние по каналам проводящей сети от насосной станции до характерного участка.

Коэффициент нелинейности зависит от соотношения времени откачки и паузы, эта зависимость от указанных параметров,полученная экспериментальным путем, приведена на рис. В.

Отметка средневзвешенного уровня в устье магистрального канала дпя объектов, находящихся в эксплуатации, может быть определена пробной откачкой, или расчетом по уравнению С 5 ). Дпя определения уклона, входящего в уравнение ( 5 ), получена теоретическая зависимость.

лг .

3 » (о.7 + _ _ав,сг + Ач +

К*» \ бОнсг. 5 йи.ад. 5 0>.ст.

ч ( 6 }

+ А«*- - <1о-*Г + С о-СТ.

4 50- а1«.-г. / *

где Ом.ст. - расход огкачки насосной станцией в устье канала;

Ост. - расход стока, поступающий в исток магистрального канала;

Оо.ст. - расход стока со всей водосборной плоиадв магистрального канала;

Ке.л - средняя расходная характеристика магистрального канала.

В главе 5 . "Формирование и ускорение отвода поверхностного стока с замкнутых понижений интенсификацией режима огкачки на польдерных системах в условиях экстремальных ливневых осалков" выполнены: анализ количества и продолжительности выпадения осадков в Белорусском Полесьег показавший, что ежегодно в летний период могут выпадать ливневые дожни, обра -зушие поверхностный сток, скапливающийся в мозаично расположенных замкнутых понижениях, образующихся на мелиорированных торфяниках в связи с неравномерностью сработки торфа; обзор существующих моделей формирования и расчета дождевого стока, позволил установить, что для понижений на мелиоративных системах наиболее приемлема зависимость Мольчака Я.А., которая может быть использована для расчета слоя дождевого стока с учетом ре-

Л

«.о 0.9 0.8 0.7 0.4 • 0.5-

\о

С\

V.

V..

-О____с

■а—--о

0.4 -,-,-,-,-г--------------,-.--—«—

0 0.1 02 0.5 04 05 Об 0.7 ОЛ 0.» 1.0 1.1 *£1й

ь п

РИС. .&. Зависимость коэффицивнтл Л' от

соотношения ьрвмвни откачки ({отн") и паузы (1п) на восстановление горизонта .

го 50 МО во «О 70 х.см

Рис. Э. Линии тонов (пунктирные линии) о — при 0в = 0.13&л/с , к»4.5м/СУТ * —при йь »0.0211 л/с, к « 6.0 м/СУт

\

V

о

гионаяьных условий в дополнений, сделанных автором; разработана методика расчета дождевого стока для замкнутых понижений на осушенных землях; рассмотрен вопрос о корректировке режима откачки о учетом требований сельскохозяйственных культур по отводу поверхностных вод с замкнутых понижений; разработана математическая модель инфильтрации и расчета отвода поверхностного стока с замкнутых понижений.

Для расчета слоя дождевого стока в условиях Белорусского Полесья предложена формула:

И-«*" Vf. (7,

где КР% - слой дождевого стока 1#ной обеспеченности, мм;

Hiv. - максимальное суточное количество осадков $-дой обеспеченности; С - районный коэффициент, равный 1,20; 4« - максимальный коэффициент стока; Р - площадь водосбора, км2; tt -зональный показатель степени, для условий Беларуси равен 0,07;

3 - средневзвешенный уклон склонов, Ар- коэффициент перехода от максимальных суточных осадков ежегодной вероятности превышения IJ5 к расчетной.

Для периода выпадения экстремальных ливневых осадков отметку требуемого средневзвешенного горизонта,исходя из условия своевременного отвода поверхностных вод с понижений,рекомендуется устанавливать ниже, чем для нормальных условий^ определял, ть по зависимости:

. Нс»=Кпп - (Не ОЬ) - дНп , (8)

где а'Кд- требуемое дополнительное понижение средневзвешенного уровня воды в аванкамере.

