Прогнозные оценки подтопления и дренирования подсыпок мелиорируемых территорий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.02, кандидат сельскохозяйственных наук Кравцев, Константин Александрович

• Кравцев, Константин Александрович
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Кравцев, Константин Александрович

Введение.

Глава1. Состояние изученности вопроса (обзор литературы).

1.1. Виды грунтов подсыпок и их фильтрационные свойства.

1.2.Изучение явления подтопления и дренирования в России и за рубежом

1.3. Применение фильтрационных расчетов к прогнозным методикам подтопления и дренирования.

1.4. Методы прогнозирования подтопления и дренирования подсыпок на подтапливаемых территориях.

Глава 2. Получение аналитических зависимостей для прогноза потопления и дренирования подсыпок.

Глава 3. Моделирование процессов подтопления и дренирования

3.1 Моделирование в лабораторных лотках.

3.2.Математическое моделирование процессов подтопления и дренирования.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозные оценки подтопления и дренирования подсыпок мелиорируемых территорий»

Актуальность темы

В процессе сельскохозяйственной деятельности также, как при строительстве и эксплуатации сооружений и дорожных покрытий, сталкиваются с проблемой подтопления территорий и объектов. Освоение территорий изменяет их природные условия и приводит к подъему уровней грунтовых вод, к подтоплению сельскохозяйственных территорий населенных пунктов. Этот процесс имеет множество неблагоприятных последствий: уменьшение прочности грунтов оснований, воздействие грунтовых вод на подземные конструкции зданий и сооружений, снижение плодородия почв.

Причины подтопления подразделяются на две группы: естественные (природные); техногенные (антропогенные).

Причины и источники подтопления могут проявляться по отдельности или комплексно. Их влияние может быть разным.

В ходе исследований проведенных в рамках данной работы, изучалось подтопление фильтрующих песчаных подсыпок. На основе результатов исследований разработана методика прогнозных оценок подтопления территорий, которую можно применять при составлении прогнозов подтопления и дренирования территорий как в отрасли сельского хозяйства при разработке мелиоративных систем, так и в городском строительстве.

Цель исследований — Изучить фильтрационные процессы при подтоплении и дренировании проницаемых подсыпок и разработать методику прогнозных оценок подтопления и дренирования подсыпок мелиорируемых территорий.

Задачи исследований:

- на базе трудов предшествующих исследователей разработать методику прогнозных оценок подтопления и дренирования подсыпок;

- учесть неточности ранее применяемых методик, и, по возможности, предложить свои решения для более точных расчетов;

- сравнить результаты расчетов по своей методике с результатами расчетов ранее применяемых методов и полевыми опытами;

- дать оценку новой методике в сравнении с известными ранее;

Научная новизна.

Создана целостная прогнозная методика для проницаемых подсыпок, позволяющая своевременно оценить последствия подтопления и заблаговременно принять защитные меры.

На защиту выносятся:

- научно обоснованная методика аналитических прогнозов подтопления и дренирования территорий;

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Данная методика рекомендуется к применению в областях, связанных с сельскохозяйственной и строительной деятельностью, с возможностью оценки ситуаций, связанных с подтоплением объектов, уже сданных в эксплуатацию. Более точные данные, полученные при применении данной методики, по сравнению с ранее существующими, позволяют сделать более достоверные расчеты при проектировании мелиоративных систем и сооружений. Достоверность результатов полученных зависимостей подтверждена проверкой с помощью численного эксперимента и лабораторных опытов.

Апробация работы.

Основные положения данной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на II Всероссийской научно-практической конференции «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (СибАДИ 23-24 мая 2007г.); тринадцатой научной конференции, посвященной 90 - летнему юбилею Омского государственного аграрного университета «Научные инновации — аграрному производству» (ОмГАУ 19 марта — 19 апреля 2007г.); III Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (СибАДИ 2008г.); в журналах «Вестник ОмГАУ» (№ ,2008), «Вестник СибАДИ» (№8(2), 2008г), в том числе центральная публикация в журнале «Омский научный вестник» (№10(48), 2006),.

Практическое использование.

Разработанная методика внедрена для практического использования в ФГУ «Управление Омскмелиоводхоз».

Заключение диссертации по теме «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», Кравцев, Константин Александрович

выводы

1. Разработана научно обоснованная методика, позволяющая произвести расчеты длины языка подтопления или дренирования исследуемого участка проницаемой подсыпки, с учетом влияния капиллярных свойств грунта на фильтрационный процесс и прошедшего времени. Также методика позволяет определить уровень подземных вод на всей протяженности мелиорируемого участка.

