Осушительно-увлажнительная система

5.3. Гидравлический расчет открытых каналов.

В результате гидравлических расчетов должны быть обеспечены условия пропуска расчетных расходов в канале в соответствии с табл. 1.

Предварительные параметры каналов: глубины, уклоны, ширины по низу могут быть получены в результате проектирования каналов и их взаимной увязки в вертикальной плоскости.

Гидравлический расчет открытых водотоков производят в следующих створах:

а) в устье водотока;

б) выше и ниже каждого впадающего канала, расход которого составляет 10% и более от расхода рассчитываемого водотока в данном створе;

в) выше и ниже мест перелома уклонов;

г) на бесприточных участках при увеличении водосбросной площади на 10% по отношению к выше расположенному расчетному створу.

Проектирование и гидравлический расчет открытых проводящих каналов ведется в следующей последовательности:

1) на плане намечается трасса канала в соответствии с выше приведенными рекомендациями;

2) на намеченной на плане трассе на миллиметровой бумаге строится профиль поверхности трассы, на нем показываются все впадающие в канал открытые каналы и закрытые коллектора и отметки их устьев (дна);

3) в соответствии с требованиями сопряжения открытых каналов с открытыми и закрытыми собирателями и исходя из условий пропуска расчетных расходов, устанавливается глубина канала Н (2.0 - 2.5 м); эта глубина канала Н откладывается на построенном профиле;

4) придерживаясь принятых глубин канала, проектируется дно канала, желательно чтобы уклон канала соответствовал уклону поверхности трассы канала.

Гидравлический расчет заключается в определении основных параметров: J - уклон дна; глубины Н; ширины по дну b.

Расчет ведется методом последовательных приближений.

1) в соответствии с принятым уклоном J, назначив ширину по дну (0.4 - 0.6 м) в соответствии с параметрами ковша экскаватора, приняв трапецеидальную форму поперечного сечения и соответствующее для заданных грунтов заложение откосов, для 3 - 4 глубин канала (0.5 м; 1.0 м; 1.5 м; 2.0 м) определяем расходы воды для этих глубин и строим кривую связи Q;

2) проверяем насколько принятые параметры отвечают условиям

пропуска расчетных расходов

H = h + a,

где h - глубина воды в канале при пропуске расчетных расходов, м;

a - запас от бровки канала до расчетного уровня, м; в со ответствии с табл. 1;

3) в случае, если принятые параметры удовлетворяют условиям пропуска расчетных расходов, их оставляют без изменений, если параметры не обеспечивают требуемого запаса_1 _0 , то приходится изменять ширину канала по дну, глубину или уклон до получения удовлетворительного результата;

4) для принятых параметров канала определяются максимальные и минимальные скорости воды и сравниваются с допустимыми на размыв и заиление, при скоростях, превышающие допустимые на размыв, подбирается подходящий тип крепления.

Полученные в результате гидравлического расчета уровни воды в канале при пропуске расчетных расходов наносятся на продольные профили и типовые поперечные сечения (Приложе- ние 5).

Гидравлический расчет каналов выполняется по формулам равномерного движения

Q = w×v = wC, (12)

где Q - расчетный расход в створе, м.куб./с;

w - площадь живого сечения, м. кв./с;

C - скоростной коэффициент;

R - гидравлический радиус, м;

j- уклон дна канала.

Для трапецеидального русла

w =(b + mh) × h (13)

R = w/X (14)

X = b + 2h × (15)

Скоростной коэффициент определяется по формуле Н.Н.Павловского

(19)

а) при 0,1 м < R < 1.0 м у = 1,5

б) при 1.0 м < R < 3.0 м у = 1,3

Коэффициент шероховатости принимается в соответствии с приложением 6.

6. Проектирование закрытой регулирующей сети.

6.1. Порядок проектирования.

Перед непосредственным проектированием закрытой регулирующей сети в плане необходимо выполнить следующее:

1) установить площади не требующие осушения;

2) определить площади, где необходимо проектировать специальные виды дренажа либо открытую сеть;

3) наметить участки кустарника и мелколесья, которые следует оставить в качестве полезащитных лесополос и природных мероприятий;

4) установить водоразделы и определить, откуда и с какой площади поступает поверхностный сток на осушаемый участок;

5) наметить трассы водоприемника, проводящих и ограждающих каналов, а для польдерных систем - трассы ограждающих дамб;

6) наметить места водохранилищ, прудов, противопожарных водоемов, насосных станций и других сооружений;

7) определить трассы проектируемых и внутрихозяйственных и эксплуатационных дорог;

8) наметить трассы подземных трубопроводов при проектировании осушительно-оросительных систем.

6.2. Проектирование дренажа в плане.

Закрытая регулирующая сеть может быть выборочной и систематической. Выборочная сеть проектируется в тех случаях, когда необходимо осушить отдельные понижения с помощью несколько дрен или закрытых собирателей.

Систематической сетью осушается отдельный массив, по которому дрены или закрытые собиратели располагаются на расчетном расстоянии параллельно друг другу.