Для расчета дополнительного понижения средневзвешенного уровня выполнены теоретические решения фильтрации води с замкнутых понижений к осушителям. Рассмотрены случаи, когда замкнутое понижение можно схематизировать в плане в виде круга и в виде узкой полосы, протянутой вдоль осушителей. Под затоплен -ними частями области фильтрации движение воды принято сверху вниз, за ее пределами - радкальннм для схематизации по кругу и плоскопарадлельным - для схематизации в виде полосы.

11а основании этого решения дополнительное снижение средне -взвешенного горизонта можно определить по зависимостям:

йНп ° "h. о - Нок

( 9 )

h.a я Ипп - 1г0 - "К, ( 10 )

где tloK - требуемая отметка уровня воды в проводящем канале в створе характерного участка.

При радиальной фиш-грации воды с замкнутых понижений тре -буемая отметка уровня води в проводящем канале определяется уравнением:

Ъ-о« ; си)

где Но - расстояние от уровня воды в замкнутом понижении до водоупора; 1?о - радиус области фильтрации до проводящих каналов; - радиус поверхности затопления; V - объем поверхностных вод в замкнутом понижении; К - коэффициент фильтрации; t - требуемое время отвода поверхностных вод; в коэффициент на дополнительные потери напора под затопленной частью понижения.

Для случая расположения замкнутого понижения между осушителями в виде узкой полосы требуемое положение уровня вода в проводящем канале определяется уравнением:

( 12 )

где са и соответственно ширина и длина полосы за -

топ/шния замкнутого понижения; 1» - расстояние между осушителями.

Для оценки правомерности принятия схем фильтрации из замкнутых понижений, принятых при разработке теоретической модели инфильтрации, проведены лабораторные экспериментальные иссле -довалия. На модели замкнутого понижения, выполненной в слое песка в гидравлическом лотке, изучены направления линий токов при инфильтрации. Положения линий токов наблюдались по под -

крашенным струйкам через стеклянную стенку лотка. Красящее вещество располагадооь в центре понижения (точка 1), в промежу -точном (г. 2) и крайнем (т. 3) положениях (рис. 9). На этомже риоунке показаны экспериментальные и рассчитанные по формуле ( 12 ) линии токов. Положение пиний токов на физической модели подгвервдает справедливость схематизации области фильтрации с разделением еа на две зоны, при которой под затопленной частью преобладает вертикальное движение воды с отделением расхода по пути, а за пределами затопленного понижения - горизонтальное направление.

Сопоставление положения экспериментальных линий токов с рассчитанными показывает, что вблизи границы затопления расхождения меаду ними достигают однако уже на расстоянии 0,2а от границы затопления (а - ширина затопления ) эти расхождения не превышают - 5% от мощности области1 фильтрации.Это пол -твврждает возможность использования полученных зависимостей для определения требуемых положений уровней веды в каналах.

В главе 6 "Природоохранное значение прудов при откачке избыточных вод о поладерных систем" выполнен сопоставительный анализ концентрации различных химических веществ в водах рек Белорусского Полесья и стоке с сельскохозяйственных полей,установлено влияние прудов на изменение концентрации химических веществ в стоке, сделаны рекомендации по срокам затопления прудов, при которых в меньшей мере загрязняются водоприемники.

Выявлено, что концентрации основных химических веществ за 23 проанализированных года в реках Полесья не превышали пре -дельно допустимые (1ЩК). Однако для Ре и СС" наблвда-в гея тенденция к росту. В сбросных водах мелиоративных сис -тем концентрация веществ также не превышала ГЩК для рыбохозяй -ственных цепей, хотя имела более высокие значения, чем в речных водах. Исследования показали, что прямой сброс воды с сельско -хозяйственных полей в водоприемники явояегся одним из иогочни -ков повышения в них концентрации преобладающего числа химических веществ и снижения содержания растворенного кислорода.