2. Получены зависимости для расчетов языков подтопления и определения и зон дренирования, в том числе для случаев подтопления участка подсыпки, содержащего грунты с разными фильтрационными свойствами, дающие большую точность вычислений, чем при расчете с усреднением фильтрационных параметров участка.

3. Полученные зависимости были проверены экспериментально. Расхождение значений экспериментальных и расчетных величин колеблется в пределах 3 — 13%, что является допустимым. Полученные зависимости можно рекомендовать к применению в фильтрационных расчетах.

4. Предложен алгоритм вычислений и показана структура алгоритма на языке программирования Borland Delphy для применения вычислительной техники при составлении прогноза подтопления и дренирования.

5. В ходе выполнения работы были уточнены некоторые зависимости по определению величины языка подтопления в методиках, рассмотренных ранее другими исследователями ( П.Я. Полубаринова — Кочина, Н.Н. Веригин). Уточненные зависимости были проверены экспериментами, показавшими, что при использовании их в фильтрационных расчетах они дают погрешность, находящуюся в пределах 3 — 13%, что является допустимым.

6. Полученная методика рекомендуется к практическому применению в фильтрационных расчетах в случаях подтопления и дренирования мелиорируемых территорий.

7. Разработанная методика внедрена для практического использования в ФГУ «Управление Омскмелиоводхоз».

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Кравцев, Константин Александрович, 2009 год

1. Абрамов С.К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительстве. М.: Стройиздат, 1973. — 280 с.

2. Абрамов С.К. Гидрогеологические расчеты вертикальных дренажей при осушении угольных месторождений. М.: Углетехиздат, 1955. - 243 с.

3. Аверьянов С.Ф. Фильтрация из каналов и ее влияние на режим грунтовых вод // Влияние оросительных систем на режим грунтовых вод. — М.: Изд-во АН СССР, 1956. С. 85-447.

4. Аверьянов С. Ф. Расчет линейной системы артезианских колодцев // Инженерный сборник. М.: Изд-во АН СССР, 1949. - Т. 5. - Вып. 2. - С. 194-203.

5. Анпилов В.Е. Формирование и прогноз режима грунтовых вод на застраиваемых территориях. М.: Недра, 1976.-185 с.

6. Анпилов В.Е. Оценка инфильтрационного питания грунтовых вод на промышленной площадке с применением моделирования. — «Промышленное строительство», 1972, №3, с. 21 24.

7. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Теория движения жидкостей и газов в недеформируемой пористой среде. М: Гостехтеориздат, 1953. - 616 с.

8. Аравин В. И. Приток грунтовых вод к котловану прямоугольной формы в плане, основанному на горизонтальном водонепроницаемом слое // Известия ВНИИГ. М.-Л., 1938. - Т. 22. - С. 21—35.

9. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Фильтрационные расчёты гидротехнических сооружений. -M.-JL: Госстройиздат, 1955. 292 с.

10. Ю.Арутюнян Р.Н. Вакуумное водопонижение в практике строительства. — М.: Стройиздат, 1990. 184 с.11 .Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. — М.: Недра, 1984. 211 с.

11. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности. М.: Высш. школа, 1982. - Ч. 2. - 304 с.

12. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. М.: Физматгиз, 1962. — Том II. - 640 с.

13. Биндеман H.H. Методы определения водопроницаемости горных пород откачками, наливами и нагнетаниями. Углетехиздат, М., 1951.

14. Биндеман H.H. Ускоренные вычисления дебита буровых скважин, колодцев и родников. Стройиздат, М., 1945.

15. Боголюбов К.С. Основы комплексного расчета вакуумного водопонижения эжекторными установками // Технология и технические средства строительного водопонижения и дренажа. М., 1990. - С. 3-13.- (Труды ВНИИ ВОДГЕО).

16. Богомолов Г.В. Основы гидрогеологии. Госгеолиздат, М., 1951.

17. Болгов М.В., Дзекцер Е.С., Писаренко В.Ф. Статистический анализ подтопления застраиваемых территорий // Водные ресурсы. 1998. - № 5.- С. 534-540.

18. Борисов Ю. П. Определение дебита скважин при совместной работе нескольких рядов скважин // Труды МНИ. — М., 1951. Вып. 8. - С. 170- : 184.

19. Борисов Ю.П. Учет неоднородности пласта при проектировании разработки нефтяной залежи // Труды Всесоюз. нефт. ин-та. М., 1959. — Вып. 1.-С. 245-260.

