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.

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

Таблица 12.12

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.

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.