5.2.1 Визначення глибини закладання дрен

Глибина закладання дрен (Н_др) обмежується з одного боку

прийнятою допустимою глибиною залягання підґрунтових вод і з другого боку, можливостями дреноукладчиків. На півдні України глибина закладення дрен змінюється від 2,5 до 3,5 м.

Глибину закладання дрен (рис. 5.1) можна визначити за формулою:

де Нкр - критична глибина залягання РПВ, м;

Ност - перевищення рівня ПВ на міждренні над рівнем води в

дренах, м (приймаються для важких суглинків 0,5 м, для середніх

- 0,4 м і легких - 0,3 м).

Ннап - глибина води в дрені, м (приймається рівною 0,5 діаметра

дрени).

Рисунок 5.1. Розрахункова схема для визначення глибини закладання дрен

Якщо приблизно прийняти криву депресії у вигляді параболи, то середня, на міждренній смузі, глибина підґрунтових вод розраховується за формулою:

5.2.2 Визначення відстані між дренами

Розрахунок міждренної відстані проводиться на експлуатаційний період за формулами фільтрації, яка встановилася і перевіряється у відповідності з прогнозами водно-сольового режиму і динаміки підґрунтових вод на характерні періоди (поливний, міжполивний) за формулами фільтрації яка не встановилася.

Розрахунок складається у визначенні відстані між дренами при відомих: середньому значенні навантаження на дренаж (інтенсивність інфільтрації) за розрахунковий період, глибини закладання дрен, допустимої глибини зниження РПВ на міждренні і геологічній будові водоносного шару ґрунту.

Схема 1-1 Одношаровий грунт при порівняльно близькому заляганні

водоупору

Рисунок 5.2 Геофільтраційна схема для визначення відстані між¹ дренами і

одношаровому ґрунті

Розрахунок відстані між дренами проводиться за формулою В.М.Шестакова:

де В - відстань між дренами, м (округлюється з точністю до 5м);

Н_ост - перевищення поверхні підґрунтових вод на міждренні над

горизонтом води в дренах, м.

де Т' - провідність водоносного шару грунту, м'/доб;

де Кф - коефіцієнт фільтрації водоносної товщі фунту, м/доб;

m1 - потужність водонасиченого шару ґрунту, м

T1 - потужність товщі грунту підґрунтя від поверхні до водоупору, м;

W - інтенсивність фільтраційного живлення (навантаження на дренаж),

м/доб

де t - довготривалість вегетаційного періоду (t=200 діб);

∑ΔW- зміна вологозапасів в товщі, яка розглядається, м³/га;

Ф - фільтраційний опір, обумовлений гідродинамічною

недосконалістю дренажу за ступенем розкриття

водоносної товщі, м

При умові —<0,1: г_д«т_х, опір / можна розрахувати за

формулою:

де г_д - радіус дрени, м

Якщо вищеописані умови не дотримуються, то опір/необхідно визначити за формулою

де 6- перевищення середньої глибини підґрунтових вод над рівнем води у дрені, м

Підставляючи отримані значення IV, 7", Ф у формулу В.М.Шестакова маємо відстань між дренами, яку треба було визначити.

У фільтраційній схемі, яка розглядається, міжчренну відстань (В) можна порахувати і за формулою С.Ф.Авер'янова:

де т - відстань від рівня води в дрені до поверхні водоупору, м;

а - коефіцієнт висячості

(і - розрахунковий діаметр дрени, м

В умовах курсового проекту або РГ'Р розрахунок відстані між дренами за формулою С.Ф.Авер'янова застосовується для перевірки ігравильності рішення поставленої задачі, виконаної за формулою В.М.Шестакова. При цьому відстань між дренами за формулою С.Ф.Авер'янова визначається методом підбору, тобто задавшись значенням В, визначають а і порівнюють ліву і праву частини формули.