При уклонах поверхности 0.005 и более систематическую регулирующую сеть следует проектировать перпендикулярно основному потоку поверхностных вод (поперечная схема), располагая под острым углом к горизонталям местности для придания дренам большего уклона, что позволяет избежать большего заглубления устьевой части дрен.

При безуклонной и малоуклонной поверхности осушаемого участка регулирующая сеть может быть расположена как по продольной, так и по поперечной схеме. При реконструкции мелиоративных систем (замене открытой сети на закрытый дренаж), дрены и коллектора должны быть запроектированы таким образом, чтобы было минимальное количество пересечений с ликвидируемыми каналами.

При проектировании дренажной сети необходимо стремиться к двухстороннему впуску дрен в коллектор.

Максимальная длина дрен при уклонах J < 0.005 - 200 м, J > 0.005 - 300 м.

Наименьшая длина - 50 м.

Расстояния между элементами дренажной системы и открытыми каналами, а так же другими сооружениями должны назначаться в соответствии с размерами, указанными в приложении 7.

Длину коллекторов следует принимать не более 500 м.

6.3. Проектирование дренажа в вертикальной плоскости.

Глубина заложения дрен и собирателей устанавливается в зависимости от почвенных, топографических и гидрогеологических условий с учетом намечаемого сельскохозяйственного использования мелиорируемых земель.

Для обеспечения равномерности осушения дрены и собиратели по возможности проектируются одинаковой глубины.

Рекомендуется следующая оптимальная глубина дрен:

а) глины и суглинки, торф ( после осадки и сработки торфа - 1.2 - 1.3 м;

б) пески и супеси 1.1 - 1.2 м.

Минимальные глубины:

а) глины, суглинки, торф - 1.1 м;

б) песок, супесь - 1.0 м.

Наибольшая глубина дрен и собирателей с целью сведения к минимуму отрицательного воздействия осушения на водный режим прилегающей территории не должна превышать 1.4 м.

Уклон дрен и собирателей по возможности проектируется единым по всей длине дрены, близким к естественному уклону поверхности. Оптимальные уклоны дрен - 0.008 - 0.015. Минимальные - 0.003, на безуклонных площадях - 0.002.

Диаметры гидравлически не рассчитываемых дрен принимается конструктивно с таблицей.

Таблица 3.

Во избежание закупорки полостей дренажных труб корнями древесно-кустарниковой растительностью, дрены необходимо располагать от лиственных пород не ближе 20 м, а для хвойных - 15 м. При осушении садов дрены прокладываются посередине рядов деревьев.

Сопряжение дрен и собирателей с коллекторами рекомендуется осуществлять под углом 60 - 90, по возможности обеспечивая двусторонний впуск.

6.4. Защита дренажа от заиления.

При движении грунтовых вод к дренажным трубам и водоприемным отверстиям дрен происходит сужение фильтрационного потока, увеличение скоростей фильтрации и градиентов фильтрационного напора, в результате чего могут происходить фильтрационные деформации несвязных грунтов в виде выпора через отверстия дрен размером от 2 до 4 мм в полости труб. Частицы грунта при практически встречающихся уклонах дрен откладываются в трубах, уменьшая площадь поперечного сечения, вплоть до полной закупорки труб. В результате заиления полостей дренажных труб, кольматажа водоприемных отверстий дренаж перестает функционировать и дренированные площади становятся непригодными для сельскохозяйственного использования.

Для предупреждения заиления дренажа при его проектировании и строительстве необходимо предусматривать специальные мероприятия, которые заключаются в защите водоприемных отверстий дрен подходящим фильтрующим материалом для конкретных грунтовых и гидрогеологических условий осушаемого участка. Способы защиты и защитные материалы приведены в таблице 3.

Таблица 3.

При содержании в грунтовых водах осушаемых объектов закисного железа более 3 мг/л должны быть предусмотрены следующие мероприятия:

а) уклоны дренажных линий должны быть не менее 0.004;

б) защиту стыков дренажных труб производить соломой, льнокострой, опилками.

6.5. Гидравлические расчеты закрытых коллекторов.

Цель гидравлических расчетов - определение размеров поперечного сечения (диаметра) коллектора в зависимости от нарастания водосбросной площади.

Расчетные расходы необходимо определить в следующих сечениях: устье коллектора, местах изменения уклонов, при сопряжении коллекторов различных порядков, в местах впусков поверхностных вод из поглащающих устройств.

Расчетный расход дренажных вод в любом створе определяется по формуле:

Q = q ×F, где

q - модуль дренажного стока, л/(с га) - задается в зада нии;

F- площадь дренажной системы выше расчетного створа, га.

Гидравлический расчет труб производится по формулам равномерного движения при работе трубы полным сечением при безнапорном режиме

Q = q ×F = w × C ×, где

Q - расход коллектора, л/с;

w - площадь живого сечения коллектора, м кв.;

R - гидравлический радиус, м;

J - уклон коллектора;

C - скоростной коэффициент.

