На підставі системних досліджень розглянуто сучасний стан розвитку дренажних систем і методологію їх удосконалення. Встановлено, що сучасні дренажно-акумулювальні системи мають поєднувати в єдине ціле багатофункціональні природно-адаптивні складники, розміщені у грунтовому профілі об'ємно (на різних глибинах за різними напрямками), та створені з використанням індустріальних і грунтозахисних технологій. Наведено розроблені методи розрахунку та параметричної оптимізації технічних та технологічних рішень.

Індекс рубрикатора НБУВ: П063.353.1

Рубрики:

Дренаж

Шифр НБУВ: Ж16631 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено питання математичного моделювання взаємовпливу коефіцієнта фільтрації у пористих середовищах. Проведено модифікацію існуючих базових моделей та розроблено методику досліджень процесів фільтрації у деформівних середовищах, розв'язано нові нелінійні задачі з післядією руху води до дрени та із зволожувача у грунт. У рамках моделей, що враховують суфозійно-кольматаційні явища, отримано аналітичні вирази з метою знаходження напорів, їх градієнтів та фільтраційної витрати. Встановлено співвідношення між характеристиками недеформованого середовища та середовища, що деформується залежно від фільтраційного потоку та конструктивних параметрів дренажу. Наведено рекомендації та залежності щодо розрахунку витрати та стоку до дрени з урахуванням фільтраційних деформацій придренного середовища.

Проведено дослідження фільтраційних деформацій у пористих середовищах - криволінійних чотирикутних складної геометрії областях, обмежених лініями течії та еквіпотенціальними лініями, з урахуванням взаємовпливу характеристик середовища та процесу. На підставі ідеі поетапної параметризації даних характеристик розроблено нові ефективні алгоритми розв'язання відповідних крайових задач на конформні та квазіконформні відображення криволінійних чотирикутників на прямокутники, що описують процеси зворотного впливу градієнтів квазіпотенціалу (більших за їх критичні значення) на фільтраційні характеристики середовища. На основі побудованих розв'язків нелінійних задач, за яких коефіцієнт та компоненти тензора фільтрації залежать від координат її фізичної області, пошукових функцій течії, потенціалу та його градієнта досліджено характер формування збурених зон середовища. Одержано модельні співвідношення між характеристиками недеформованого середовища та середовища, що деформується під впливом гідродинамічної дії фільтраційного потоку. Встановлено, що врахування властивостей пористого середовища та впливу градієнтів потенціалу на процес фільтрації принципово змінює базові положення методики оцінки фільтраційних характеристик грунтів.

Вивчено існуючі системи та способи регулювання водного режиму грунтів та проаналізовано сучасний стан розвитку гідромеліоративних систем. Здійснено аналітичні дослідження на моделях та за натурних умов. Розроблено більш досконалі способи регулювання водного режиму грунтів дренажно-модульними системами. Розвинуто наукові принципи створення дренажно-модульних і дренажних екранно-модульних систем, теоретично й експериментально обгрунтовано їх параметри, які є атрибутами процесів акумулювання, регулювання, витрат і перерозподілу грунтової води у кореневмісному шарі протягом вегетаційного періоду, що сприяє створенню придатних водних, повітряних умов для сільськогосподарських культур. Розроблено нові методи та способи досліджень на моделях і за натурних умов дренажних і дренажно-екранних модулів. Одержано теоретично-експериментальні дані дії дренажно-модульних систем. Розроблено математичні моделі та методи розрахунків з метою обгрунтування параметрів дренажних і дренажно-екранних модулів, які враховують нові технологічні та технічні рішення й особливості дренажно-модульних систем. Розроблено, а також теоретично, технічно та технологічно обгрунтовано виробничі процеси, що відбуваються під час їх будівництва.

Розглянуто питання проектування огороджувальної мережі гідромеліоративних систем (ГМС) у зоні надмірного зволоження у вигляді дренажно-екранних модулів (ДЕМ), які складаються з дрени та вкладеного біля неї протифільтраційного екрана (ПФЕ). Розроблено нову методику розрахунку параметрів фільтраційного потоку до ДЕМ з прилеглих до ГМС територій з урахуванням глибини вкладення ПФЕ, відстані від ПФЕ до дрени, положення рівнів грунтових вод (РГВ), гідравлічного навантаження на дрену та впливу водоупору. На підставі результатів математичного моделювання та експериментальних досліджень за лабораторних і польових умов дії ДЕМ підтверджено ефективність їх використання для обмеження взаємного впливу ГМС і прилеглих територій. Створено технологію та механізм для будівництва ДЕМ. Розроблено математичну модель процесу розмотування плівки під час вкладення ПФЕ. З використанням нової моделі виготовлено механізм вкладення ПФЕ.