Для предотвращения загрязнения водоприемников в Белорусском Полесье' нашли применение пруды сезонного регулирования емкостью от I до 100 млн. м^ и небольшие 100-200 тыс. м3. Экспериментальными исследованиями установлено, что небольшие пруды не обеспе-

чивают снижения концентрации химических веществ и могут еду -жать только отстойниками для взвешенных веществ. Пруды сезонного регулирования, применяемые на водооборотных сисгомах, снижают концентрацию химических веществ в сбросных водах,количаст-венные значения которых занимают промежуточное положение между речными и сточными водами.

Концентрация химических веществ по сезонам года в поступающей воде с мелиоративных систем не одинаковаИсследования пока -эали, что наибольшая частота повторения максимальной концентрации основных химических веществ наблюдается в весенний период. Поэтому рекомендуется в первую очередь аккумулировать в прудах сток весенних половодий.В периоды летней и зикнг" ¡иженя допустим непосредственный сброс дренажных вод в реки-водоприемники, так как в эти периоды содержание химических элементов в стоке минимально.

В главе 7 "Расчет экономической эффективности" дается оценка экономического эффекта от применения технологии регулирования водного режима по средневзвешенным горизонтам по сравнению с методом нормированной откачки.Показано на типовом примере.что от поддержания более близким к оптимальному водно-воздушного режима почвы многолетняя прибавка урожайности составит: зерновых - 5,2, картофеля - 10,1, сахарной свеклы - 18,9, многолетних трав (сено) - 4,5 и овощей - 15,2 ц/га.При этом происходит снижение среднемноголетнего объема откачки воды за счет оптимизации работы насосных станций, что дает экономию электроэнергии 71 квгтч на 100 га осушения, или 1% от среднегодовых затрат.

оснсвные выводи и пртдлозшш

I. Выполненные экспериментальные исследования позволили дня характерных конструкций польдеров Белорусского Полесья установить: динамика расходов в магистральном канале характеризуется резким его ростом в начальный период откачки,достигающим в некоторый момент максимального значения, и медленным снижением в после,дующем, основные изменения расходов про -исходят в течение времени не превышающем одного часа,в дальнейшем изменения составляют в среднем 10...14$, что позволяет для этого периода пренебречь инерционными составляющими в уравнении.

Сен-Венана; характер снижения уровней в устье магистрального канала при откачке близок к линейному,подъем ко при прекращении откачки в значительной степени отличается от линейного,что необходимо учитывать при установлении расчетных горизонтов откачки; при откачке одного и того же объема воды насосами разной производительности зона влияния на уровни распространяется тем дальше, чем меньшим расходом производится откачка.

2. На польдерных системах следует различать .два вида влияния режима откачек насосными станциями на уроненный режим в прово,ця-щей сети: относительное и абсолютное.

Относительным является влияние, когда цикличная откачка не вызывает изменения положения средневзвешенного профиля, а приводит к колебаниям свободной поверхности воды около средневзвешенного профиля. При этом осушительное действие сети остается неизменным.

К абсолютному влиянию относится изменение положения средневзвешенного профиля. Режим откачки, вызывающий абсолютное илия -иие, приводит также к изменению осушительного действия сети.

3. Критерием оценки осушительного воздействия режима откачки может служить положение средневзвешенного профиля воды в проводящей сети относительно уровней грунтовых вод.

Зксллуагационные горизонты откачки в аванкамере насосной станции наиболее обоснованно назначать исхода из требуемого положения средневзвешенного уровня. Для их расчета рекомендуются формулы ( зМб )•

4. В процессе эксплуатации мелиорированных торфяных земель на поверхности почвы образуются замкнутые понижения, в которых в экстремально многоводные периоды скапливается поверхностный сток, являющийся причиной вымочек и неблагоприятного водного режима на прилегающих участках. Ускорение отвода поверхностных вод достигается путем снижения уровней воды в осушительной сети. Расчет необходимого положения уровней воды в осушительной сети для отвода поверхностных вод за требуемые сроки можно производить

по формулам ( 7) - (12 ).

5. Пруды-отстойники недельного или декадного регулирования, аналогичные построенному на мелиоративной системе "Вивнево -Подыще" не обеспечивают за время водообмена снижения концентрации химических веществ, поступающих со стоком с сельскохозяйственных угодий. Они могут служить только отстойниками взвешенных

наносов.