20. Бочевер Ф.М., Гармонов И. В., Лебедев А. В., Шестаков В.М. Основы гидрогеологических расчетов. -М.: Недра, 1965. — 309 с.

21. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. — М.: Наука, 1986. — 544 с.

22. Бэр Я., Заславски Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды. М.: Мир, 1971. - 452 с.

23. Великанов М.А. Гидрогеология суши. Гидрометеоиздат, М., 1948.

24. Веригин H.H. Расчет прямолинейных бесконечных рядов скважин // Труды лаборатории инженерной гидрогеологии. — М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1962.-Вып. 4.-С. 4—23.

25. Веригин H.H., Шестаков В.М. Методы расчета движения грунтовых вод в двухслойной среде. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1954. - 47 с.

26. Гавич И.К. Гидрогеодинамика. М.: Недра, 1988. - 349 с.

27. Гавич И.К. Теория и практика применения моделирования в гидрогеологии. М.: Недра, 1980. - 359 с.

28. Гавшина З.П., Дзекцер Е.С. Условия подтопления грунтовыми водами застраиваемых территорий. М.: Стройиздат, 1982. - 116 с.

29. Гармонов И.В., Лебедев A.B. Основные задачи по динамике подземных вод. М.: Госиздат геологической литературы, 1952. — 243с.

30. Гидрогеодинамическое обоснование прогноза подтопления городских территорий. / Сб. статей. М.: Недра, 1985.

31. Григорьев В.М. Вакуумное водопонижение. — М.: Стройиздат, 1973. 224 с.

32. Григорьев В.М. Расчет неустановившегося движения грунтовых вод к иглофильтрам установок вакуумного водопонижения // Труды ин-та «ВОДГЕО», вып. 22: Инженерная гидрогеология. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1969.-С. 56-62.

33. Гришин М.М. Гидротехнические сооружения. ч.1. Госстройиздат, М., 1947. -362с.

34. Гусак A.A., Гусак Г.М., Бричикова Е.А. Справочник по высшей математике. — Минск: ТетраСистемс, 2000. 640 с.

35. Дегтярев Б.М. Дренаж в промышленном и гражданском строительстве. — М.: Стройиздат, 1990.-238 с.

36. Дегтярев Б.М., Дзекцер Е.С., Муфтахов А.Ж. Защита оснований зданий и сооружений от воздействия подземных вод. — М.: Стройиздат, 1985. — 264 с.

37. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. М.: Физматгиз, 1963. - 400 с.

38. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление. М.: Наука, 1974. — 544 с.

39. Жуковский Н.Е. Теоретическое исследование о движении подпочвенных вод // Журнал русского физико-химического общества. 1889. - Т. XXI, отд. I, вып. 1.-С. 1-20.

40. Жернов И.Е., Шестаков В.М. Моделирование фильтрации подземных вод. -М.: Недра, 1971.-224 с.

41. Калиткин H.H. Численные методы. М.: Наука, 1978. - 512 с.

42. Каменский Г.Н. Основы динамики подземных вод, изд. 2-е. Госгеолиздат, М., 1943. -248с.

43. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. -М.: Наука, 1976.-576 с.

44. Ковалевский B.C. Условия формирования и прогнозы естественного режима подземных вод. М.: Недра, 1973. - 149 с.

45. Кочин Н.Е., Розе Н.В. Теоретическая гидродинамика. ч.1,2. Гостехиздат, 1948.

46. Куранов Н.П., Муфтахов А.Ж., Шевчик А.П., Бывальцев И.М. Последствия подтопления застроенных территорий и способы их дренирования // Итоги науки и техники: Гидрогеология. М.: Изд-во ВИНИТИ, 1991.-Т.13.-130 с.

47. Лебедев А.Ф. Почвенные и грунтовые воды. Изд. АН СССР, 1936.

48. Лембке К.Э. Движение грунтовых вод и теория водосборных сооружений. Инженер. Журнал Министерства Путей Сообщения, Спб., №2, 1886.-c.17- 19.

49. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. — Л.: Недра, 1984.-511 с.

50. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование геофильтрации. — М.: Недра, 1976.-408 с.

51. Внутрихозяйственные автомобильные дороги в колхозах, совхозах и других сельскохозяйственных предприятиях и организациях / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1984. - 25с. - (СНиП 2.05.11-83).

52. Маслов Б.С., Минаев И.В., Губер К.В. Справочник по мелиорации. -М.:Росагропромиздат, 1989. 383с.