  Скачати повний текст

Дисертацію присвячено питанням теоретичного опису сумісного процесу фільтрації у зернистому середовищі та суфозійних явищ, які виникають під дією сил з боку фільтраційного потоку. Розроблено математичну модель, яка описує фільтрацію в усьому грунтовому масиві і деформації (суфозію, кольматаж) у зоні дії градієнтів напору, вищих за критичні, на основі якої поставлено крайові задачі нелінійної фільтрації. Отримано аналітичні розв'язки задач фільтрації під час стабілізації суфозійних процесів, які можна безпосередньо використати у вирішенні актуальних практичних проблем. Лабораторними дослідженнями деформаційних процесів у грунті навколо дренажних конструкцій та зволожувачів визначено адекватність теоретичних розв'язків дослідним даним. Запропоновано залежності для фільтраційного розрахунку дренажних конструкцій із урахуванням механічної суфозії та кольматажу, які виникають у грунті придренної зони.

Здійснено експериментальні та теоретичні дослідження деформаційних процесів у несуфозійних і суфозійних незв'язних грунтах у навколодренній зоні під час роботи дренажної системи у режимі осушення, підгрунтового зволоження та циклічному режимі. Експериментально підтверджено, що деформації грунтів негативно впливають на фільтраційні процеси у навколодренній зоні. Запропоновано практичні рекомендації щодо розрахунку й експлуатації осушувально-зволожувальних систем.

На основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень встановлений характер зміни коефіцієнта фільтрації в несуфозійному та суфозійному середовищах в навколодренній зоні при роботі дренажних конструкцій в гідравлічних режимах осушення і зволоження. На основі цього обгрунтовані моделі деформаційних процесів, які відбуваються при фільтрації в навколодренній області при роботі дренажних систем в режимах осушення і зволоження в несуфозійному та суфозійному грунтах, отримані залежності для визначення гідравлічних напорів в області фільтрації та питомих витрат.

Обгрунтовано рішення актуального науково-технічного завдання захисту від підтоплення територій населених пунктів і земельних угідь грунтовими водами зі штучних водосховищ. На прикладі роботи Кам'янка-Дніпровської протифільтраційної завіси з ерліфтною системою водовідбору виконано ретроспективний аналіз фактичного технічного стану гідротехнічних споруд, а також гідрогеологічного стану території захисту, досліджено гідрохімічний склад грунтових вод. Розроблено вимоги до конструкції фільтрів високодебітних дренажних свердловин, з урахуванням яких запропоновано та впроваджено їх удосконалений варіант. Здійснено практичну реалізацію технічних розробок на дренажних свердловинах існуючих протифільтраційних завіс на Каховському водосховищі та підтверджено їх ефективність.

Одержано кількісні характеристики залежності водного та температурного режимів грунту від погіршення ступеня дренування. На підставі експериментальних і теоретичних досліджень доведено, що застосування даної методики в проектах реконструкції й експлутації ділянок дренажу на діючих осушувальних системах за сучасних умов, особливо за наявності великої кількості малих землевласників, забезпечить оцінювання дії дренажних систем, їх раціонального використання й економічної ефективності.

Обгрунтовано нове вирішення актуального науково-прикладного завдання, що полягає в удосконаленні методу оптимізації параметрів сільськогосподарського дренажу за економічними та екологічними вимогами. Проведено комплекс досліджень та розроблено принципи побудови та реалізації комплексної моделі оптимізації параметрів дренажу за мінімізацією наведених витрат з урахуванням погодно-кліматичного ризику, а також відповідною екологічною складовою умовою як обмеженням щодо відповідності значень модуля дренажного стоку в межах системи його екологічно допустимому значенню. Наголошено, що реалізація комплексу відповідних оптимізаційних та прогнозно-імітаційних моделей за змінними природно-агро-меліоративними умовами реального об’єкта надає змогу визначати економічно доцільні й екологічно прийнятні проектні рішення щодо конструкції та параметрів дренажу, оцінити технологічну та екологічну ефективність його роботи у межах проектного терміну.

Уперше науково обгрунтовано необхідність і запропоновано принцип підвищення дренуючої здатності дренажу шляхом удосконалення його конструкції на основі збільшення зони активного дренування з глибини закладання наявних дрен до необхідної технологічно, економічно й екологічно обгрунтованої глибини за рахунок улаштування додаткових дрен, що забезпечує ефективний захист від підтоплення територій за заданих умов. Встановлено наявні та необхідні параметри технологічної ефективності дренажної системи (площ та тривалості підтоплення, режиму РГВ, модулів дренажного стоку та кривих депресії), за якими обгрунтовано необхідний ступінь підвищення інтенсивності роботи дренажу для забезпечення захисту забудованих територій за умов трансформованих меліорованих угідь. З'ясовано залежності між основними чинниками підтоплення та параметрами дренування щодо атмосферних опадів, глибини залягання РГВ та модулів дренажного стоку, які дозволяють пояснити параметри удосконаленої конструкції дренажної системи з використанням загальноприйнятих методів.