Пруди сезонного рагудированнч, примененные на воцооборотнмх системах, обеспечивают снижение концентрации химических веществ, наиболее полно отвечают природоохранному назначению.

Для снижении опасности загрязнена водоприемников при откачке избыточных вод с водооборотных систем следует предусматривать заполнение прудов весенним стоком, как наиболее загрязненным.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ 8 СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Природоохранное значение прудов на польдерных системах Белорусского Полесья//Экологические аспекты мелиорации. - Минск. -1990. - С. 42-50. - Соавт.: Русецкий А.П., Лебедева Л.В., Крюкова Л.И.

2. Результаты экспериментальных исследований влияния режима откачки на уровни в проводящей сети//Мелиорация и луговодство на пойменных землях. -Минск. -1996. - С. 51-56.

3. Расчет эксплуатационных горизонтов откачки насосных станций польдерных система/Мелиорация переувлажненных земель/Сб.науч. работ БелНИИМиЛ. - Т.ХМН. - 1996. - С. 98-107.

4. Оценка объема дождевого стока, формирующегося в замкнутых понижениях на мелиорированных эемлях//Мелиорация переувлажненных земель/Сб. науч. работ БелНИИМиЛ. - Т.ХШ. - 1997. - С. 191-196. - Соавт. Корчоха Ю.М.

5. Технология регулирования уровней воды на польдерных системах по "средневзвешенным" горизонтам//Мелиорация земель в гумидной зоне в современных условиях. - Киев. - С. 63-67 (Сборник материалов Международной конференции г.Сарны 4-6 ноября 1997 г.). - Соавт. Русацкий А.П.

6. Методические рекомендации по применению технологии откачек воды с польдерных систем по "средневзвешенным" горизонтам. - Минск: БелНИИМиЛ, 1998. - Соавт. Русецкий А.П.

РЕЗЮМЕ Бохонко Валерий Иванович

Эксплуатационный режим управления уровнями воды в проводящей сети польдерных систем.

Ключевые слова: польдер, режим откачки, динамика уровней, зона влияния, инфильтрация, водоналивные пруды.

Объект исследования - технология откачки воды с польдерных систем.

Цель работы - Исследование влияния различных технологий откачки на динамику уровней в проводящей сети и разработка рекомендаций по эксплуатационному режиму работы насосных станций, обеспечивающему требуемое осушительное воздействие на мелиорируемой территории, включая экстремально многоводные периоды.

Метод исследования и аппаратура - теоретические разработки, лабораторные И полевые исследования по стандартным и оригинальным методикам на серийном оборудовании.

Полученные результаты и их новизна - разработана технология откачки воды с польдерных систем, в основе которой использован требуемый средневзвешенный уровень в проводящей сети по отношению к уровням грунтовых вод;

- даны новые формулы расчета откачки по средневзвешенному уровню воды в устье магистрального канала;

- раскрыты причины различного влияния откачек насосной станции на уровенный режим в проводящей сети и даны рекомендации по количественному определению зоны этого влияния;

- разработана методика и даны уравнения расчета распределения расходов по длине магистрального канала при откачке для построения средневзвешенного профиля;

- даны новые теоретические формулы расчета инфильтрации поверхностных вод с замкнутых понижений в прилегающие открытые каналы;

- разработана методика расчета поверхностного стока и рекомендации по корректировке горизонтов откачки для отвода поверхности вод за требуемые сроки;

- установлено природоохранное значение больших и малых прудов на польдерных системах.

Степень использования - основные результаты исследований использованы при составлении методических рекомендаций по технологии регулирования водного режима по средневзвешенным горизонтам

Область применения - эксплуатация польдерных систем.

Р Э 3 Ю М Е БЛХОНКА ВАПЕРЫЙ 1ВАИАЕ1Ч

Эксплуатацыйны рэжым юравання узроуням! вады у прааодэячай сетцы польдэрных сютэм.