53. Методы фильтрационных расчетов гидромелиоративных систем / Под. ред. H.H. Веригина. М.: Колос, 1970. - 440 с. - Авт.: C.B. Васильев, H.H. Веригин, Б.А. Глейзер, Г.А. Разумов, В.К. Рудаков, B.C. Саркисян, Б. С. Шержуков.

54. Мезенцев B.C., Карнацевич И.В. Увлажненность Западно-Сибирской равнины. -Л: Гидрометеоиздат, 1969. 168 с.

55. Найфельд Л.Р., Тарасов H.A. Освоение неудобных земель под городскую застройку. М.: Стройиздат, 1968. — 224 с.

56. Нумеров С.Н. О фильтрации к несовершенной дренажной траншее в горизонтальном артезианском пласте // Известия ВНИИГ. — М.-Л., 1954, т. 52.-С. 119-130.

57. Овчинников A.M. Общая гидрогеология. Изд. 2-е. Госгеолтехиздат, М., 1955.-392с.

58. Павилонский В.М. Противофильтрационные устройства накопителей отходов промышленных предприятий // Исследования хвостохранилищ и накопителей промстоков. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1982. - С. 12-28.

59. Павловский H.H. Теория движения грунтовых вод под гидротехническими сооружениями и ее основные приложения. — Петроград: Изд-во Научно-мелиорационного института, 1922. — 752 с.

60. Павловский H.H. Собрание сочинений. Т. II. Движение грунтовых вод. — М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1956. 772 с.

61. Панов Д.Ю. Справочник по численному решению дифференциальных уравнений. М.-Л.: Гостехтеориздат, 1950. — 184 с.

62. Полубаринова — Кочина. Теория движения Грунтовых вод. Гос. изд-во технико-технической литературы, М., 1952. 676с.

63. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М.: Наука, 1977.-664 с.

64. Пономаренко Ю.В., Анпилов В.Е. Лучевой дренаж застроенных территорий. М.: Недра, 1989.-198с.

65. Прогноз и предотвращение подтопления грунтовыми водами территорий при строительстве / Под. ред. С.К. Абрамова. — М.: Стройиздат, 1978. -177 с. — Авт.: С.К. Абрамов, Б.М. Дегтярев, Е.С. Дзекцер, Г.В. Донской, А.Ж. Муфтахов.

66. Прогнозы подтопления и расчёт дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях / ВНИИ ВОДГЕО. М.: Стройиздат, 1991. -272 с. - (Справочное пособие к СНиП). - Авт.: А.Ж. Муфтахов, И.В. Коринченко, Н.М. Григорьева, А.П. Шевчик, В.И. Сологаев.

67. Прогноз и предотвращение подтопления подземными водами Омского метрополитена и прилегающей территории (1 очередь 1 линии): Отчет о НИР / СибАДИ; Рук. и отв. йен. Сологаев В.И. № Гр 01920019546: Инв. №03920013881.-Омск, 1992.-85 с.

68. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР (1917-1967) / Под ред. П.Я. Полубариновой-Кочиной. -М.: Наука, 1969. 546 с.

69. Рекомендации по прогнозам подтопления промышленных площадок грунтовыми водами / ВНИИ ВОДГЕО. М.: Изд-во ВНИИ ВОДГЕО, 1976.-324 с.

70. Рекомендации по проектированию и расчетам защитных сооружений и устройств от подтопления промышленных площадок грунтовыми водами / ВНИИ ВОДГЕО. М.: Изд-во ВНИИ ВОДГЕО, 1979. - 328 с

71. Рекомендации по методике оценки и прогноза гидрогеологических условий при подтоплении городских территорий / ПНИИИС Госстроя СССР. М.: Стройиздат, 1983. - 240 с.

72. Рекомендации по прогнозам подтопления промышленных площадок грунтовыми водами / ВНИИ ВОДГЕО. М.: Изд-во ВНИИ ВОДГЕО, 1976.-324 с.

73. Ретхати JI. Грунтовые воды и строительство / Пер. с англ. — М.: Стройиздат, 1989.-432 с.

74. Рудаков В.К. Методы прогнозных расчетов влияния орошения на режим грунтовых вод. //Вопросы гидрогеологичнских прогнозов в связи с ирригацией земель и водоснабжением. Труды Днепропетровского гос. унта. Днепропетровск, 1970, вып. 3.

75. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование. — М.: Физматлит, 2001. 320 с.

76. Самарский A.A., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. — М.: Наука, 1978.-592 с.

