Гидротехнические мелиорации лесных земель. Учебно-методическое пособие

Если мощность торфа более 50 % глубины канала, проектирование откосов допускается по торфяному грунту, если меньше – по минеральному (за исключением песчаных грунтов, где откосы проектируются по подстилающему грунту при заглублении в него канала более чем на 25 см).

Для каналов, проходящих в мелкозернистом песке , приведенные выше коэффициенты откосов(см. табл. 3.1) даны для надводной части, подводная часть требует крепления. Для каналов в лесопарковой зоне коэффициент заложения откосов принимается по -наи большему значению. В курсовой работе необходимо подобрать коэффициенты откосов для всех типов каналов.

Расчетный горизонт воды в каналах. В лесах хозяйственного значения при расчете каналов на пропуск расходов летних паводков глубина наполнения каналов h принимается на 0,2–0,4 м меньше их установившихся глубин.

Для приведенного выше примера (см. расчет Туст.м.к на с. 14–15) глубина наполнения каналов определится следующим образом:

hр.м.к = Туст.м.к – 0,2 = 1,0 – 0,2 = 0,8 м.

Суть гидравлического расчета состоит в подборе поперечного сечения канала, обеспечивающего безопасный пропуск заданного расчетного расхода. В связи с тем, что глубина канала является в данном случае заданной, подбирается необходимая ширина канала.

Чтобы сократить вычисления до минимума, необходимо установить предельное расчетное значение расходной характеристики канала KQрасч:

В частности, для примера Qл.п25% = 2,52 м3/с уклон i = 0,0017 (берется максимальный уклон дна на продольном профиле). Тогда получим:

Для определения ширины канала по днуb строится график зависимости расходной характеристики KQрасч от ширины канала по дну b. Для этого вычисляются значения χ, R, C и KQ, соответствующие ряду

41

произвольно выбранных значенийb. В основе расчета– уравнение равномерного движения жидкости:

в котором m – коэффициент заложения откоса (примем m = 1); С – скоростной коэффициент формулы Шези, рассчитываемый по формуле Н. Н. Павловского (для расчета приближенно берется по табл. 3.2); R – гидравлический радиус потока воды в канале, м:

42

Примечание. Здесь n – коэффициент шероховатости (для свежевырытых каналов берется в пределах 0,025–0,030). Промежуточные значения скоростного коэффициента C находятся интерполяцией n и R.

Вычисленные показатели фиксируются в табл. 3.3.

Согласно графику, KQ = f (b) (рис. 3.1) – магистральный канал на нулевом пикете, где расходная характеристика канала KQрасч = 61 м3/с, он должен иметь ширину по дну b, при которой расходная характеристика канала KQ, определяемая по формуле

превысит значение KQрасч.

43

В результате расчета приb = 3,0 м расходная характеристика воды по каналу получилась несколько больше притока воды к нему, что недопустимо. Поэтому расчет прекращается.

b, м

b = 2,6 м

KQрасч = 61 м3/с

KQ, м3/c

Рис. 3.1. График зависимости расходной характеристики

канала KQ от ширины по дну b:

KQрасч = 61 м3/с; b = 2,6 м

Определив значения пропускной способности канала, путем построения графика зависимости KQ = f (b) при постоянном значении hp магистрального канала находят расчетное значение ширины канала bp.

В координатной системе KQ = f (b) определим точки KQmin и KQmax, отвечающие значениям bmin и bmax. На полученной кривой найдем значение KQрасч, соответствующее гидрологическому расходу, полученному в результате гидрологического расчета. Проведя горизонтальную линию через найденную на кривой точку, получим значение bp на ординате графика. По графику b оказалась равной 2,6 м. Ширину по дну осушителей принимают равной0,4 м без расчета, а гидравлически не рассчитываемых собирателей – 0,4–0,6 м.