Ключавыя словы: польдэр, рэжым адлампоукг, дынамка узроуняу, зона уплывамня, ¡нфтьтрацыя, еаданалуныя сажэлм.

Аб'ект даследавання - тэхналоп'я адпампоум вады з польдэрных с1стэм.

Мэта працы - даследаванне уплыву розных тэхналопй адпампоум на дынам|ку узроуняу у праводзячай сетцы 1 раслрацоука рэкамендацый па эксплуатацыйнаму рэжыму працы насосных cfaнцый1 забяспечваючаму патрэбнае асушальнае уздзеянме на мел!ярыруемай тэрьпорьп, уключаючы экстрэмальна мнагаводныя перыяды.

Метад даследавання I апаратура - тэарэтычныя распрацоуки, лабораторныя I лалявыя даследаванн1 па стандартным I арыпнальным методыкам на серыйным абстапяванш.

Атрыманыя вынЫ I ¡х нав1'на - раслрацавана тэхналопя адпамлоук! вады з польдэрных сютэм, у аснове якой выкарыстаны патрабны сярэднеу'зважаны узровень у праводзячай сетцы у адноанах да узроуня? фунтовых вод;

- дадзены новыя формулы разп!ку гарызонтау адпампоук! па сяреднеузважанаму узроуню вады у вусц1 мапстральнага канала;

- раскрыты прычыны рознага уздзеяння адпамповак насоснай станцьй на узроуневы рэжым у праводзячай сетцы 1 дадзены рэкамендацы) па колькасмаму вызначэнню зоны гэтага уздзеяння;

- распрацавана методыка I дадзены ураунешч разл!ку размеркавання расходау па даужыш маг1стральнага канала пры адпампоуцы для пабудовы сяреднеузважанага профилю;

- дадзены новыя тэарэтычныя формулы разП1ку Ыфшьтрацьи паверхнасных вод з замкнутых пашжэнняу у прылягаючыя адкрытыя каналы;

- распрацавана методыка разлуку паверхнаснага стоку I рэкамендацы! па карэкцфоуцы гарызонтау адпампоук! для адвода паверхнасных вод за патрэбны тэрмш;

- установлена прыродаахоунае значэнне вялМх I малых сажалак на польдэрных сютэмах.

Ступен1 выкарыстання - асноуныя вынМ даследаванняу выкарыстаны пры складанн'| метадычных рэкамендацый па тэхналогН рэгулявання воднага рэжыму па сяреднеузважаным гарызонтам.

Галта прымянення - эксплуатацыя польдэрных сютэм.

SUMMARY

EXPLOITATION REGIME FOR WATER LEVEL CONTROL IN CONDUCTIVE NETWORK OF POLDER SYSTEMS

BOKHONKO V.I.

Key words: polder, pumping regime,level dynamics, zone of influence, infiltration, wateifilled ponds

Object of investigation - technology of pumping from polder systems

Goal of work - investigation of influence of various pumping technologies on dynamics of level in conductive network and elaboration of recommendations for exploitation regime for pumping stations providing the required drainage influence on the territory of reclamation includung extreme periods of excess water.

Methods of investigation and instruments - theoretical elaborations, laboratory and field investigations according to standards and original methodics with the help of serial equipment.

Results and novelty - technology of water pumping from polder systems has been elaborated on the basis of required mean weighed level in conductive network related to ground water levels;

- new formulae for calculation of pumping according to mean weighed water level dor a mouth of main canals are given;

- reasons for various influence of pumping on level regime in conductive network are revealed as well as recommendations for quantitative determination of a zone of influence are given;

- the methodics for calculation of discharge distribution according to the length of a main canal at pumping for construction of mean weighed profile has been elaborated;

- new formulae for calculation of surface water infiltration from closed lowerings to adjoined open canals are given;

- the methodics for calculation of surface runoff has been elaborated as well as recommendations for correction of pumping horizones for surface water diversion at required terms;

- conservation meaning of large and small ponds on polder systems has been determined.

Extend of use - main results of investigations are used for methodical recommendations on technology of water regime regulation according to mean weighed horizons.

Field of usage - polder system's exploitation