Вопрос 24

Проводящая осушительная сеть, ее назначение, конструкция, расположение в плане и вертикальной плоскости. Гидравлический расчет проводящих осушительных каналов.

Назначение проводящей системы - принимать из регулирующей и оградительной сети и своевременно отводить с осушаемой площади в водоприемник избыточные поверхностные и грунтовые воды.

При осушении закрытой регулирующей сетью (дрены, закрытые собиратели) обычно применяют закрытую проводящую сеть — коллекторы, которые впадают в открытые проводящие каналы или непосредственно в водоприемник.

Проводящая осушительная сеть наряду с выполнением основной функции (своевременный отвод в водоприемник всех поступающих в нее избыточных вод) должна отвечать требованиям экономической эффективности (минимум строительных и эксплуатационных затрат) и эксплуатационной надежности (обеспечение заданного водного режима осушаемой площади в течение нормативного срока службы) осушительной системы.

Открытая проводящая сеть. Для обеспечения приема воды из регулирующей сети и быстрейшего отвода ее за пределы осушаемой площади проводящие каналы должны проходить по пониженным элементам рельефа осушаемой площади и по возможно кратчайшему пути подходить к водоприемнику.

При осушении затопляемых пойм проводящие (прежде всего магистральные каналы) должны проходить по самым низким участкам поймы. Причем основное направление магистрального канала должно совпадать с направлением движения паводковых вод по пойме (рис. 1).

Это условие обеспечивает большую гарантию от попадания в канал взвешенных наносов, влекомых паводковыми водами (при поперечном расположении канал будет работать как отстойник).

Наиболее ответственный участок магистрального канала - место сопряжения его с водоприемником. Желательно, чтобы угол магистрального канала с водоприемником находился в пределах 45 ...60*.

Закрытая проводящая сеть принимает воду из закрытой регулирующей сети и транспортирует ее в открытую проводящую сеть или непосредственно в водоприемник. Преимуществами закрытой проводящей сети перед открытой являются: более высокая эксплуатационная надежность; отсутствие потери осушаемой площади под проводящую сеть; лучшая организация территории и возможность беспрепятственного выполнения всех технологических операций по обработке почвы и уходу за сельскохозяйственными культурами.

Расположение коллекторов в горизонтальной плоскости определяется принятой схемой расположения закрытой регулирующей сети. При поперечной схеме коллектор проходит по наибольшему уклону поверхности, а при продольной под углом к горизонталям поверхности с условием обеспечения его минимального уклона (рис.2).

Допустимые минимальные уклоны закрытых коллекторов назначают из условия

недопущения заиления. Для коллекторов диаметрами от 100 до 250 мм их значения находятся в. пределах 0,0015...0,002, а более 250 мм допускаются уклоны до 0,0005 (скорость при этом не должна быть меньше 0,3 м/с).

При расположении коллекторов по наибольшему уклону ограничением является максимальная допустимая скорость. Для коллекторов из гончарных труб она должна быть не более 1,2 ...1,5 м/с, из пластмассовых труб - 2... 3 м/с. В коллекторах больших диаметров (более 250 мм) с водонепроницаемыми стыками допускаются скорости до 4 м/с.

Вертикальное сопряжение проводящей сети осуществляют таким образом, чтобы обеспечить бесподпорное движение воды во всех ее элементах и чтобы продолжительность паводкового затопления осушаемых земель не превышала допустимые сроки.

Проводящие каналы между собой и с водоприемниками сопрягаются по следующим правилам:

-расчетные бытовые уровни воды в гидравлически рассчитываемых каналах должны совпадать, то есть их сопрягают по правилу «уровень в уровень»;

-при впадении гидравлически нерассчитываемого канала в рассчитываемый дно

впадающего канала должно совпадать с бытовым уровнем в принимающем канале (допускается заглубление дна впадающего канала под меженный уровень принимающего не более чем на 0,1 м), то есть их сопрягают по правилу «дно в уровень»;

- если оба канала гидравлически нерассчитываемые, то глубину принимающего канала назначают на 0,1 ...0,2м больше впадающего (мелкие каналы иногда сопрягают непосредственно «дно в дно»);

- закрытые коллекторы сопрягают с проводящим каналом таким образом, чтобы запас

между нижней поверхностью коллекторной трубы и бытовым уровнем воды в канале составлял не менее 0,2. ..0,4 м; если канал не рассчитывают и уровень воды в нем не известен, то запас от дна должен быть не менее 0,4м.

Расчет каналов проводящей сети и естественных водотоков, являющихся водоприемниками осушительных систем, следует выполнять в зависимости от характера использования сельскохозяйственных земель.

Расчетными периодами являются: при использовании осушаемых земель под полевые севообороты с озимыми и многолетние насаждения - весенний и летне-осенний паводки; под овощные и полевые севообороты без озимых - предпосевной период и летне-осенний паводок; под пастбища и сенокосы - летне-осенний паводок; под все виды сельскохозяйственного использования земель - меженный период.

Гидравлический расчет каналов следует проводить при расходах воды более 0,5 м³/с, а также при меньших расходах, когда уклон канала превышает 0,0005 для песчаных; 0,003 для суглинистых и 0,005 для глинистых грунтов.

Гидравлический расчет каналов состоит в определении пропускной способности русла и допустимых на размыв скоростей и уклонов и проводится для следующих створов: устье канала; выше и ниже впадения каждого канала, для которого делают гидравлический расчет; при изменении уклонов (для обоих уклонов); на участках с постоянными уклонами при изменении площади водосбора более чем на 20 %; при изменении грунтовых условий на трассе канала.