Определение устойчивости русла канала. Глубины наполне-

ния канала при разных расходах устанавливаются по кривым расходов Q = f (h), показывающим пропускную способность канала при разном его наполнении. Для построения кривой расходов вычисляют коор-

44

динаты нескольких ее точек с таким расчетом , чтобы превысить Qт.в.25% или Туст.м.к. Результаты вычислений сводятся в табл. 3.4, по данным которой строится график (рис. 3.2). По графику, в свою очередь, определяется глубина наполнения канала водой при пропуске бытовых и талых вод по соответствующим расходам.

Таблица 3.4

Расчет наполнения канала водой при b = 2,6 м, m = 1,2, n = 0,30, i = 0,0017

h, м

hрасч = 1,02 м

hрасч = 1,00 м

hрасч = 0,2 м

Q, м3/c

Рис. 3.2. Кривая расходов Q = f (h):

Qбыт = 0,23 м3/с; hбыт = 0,2 м; Qт.в25% = 4,05 м3/с; hт.в = 1,02 м

45

Для определения минимальной скорости течения воды в канале необходимо знать расход бытовых вод и площадь живого сечения при пропуске бытовых вод. Они рассчитываются по формулам

w = (b + mhбыт )hбыт ,

wбыт = (2,6 + 1,2 ∙ 0,3) ∙ 0,3 = 0,89 м2.

Следовательно, минимальная скорость течения воды в канале составит:

umin =Qбыт / w = 0,23 / 0,89 = 0,26 м/с.

При данном значении присутствует опасность заиления приустьевой части канала наносами (табл. 3.5).

Максимальная скорость течения воды в канале υmax наблюдается при пропуске талых вод (Qт.в25% = 4,05 м3/с). На представленном выше графике (см. рис. 3.2) этому значению расхода соответствует глубина наполнения, равная 1,02 м, т. е. расход талых вод превышает пропускную способность канала и вода располагается выше бровок. В этом случае расчетный горизонт воды в канале(hр берется равным Туст.м.к, см. пример 1 на с. 14), т. е. при заполнении канала водой до бровок. Тогда площадь живого сечения ωт.в определится в виде

wт.в = (b + mhр )hр ,

ωт.в = (2,6 + 1,2 ∙ 1,0) ∙ 1,0 = 3,8 м2.

Величина расхода талых вод берется из графика, для Туст.м.к этот параметр равен 1,0 м. Таким образом, максимальная скорость течения

46

воды при расходе талых водQт.в = 4,05 м3/с и живом сечении канала ωт.в = 3,0 м2 находится следующим образом:

umax =Qт.в / w = 4,05 / 3,8 = 1,07 м/с.

При такой скорости течения (табл. 3.6) дно и откосы будут подвергаться размыву (для торфа сфагнового, сильной степени разложе-

ния υmax = 0,5–0,8 м/с).

Во избежание размыва грунта канала необходимо перепроектировать его продольный уклон в сторону уменьшения, покрыть дно и откосы материалом, выдерживающим данную скорость на размыв, или предусмотреть крепление с помощью жердей, хвороста или фашин.

При жердяном креплении в дно канала у основания откоса через 1,5–2 м по длине канала вертикально забивают колья диаметром 8–10 см на глубину 0,6–0,7 м. К кольям со стороны откоса крепят жерди из хвойных пород толщиной не менее 7–8 см. Высота крепления должна превышать горизонт бытовых вод в каналах на5–10 см. Для предотвращения сжатия грунтом стенок крепления между кольями внизу на дне и на верху кольев ставят распорки.

Хворостяное крепление устраивают в виде плетня. Для этого у основания откосов вдоль каналов через0,3–0,4 м забивают колья диаметром 5–7 см на глубину 0,5–0,6 м. Колья плотно оплетают хворостом из ивы, березы или хвойных пород. За плетнем укладывают дерн или торф.