Для облегчения гидравлических расчетов закрытых коллекторов в справочных пособиях приводятся таблицы и графики.

Гидравлический расчет (подбор диаметров коллекторов) от истока к устью ведется в следующей последовательности:

1) в истоке принимается минимальный диаметр равный 5 см или 7.5 см;

2) определение площади, которая может быть обслужена данным диаметром коллектора при запроектированном уклоне

3) для облегчения определения площади, ее определяют по формуле:

, где

- суммарная длина дрен, которая может быть подключе- на к данному коллектору, м;

B- расстояние между дренами, м.

Суммируется длина дрен, начиная сверху, и на плане определяется место изменения диаметра коллектора.

4) для увеличенного диаметра коллектора снова определяется суммарная длина дрен и снова определяется место изменения диаметра. Расчеты выполняются последовательно до устья коллектора.

В приложении 8 приведены таблицы для подбора диаметра коллекторов из керамических труб в зависимости от уклонов коллекторов и расходов.

Результаты гидравлических расчетов сводятся в таблицу 4.

Таблица 4.

7. Дороги и сооружения на мелиоративных системах.

При проектировании мелиоративных систем должны быть предусмотрены дороги для вывоза с полей сельскохозяйственной продукции к местам ее хранения и переработки, для перемещения сельскохозяйственных машин, перегона скота. В зависимости от конкретных условий могут быть запроектированы следующие виды дорог: межхозяйственные, внутрихозяйственные, полевые и эксплуатационные.

При проектировании дорог необходимо учитывать следующие положения:

по возможности совмещать дороги различного назначения; трассировать вдоль границ хозяйств, полей севооборотов, рек-водоприемников и каналов; стремиться к минимальному количеству пересечений трассдорог с реками и каналами; трассы дорог должны проходить по наиболее высоким отметкам и участкам с минимальными глубинами торфа.

При проектировании дорог и переездов должны быть использованы типовые сооружения.

Для нормальной эксплуатации осушенных земель должны быть запроектированы необходимые сооружения: мосты, пешеходные мостики, трубыпереезды, трубы-регуляторы, смотровые и наблюдательные колодцы, дренажные устья, колодцы-поглотители, скотоперегоны и другие.

Строительство сооружений осуществляется по типовым проектам. Гидравлические расчеты сооружений производятся в соответствии с требованиями СНиП.

8. Мероприятия по охране природы.

С целью уменьшения отрицательного воздействия мелиоративных мероприятий на окружающую среду, предохранения почв от ветровой о водной эрозии, а вод от загрязнения, сохранения фауны, при проектировании осушительных систем необходимо соблюдать следующие условия:

глубина проводящих каналов не должна превышать 2.7 м, дрен - 1.4 м, коллекторов - 1.7 м, нагорных каналов - 1.3 м, ловчих дрен - 2.0 м;

предусматривать создание водоохранных зон и прибрежных полос вдоль водотоков; не регулировать русла рек без специальных обоснований по ширине поймы до 300 м;

проектировать лесополосы;

осушенные торфяники должны иметь систему надежного противопожарного водоснабжения.

Часовой расход вод для тушения пожаров определяется по формуле:

Q = 160 ×,

где F - площадь расчетного участка, км кв.;

обычно площадь расчетного участка не превышает 10 км кв.

Источником противопожарного водоснабжения могут служить:

а) водохранилища, пруды, реки, озера, выработанные карьеры, а также специально устраиваемые противопожарные водоемы;

б) осушительные каналы с подпорными сооружениями;

в) при отсутствии поверхностных источников - подземные воды.

9. Регулирование водного режима осушаемых земель.

В связи с тем, что атмосферные осадки в течение года выпадают неравномерно, в вегетационный период наблюдается дефицит влаги в почве, что снижает урожай сельскохозяйственных культур. Для восполнения дефицита влаги необходима дополнительная подача воды в корнеобитаемый слой. Наиболее часто увлажнение осушаемых земель в условиях Белоруссии осуществляется методами внутрипочвенного увлажнения или дождевания.

Наиболее экономичным способом увлажнения является осушительно увлажнительная система с увлажнением почв путем инфильтрации воды из каналов и дрен посредством поднятия уровней воды в каналах и создания напора воды в закрытых дренах при шлюзовании. Этот способ применяется на малоуклонных выровненных участках с хорошо фильтрующими грунтами (мелко- и среднезалежные торфяники, подстилаемые песками). При глубинах торфа, превышающих 1.0 м для ускорения цикла увлажнения дополнительно к каналам и дренам эффективен кротовый дренаж, прокладываемый от открытых каналов. На участках со значительными уклонами и сложным рельефом местности могут быть применены для увлажнения дождевальные машины и установки с забором воды из открытых водотоков или скважин. Этот способ значительно дороже первого и применяется для увлажнения высокорентабельных культур.

Приложение 1.

Ординаты кривых обеспеченности (модульный коэффициент Кр)

Приложение 2

Параметры и физико-географические характеристики водоприемников и их водосбросов