Если водосборные площади Fв составляют менее 500 га и при этом расчетный

максимальный модуль стока не превышает 2 л/с с 1 гa, то поперечные сечения проводящих каналов допускается принимать конструктивно из условия сопряжения впадающих каналов и характера грунтов. В этом случае ширину по дну обычно принимают 0,4...0,6 м, а коэффициент заложения откосов - по таблице, который затем проверяют на устойчивость к фильтрационному давлению.

Для расчета каналов необходимы следующие основные данные: Q - расчетный расход (м/с) (устанавливают на основании гидрологических расчетов; I — уклон дна канала (определяют на расчетном участке по продольному профилю канала в соответствии с топографическими и инженерно-геологическими условиями), Н - глубина (м) русла (устанавливают, исходя из характера сельскохозяйственного использования земель и требований сопряжения сети в вертикальной плоскости); m - коэффициент заложения откосов (находят по таблице и по расчету); п - коэффициент шероховатости (принимают по данным изысканий по каналам-аналогам или приближенно по таблицам); физические и физико-механические характеристики грунтов (определяют по данным изысканий трасс каналов, лабораторных и полевых испытаний).

Пропускную способность русла проводящих каналов рассчитывают по формулам равномерного движения воды:

v=C√RI и Q=wC√RI

где v - средняя скорость потока, м/с; R - гидравлический радиус, м;

R = w/x; х - смоченный периметр живого сечения, м; I - гидравлический уклон, при равномерном движении жидкости равен уклону дна русла; w - площадь живого сечения, м²; С -скоростной коэффициент, м^0,5/с.

Гидравлические элементы w и х для основных форм поперечного профиля каналов определяют по формулам.

Скоростной коэффициент вычисляют по формуле Н.Н.Павловского (при R=0,1. ..3,0м и n=0,011...0,04):

C=1/n(R^y), где y=2,5√n – 0,13 – 0,75√R(√n – 0,10)

В упрощенной форме (погрешность до2...3%)

y= 1,5√n при R<1м

и y=1,3√n при R>1м.

При гидравлическом расчете канала следует стремиться проектировать сечение русла гидравлически наивыгоднейшего профиля, который характеризуется максимально возможной средней скоростью v , а, следовательно, и минимальной площадью живого сечения.

При трапецеидальном сечении для гидравлически наивыгоднейшего профиля должно соблюдаться следующее соотношение между шириной по дну b и глубиной h:

β_гн= (b/h)_гн= 2(√(1+m²) - m)

При гидравлических расчетах трапецеидальных каналов можно использовать номограммы.

Гидравлический расчет закрытого коллектора, как правило, заключается в определении диаметра трубопровода в зависимости от расчетного расхода воды, материала труб коллектора и его уклона, диктуемого рельефом местности при безнапорном и равномерном движении воды. Уклоны коллекторов должны быть не менее 0,002 при диаметре до 20 см и не менее 0,0005 при диаметре более 20 см.

Расчетный расход в коллекторе определяют по формуле:

Q_кол = qF,

где q - расчетный модуль дренажного стока, л/(с-га); F — площадь водосбора в расчетном сечении, га.

Скорость течения воды в коллекторах при пропуске расчетных расходов и полном заполнении их водой следует принимать не менее 0,3 м/с. Для коллекторов из керамических и пластмассовых труб во избежание размыва грунта у водоприемных отверстий максимальная скорость воды должна быть не более 1,5 м/с.

Специальные графики позволяют определить диаметр коллектора для наиболее широко применяемых в мелиорации конструкций безнапорных труб, в том числе с учетом сложности строительства. К сложным условиям относится строительство коллекторов в торфах, водонасыщенных обрушающихся песках и супесях, грунтах с содержанием крупного камня (размером 20 см) до 10% и более от объема выемки.

Выбор формы русла. Форму русла выбирают в соответствии с грунтовыми условиями, его максимальной глубиной Н, а также расчетным расходом Q.

Поперечное сечение открытых коллекторов и магистральных каналов, проложенных в однослойных грунтах с расходом воды в русле Q меньше 10 м³/с и глубиной Н меньше 2,5 м, делают, как правило, трапецеидальным. Коэффициент m заложения откосов принимают по таблицам.

Поперечные профили русла:

А) трапецеидальный;

Б) параболический,

В) полигональный;

Г) комбинированный;

Д) параболический с донной вставкой;

Е) косинусоидальный.

Магистральные каналы и регулируемые русла малых рек с расходом воды Q=10...25 м3/с и глубиной Н меньше 3,5 м можно проектировать с трапецеидальным поперечным сечением тогда, когда русла проходят в крупнозернистых грунтах или в средне- и мелкозернистых, у которых имеется крупная фракция d более 1. ..2 мм не менее 10... 15% по массе; в мелкозернистых и пылеватых песчаных грунтах при таких Q чаще всего создают русла параболического или косинусоидального профиля и близкого к нему полигонального. Полигональный или комбинированный (в верхней части откосов трапецеидальный, в нижней - параболический) профиль придают руслу также в тех случаях, когда оно проходит в слоистых грунтах: каждому слою грунта соответствует свой коэффициент m заложения откоса, определяемый по расчету. При параболическом профиле русла для каждого слоя грунта определяют соответствующий его свойствам и глубине залегания параметр р параболы. Если коэффициент m назначают, исходя из расчетных характеристик наиболее неустойчивого слоя грунта, или откосы крепят, то им можно придавать одинаковое заложение по всей высоте.