47

Фашинное крепление выполняют из ивового, березового, ольхового или елового хвороста. Толщина фашины – 25–30 см. Крепление к откосу производится деревянными кольями, забиваемыми сквозь фашину.

После окончания расчетов должен быть выполнен поперечный профиль рассчитанного магистрального канала с указанием всех элементов канала, включая условное изображение сточных воронок. Профиль вычерчивают для нулевого пикета после проведения -гид равлического расчета. Масштабы: горизонтальный – 1:50, верти-

кальный – 1:30 (см. рис. 1.1).

Открытый лесомелиоративный канал обычно имеет трапецеидальную форму. Его глубина соответствует Тпр.м.к. Коэффициент откоса выбирается по табл. 3.1.

У каналов регулирующей сети ширина по днуb принимается конструктивно – 0,30 м; для гидравлически нерассчитанных каналов, ограждающей и проводящей сетей– 0,40–0,60 м; для гидравлически рассчитываемых каналов – по расчету.

Ширина канала по верхуB определяется с учетом расчетной величины ширины канала по дну b:

Аналогично в соответствии с выданным заданием выполняются поперечные профили остальных каналов по принятым параметрам.

Контрольные вопросы и задания

1.Как учитывается скорость течения воды в каналах при их проектировании?

2.Зависит ли глубина канала от глубины торфа?

3.Каким образом учитывается осадка торфа при проектировании осушительной сети?

4.Как можно обеспечить устойчивость откосов каналов?

5.Опишите, как определяются ширина канала по дну и горизонт

воды.

6.В каком случае расчетный горизонт воды в канале берется равным установившейся глубине канала?

7.Что называется коэффициентом откоса? От чего он зависит?

8.Дайте определение нормы осушения.

9.Каким образом вычерчивается поперечный профиль канала?

10.Как определяется устойчивость откосов и дна канала?

11.Что такое смоченным периметр?

48

4. ДОРОЖНАЯ СЕТЬ

При проектировании дорог на объектах мелиорации необходимо выполнять следующие требования:

-дороги следует проектировать вдоль границ участков и осушительных каналов;

-по возможности не проектировать дороги на глубоких торфах

спересечением линий тока поверхностных и грунтовых вод;

-количество пересечений с водотоками и каналами должно быть минимальным;

-проектируемые дороги должны способствовать обеспечению противопожарной безопасности и ведению лесохозяйственного производства, обеспечивать проход тракторов, экскаваторов и лесохозяйственных механизмов;

-дороги должны проходить с низовой стороны каналов;

-возвышение бровок земляного полотна в зоне осушения над поверхностью земли при затруднительном водоотводе должно быть в пре-

делах 0,7–0,8 м;

-в лесопарковой зоне, кроме дорог, проектируются пешеходные дорожки, устраиваемые разравниванием отвалов грунта каналов.

При осушении переувлажненных земель одновременно строится сеть служебно-эксплуатационных дорог (обычно III типа) и проездов.

Дороги необходимы, в первую очередь, для выполнения текущего и капитального ремонта, реконструкции осушительных систем, проведения различных лесохозяйственных мероприятий.

Проезды нужны для эпизодического, по возможности по кратчайшему пути, перемещения строительных, эксплуатационных и лесохозяйственных машин и механизмов в намеченный пункт осушенного лесного массива. Сеть проездов и служебно-эксплуатационных дорог используется и для других целей . Она обязательно должна иметь выход к существующей автомобильной дорожной сети. Этой цели служат как лесохозяйственные дороги, так и дороги общего назначения, прокладываемые вне пределов осушаемой территории.

Все лесохозяйственные автомобильные дороги в зависимости от назначения подразделяются на три типа (табл. 4.1).

К I типу относятся магистральные дороги , объединяющие дороги низших типов в единую транспортную сеть и соединяющие лесные массивы, предприятия лесного хозяйства и лесные машинно-мелиора- тивные станции с транспортными путями общего назначения.

49

50