ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ РАСЧЁТ ПЛОТИНЫ

В настоящее время в рамках федерального проекта «Чистая вода» в Вологодской области принята и реализуется региональная программа по повышению качества питьевого водоснабжения населения городов и сельских поселений. В данной программе предусмотрены такие мероприятия, как модернизация, реконструкция и новое строительство сетей и сооружений водоснабжения и водоотведения, отвечающих современным техническим и технологическим требованиям. Для начала строительства системы водоснабжения нужно выбрать водоисточник (в данном случае – водохранилище) и запроектировать плотину. Одним из этапов конструирования и расчета грунтовой плотины является фильтрационный расчет [1].

Под действием напора, создаваемого плотиной, происходит фильтрация воды через тело плотины и ее основание из верхнего бьефа в нижний. Свободная поверхность грунтового потока называется депрессионной поверхностью, а линия пересечения этой поверхности с вертикальной плоскостью – депрессионной кривой.

Задачами фильтрационных расчетов являются: определение потерь воды через тело грунтовой плотины и ее основание, если оно водопроницаемо; определение положения кривой депрессии и выходных градиентов напора. При фильтрационных расчетах грунтовых плотин принимают следующие допущения:

• фильтрацию рассматривают в одной плоскости;
• грунт тела плотины считают однородно-изотропным;
• водоупор считают теоретически водонепроницаемым, положение кривой депрессии однородной плотине не зависит от качества грунта, а определяется только геометрическими размерами профиля плотины [2].

Проектный профиль грунтовой плотины приводит к расчетной схеме (рисунок 1), в которой исключают отдельные мелкие детали и не учитывают потери напора в пригрузке из крупнопористых грунтов, уложенных поверх водонепроницаемых элементов – экранов или понуров. В верхнем бьефе за расчетный уровень принимают НПУ, в нижнем бьефе – уровень воды, соответствующий бытовому уровню, при котором будет установившийся расход фильтрационного потока в теле плотины.

Рисунок 1. Расчетная схема построения кривой депрессии

Исходные данные для расчётной схемы:

1. K_t – коэффициент фильтрации грунта тела плотины, м/сут, K_t = 1м/сут.
2. H_пл – высота плотины, м, Н_пл=12 м.
3. h_д  – высота гребня дренажной призмы, м, h_д=4 м.
4. В – ширина гребня грунтовой плотины, м, В=6 м.
5. d₀ – возвышение гребня плотины над отметкой ФПУ, м, d₀=1 м.
6. h₀ – глубина воды в нижнем бьефе, м, h₀=2 м.
7. а₀ – превышение гребня дренажной призмы над уровнем воды в нижнем бьефе, м, а₀=2 м.
8. m₁, m₂, m₃, m₄ – коэффициенты заложения откосов плотины и дренажной призмы, m₁=2,5, m₂=2, m₃=1,5, m₄=1.

Определяем параметр S по формуле:

S = В + (H_пл – h_д) = 6 + (12 – 4)=20 м.

Определяем h по формуле:

Принимаем h = 8 м и получаем под корнем 7,9. Таким образом, h=8 м.

Определяем удельный фильтрационный расход через плотину по формуле:

q_t=_t = =1,5 м³/сут.

Определяем ординаты кривой депрессии по формуле:

Y²=

Расчёт ординат кривой депрессии представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Расчёт ординат кривой депрессии

Кривая депрессии построена на рисунке 1 и выделена синим цветом. Проведенный фильтрационный расчет необходим для дальнейшего конструирования и расчета грунтовой плотины.

Список литературы:

1. Стеблева И. В. Обоснование необходимости создания водохранилища для водоснабжения поселка и определение его характерных отметок // Тенденции развития науки: инновационный подход: сборник материалов Международной научно-практической конференции (31 октября 2019 г.), – Кемерово: ЗапСибНЦ, 2019. – с. 20-22.
2. Волков И. М. Проектирование гидротехнических сооружений: учебники и учебные пособия для высших с.-х. учебных заведений / И. М. Волков, И. К. Федичкин [и другие]. – Москва: Колос, 1977. – 384 с.