77. Седергрен Г.Р. Дренаж дорожных одежд и аэродромных покрытий. — М.: Транспорт, 1981.-278 с.

78. Сологаев В.И. Фильтрационные расчеты и компьютерное моделирование при защите от подтопления в городском строительстве: Монография. — Омск, 2002. -416с.

79. Терцаги К., Пек Р. Механика грунтов в инженерной практике. — М.: Госстройиздат, 1958. 608 с.

80. Трубы керамические дренажные / ВНИИстром. — М.: Стройиздат, 1974. — 6 с.-(ГОСТ 8411-74).

81. Тюменцева О.В. О развитии процесса подтопления в городе Омске // Труды СибАДИ. Омск: Изд-во СибАДИ, 1999. - Вып. 3, ч. 1. - С. 67-73.

82. Цытович Н.А. Механика грунтов, изд. 3-е. Гос. изд-во литературы по строительству и архитектуре, М JL, 1951.

83. Чарный И. А. Подземная гидромеханика. M.-JL: Гостехиздат, 1948. -196 с.

84. Чепмен Р.Е. Геология и вода. Введение в механику флюидов для геологов. Л.: Недра, 1983. - 160 с.

85. Чаповский Е.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. М.: Недра, 1966. - 304 с.

86. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. М.: Изд-во МГУ, 1995. - 368 с.

87. Шестаков В.М. Теоретические основы подпора, водопонижения и дренажа. -М.: МГУ, 1965.

88. Abu-Rizaiza O.S., Sarikaya H.Z., Ali Khan M.Z. Urban groundwater rise control // J. Irrigation and Drain. Eng. 1989. -115, № 4. - P. 588—607.

89. Blower Tim, Simpson Brian. Rising ground-water levels beneath London // «Struct. Surv.», 1988, 6, № 3, P. 229—232.

90. Borreman N. Onderzoek naar de oorzaak van te lage grondwaterstanden in stedelijk gebied // Tijdschr. watervoorz. en afvalwaterbehandel.—1988.—21, № 26. S. 776—779, 755, 775.

91. Davies J. A. Groundwater control in the design and construction of a deep excavation // Groundwater Eff. Geotechn. Eng: Proc. 9th Eur. Conf. Soil Mech. and Found. Eng., Dublin, 31 Aug. 3 Sept., 1987. - Vol. 1. - Rotterdam; Boston. 1987. - P. 139—144.

92. Geldof G.D., Boere E.N., Ven F. H. M., Acht W.N. Grondwaterbeheersing in stedelijke gebieden. // «РТ/Civ. techn.», 1987, 42, №1.-S. 43—48.97.01sen H.W. Darcy's law in saturated kaolinite // Water Resources Res. 1966, 2.-P. 287-296.

93. Pavilonsky V. M. The absence of threshold gradient in clayey soils //Groundwater Eff. Geotechn. Eng: Proc. 9th Eur. Conf. Soil Mech. and Found. Eng., Dublin, 31 Aug. — 3 Sept., 1987. Vol. 2. - Rotterdam; Boston, 1987. -P. 917—921.

94. Sochatzy G. Verfahren zur Beherrschung der Grundwasserprobleme in Zuge von NÖT-Vortrieben beim U-Bahn-Bau der Stadt Wien // «Berg- und Huttenmänn. Monatsh.». 1988, 133, № 6. - S. 287—296.

95. Перечень работ, опубликованных по теме диссертации.

96. Сологаев В.И., Кравцев К.А. Прогноз подпертой фильтрации из очага подтопления в сухой грунт. Омский научный вестник, № 10(48), Омск — 2006 . С. 55-59.

97. Кравцев К.А. Прогноз подпертой фильтрации из очага подтопления в сухой грунт (с учетом капиллярных свойств). Информационный листок № 55-008-08, ЦНТИ г.Омск.

98. Сологаев В.И., Кравцев К.А. Определение границ зоны подтопления при изменении уровня грунтовых вод для случая плоскопараллельной фильтрации. Вестник СибАДИ, выпуск 2(8), Омск — 2008 . С. 29-31.

99. Кравцев К.А, Прогноз подтопления грунта на водоупоре при маломощных грунтовых водах с учетом его капиллярных свойств. «Вестник ОмГАУ» №2, Омск 2008 . - С. 82-83.

100. Корчевская Ю.В., Кравцев К.А., Применение методики прогнозных оценок при подтоплении прибрежных территорий. «Вестник ОмГАУ» №2, Омск 2008 . - С. 86-87.