5. Методические указания по фильтрационным расчетам (общие положения)

Фильтрационные расчеты выполняются при параметрах накопителя, указанных в задании на проектирование: назначение, тип и основные размеры накопителя; отметка воды в отстойном пруде; варианты ограждающей дамбы, противофильтрационных и дренажных элементов; инженерно-геологические условия площадки; параметры массива отходов – ширина пляжа и толщина слоя донных отложений прудковой зоны; инженерно – гидрогеологические условия и внешние водоемы, фильтрационные характеристики грунтов основания, тела дамбы и массива складируемых отходов в пляжной и прудковой зонах, таблица 4.1.

В проекте и расчетах могут быть учтены дополнительные факторы, задаваемые индивидуально для реального объекта (например, данные, полученные на производственной практике и используемые далее в дипломном проектировании, или параметры, рекомендуемые заказчиком конкретного сооружения).

Исходные данные, необходимые для проектирования и расчетов, принимаются по проектному заданию (табл. 4.1.).

Предварительно построенные на миллиметровке в масштабе 1:50 или 1:100 расчетные схемы (Рис. 1-5), характеристики грунтов и другие исходные данные необходимо согласовать с руководителем проекта до выполнения расчетов и дальнейших построений.

В первом разделе проекта расчеты выполняются по формулам пособия /1/. При этом для неоднородного основания, сложенного несколькими слоями проницаемых грунтов, принимаем осредненный коэффициент фильтрации, определяемый по пособию /2/. Цель этих расчетов – построение кривой депрессии фильтрационного потока в теле дамбы и ее основании и оценка фильтрационных потерь из накопителя при различных схемах подземного контура. В этомразделе не требуется точное графическое построение эквипотенциалей и линий токов; результаты расчетов рассматриваются как ориентировочные. Отметим, что эти результаты не всегда совпадают с более точными расчетами, выполняемыми численным методом.

Во втором разделе проекта выполняется основной объем расчетов, необходимых для обоснования наиболее экологически приемлемого варианта сооружения. Эти расчеты выполняются с использованием вычислительного моделирования фильтрационной задачи в плоско-вертикальной постановке. Алгоритм и программа расчета основаны на методе конечных разностей, в соответствии с которым на математической модели сплошной грунтовый массив области фильтрации рассматривается как дискретный, разделенный на определенное количество расчетных блоков. Методические рекомендации по выполнению данного цикла расчетов приведены ниже, в гл 7.

В результате должны быть построены полные гидродинамические сетки (Рис. 6-9) с соблюдением следующих закономерностей: ортогональность во всех пересечениях линий тока с эквипотенциалями; ортогональность в пересечениях линий тока с проницаемой поверхностью дна отстойного пруда, внешнего дренажного канала или другого водоема, рассматриваемого как область стока. При этом положение кривой депрессии и участка высачивания определяется как в пределах профиля дамбы, так и ниже, до боковой проницаемой границы области фильтрации, на которой должно быть задано боковое граничное условие (БГУ), определяемое наблюдениями во внешней скважине, расположенной на контуре зоны гидродинамического влияния накопителя.

Рисунок 6 – Результаты расчета. Накопитель без дренажа

Рисунок 7 – Результаты расчета. Накопитель с внутренним дренажом

Рисунок 8 – Результаты расчета. Накопитель с внешним дренажом

Рисунок 9 – Результаты расчета. Накопитель, максимально заполненный водой и отходами

Кривая депрессии и эквипотенциали строятся в процессе математического моделирования, а линии тока – графически, т.е. используется графо-аналитический метод.

По сеткам с использованием известных положений основного закона фильтрации (пособие /2/) определяются:

• расход q, высачивающийся на поверхность низового откоса дамбы и на поверхность основания при отсутствии или отказе дренажа;

• расход q₁, поступающий во внутренний или внешний дренаж, направляемый из него в бассейн осветленных и дренажных вод (БОВ) и затем возвращаемый в систему гидротранспорта отходов предприятия ( принимаем, что этот расход не участвует в загрязнении подземных и поверхностных вод).

• расход q₂, проходящий транзитом по проницаемому основанию дамбы и определяющий загрязнение подземных и поверхностных вод (при высачивании во внешний водоем, расположенный в нижнем бьефе дамбы);

Фильтрационные расчеты завершаются сравнительным анализом рассмотренных вариантов. В анализе сравниваются:

• положение кривой депрессии;

• параметры участка высачивания;

• расходы потока, поступающего в дренаж, и транзитного потока;

• экранирующий эффект слоя намывных отложений отходов;

• другие факторы, определяющие уровень экологической безопасности объекта; например, формирование эффекта гидравлической завесы (пособие /1/).

Анализ завершается выводом противофильтрационной эффективности сравниваемых вариантов и рекомендациями по альтернативным техническим решениям, направленным на повышение экологической безопасности и эксплуатационной надежности данного объекта (эти решения предлагаются авторами без проведения дополнительных расчетов).