Розглянуто параметри, що впливають на рух двофазних потоків у трубопроводах. Розроблено математичну модель дренажної системи, яку побудовано на базі рівнянь збереження енергії і суцільності потоку з урахуванням геометричних особливостей системи, структури двофазного потоку, ковзання фаз, стисливості потоку та дисипації енергії.

Получено численное решение одномерной задачи совместных фильтрации и влагопереноса в однородном грунте при постоянной скорости перемещения уровня грунтовых вод (УГВ). Применительно к классу песчаных грунтов международной классификации FAO выполнено множество численных расчетов интенсивности водообмена между насыщенной и ненасыщенной зонами. На их основе предложены для характеристик водообмена аппроксимационные выражения, раздельно учитывающие влияние на водообмен положения и скорости УГВ. Выполнена оценка значимости динамики УГВ для указанных характеристик.

Получено аналитическое решение нелинейной задачи неустановившейся фильтрации к систематическому горизонтальному дренажу с учетом влияния зоны аэрации и инфильтрации. На его основе выведено уравнение, позволяющее надежно определять расстояние между дренами при заданных требованиях к осушению грунта. На примерах проиллюстрировано поведение решения и продемонстрирована целесообразность более аккуратного учета водообмена между насыщенной и ненасыщенной зонами, что позволяет, в частности, обоснованно увеличивать междренные расстояния.

Наведено нове розв'язання науково-технічного завдання, що полягає в удосконаленні конструкції та технології водорегулювання осушуваних земель на основі поєднання саморегулювання та акумулювання води шляхом улаштування дренажно-модульної системи з різнорівневими гідравлічно зв'язаними регулюючими дренами. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень науково обгрунтовано параметри дренажно-модульних систем із різнорівневим підключенням гідравлічно зв'язаних регулюючих дрен, розроблено методи їх розрахунку. Показано, що дана розробка за технологічною й екологічною ефективністю займає проміжне місце між традиційними попереджувальним і зволожувальним шлюзуванням і є найкращою за економічною ефективністю та інвестиційною привабливістю.

Наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення науково-практичного завдання, що полягає в науковому обгрунтуванні параметрів та умов застосування ВДЕ (вертикальний дренуючий елемент) для підвищення гідрологічної дії регулюючої мережі ДМС (дренажно-модульна система). На основі теоретичних і експериментальних досліджень обгрунтовано параметри ВДЕ, а також умови його застосування, визначено ступінь впливу на гідрологічну дію регулюючої мережі ДМС, його фізичних параметрів (товщини та коефіцієнта фільтрації та умов зовнішнього робочого середовища (коефіцієнта фільтрації грунту). Виконано розрахунки економічної ефективності застосування ВДЕ та розроблено рекомендації виробництву.

Розроблено комплексні моделі системної оптимізації та удосконалено методику їх реалізації за відповідними критеріями та моделями, які дають змогу обґрунтувати режимні, технологічні та конструктивні рішення у проектах будівництва, експлуатації, реконструкції та модернізації дренажних систем (далі - ДС) з дотриманням сучасних економічних і екологічних вимог у їх взаємозв'язку, коли кожне наступне оптимальне рішення приймається з урахуванням попереднього. Науково обґрунтовано, що модулі дренажного стоку та модулі водоподачі й їх параметри є визначальними чинниками та головною умовою реалізації моделей системної оптимізації, параметрів основних технічних елементів та ДС в цілому, їх формування та закони розподілу за змінними природно-агро-меліоративними умовами реального об'єкта. На основі системної оптимізації удосконалено методи обґрунтування: розрахункових значень модулів дренажного стоку та модулів водоподачі, що відповідають сучасним технічним, технологічним, економічним і екологічним вимогам, параметрів дренажу з урахуванням різних технологій глибокого розпушення осушуваних мінеральних ґрунтів, оптимального типу, конструкції та параметрів діючих найбільш поширених самотічних і польдерних ДС, а також основних їх технічних елементів - за якими удосконалено технологію проектування ДС щодо поетапного оцінювання їх різнорідних параметрів, шляхом поєднання та послідовної, реалізації за ієрархічною підпорядкованістю, прийняття відповідних рішень за базовими проектними процедурами.