Математична обробка двох формул (53, 55) на персональних

КОМ дозволила отримати рівняння В² - АВ - АС = О звідки міждренна відстань визначається з формули

Схема II - II Двошаровий грунт з розташуванням дрен у верхньому шарі

Рисунок 5.3. Геофільтраціина схема для визначення відстані між дренами в двохшаровій товщі

В цьому випадку розрахунок відстані між дренами проводиться по раніше приведеній формулі В.М.Шестакова

де Т - сумарна провідність водоносної товщі, м²/доб;

де Щ - потужність другого водонасиченого шару ґрунту, м

Фільтраційний опір для цієї фільтраційної схеми при умові

визначається за формулою:

Якщо —&• < 10, то у цьому випадку розрахунки проводяться

за формулою

де т - сумарна потужність водонасиченого шару

ґрунту, м (див. рис.5.3) / і /_х - опір, визначається за вище приведеними формулами (50, 51), тільки при визначені / приймається т, а при визначенні /і приймають щ: Р_А - коефіцієнт, береться з графіку (рис. 5.4) в залежності від

г,Лі т.

де

Рисунок 5.4. Графік для визначення коефіцієнта Р*

Після визначення Р_А розраховується Ф, а потім з формули (45) визначається відстань між дренами для двохшарової товщі.

6. Проектування колекторно-дренажної мережі

Колекгорно-дренажна мережа призначена для прийому і відводу дренажних вод з території зрошуваних і богарних земель, а також населених пунктів.

При розробці загальної схеми колекторно-дренажної мережі повинні бути встановлені місця зосереджених скидів дренажних вод з урахуванням перспективного розвитку площ дренажу і зрошення, а 30 також можливості повторного використання дренажних вод; намічені траси головних колекторів, виявлені водоприймачі; визначені принципові конструктивні рішення щодо каналів колекторно-дренажної мережі; розраховані за укрупненими показниками об'єми робіт і вартості.

Проектування каналів відкритої колекторно-дренажної мережі в плані виконується у відповідності з "Руководетвом по проектированию магистральньїх и межхозяйственньгх каналов оросительньїх систем" - ВТР-ІІ-7-75, а оформлення креслень -ОСТ-33-12-76...33-21-76. Головні колектори, а також колектори першого і другого порядків влаштовуються, як правило, в тальвегах балок і природних водовідводів. Відкриті колектори, відповідно ОСТ 33-17-76 перед літерними позначеннями "ГД" повинні мати цифрову індексацію, яка збільшується по напрямку від водоприймача. В літерних позначеннях закритих колекторів додають індекс "Р" СТДр").

Одним із найбільш важливих питань при проектуванні дренажу є виявлення надійного водоприймача для відводу колекторно-дренажних вод. В умовах зрошуваних масивів півдня України в якості таких водоприймачів можуть бути русла річок , акваторії морів, річкових та морських заток, природні та штучні водоймища, існуючі меліоративні скидні канали, а також басейни-накопичувачі для повторного використання колекторно-дренажних вод.

Водоприймач рахується надійним, якщо в ньому можна закумулювати розрахункові об'єми дренажних вод, а за умовами рівневого режиму він забезпечує гарантовану роботу дренажу. Рівневий режим водоприймача повинен бути детально вивчений у процесі вишукувань і обстежень.

6.1. Проектування в плані

При проектуванні колекторно-дренажної мережі на місцевості необхідно дотримуватися таких правил і вимог:

- при ув'язці розташування зрошувальної та колекторно-дренажної мережі враховують рельєф місцевості, гідротехнічні умови (наявність і напрямок потоків підґрунтових вод), господарське використання території (розташування відділень зрошуваних ділянок) і техніку поливу;

колекторно-дренажна мережа не повинна створювати перешкод для механізованого обробітку полів;

- підґрунтова вода, зібрана дренами, відводиться в колектори, які транспортують її в водоприймачі. Колектори можуть бути закритими або відкритими. Цс залежить від ухилу місцевості і розрахункових витрат. При розрахункових витратах до 0,5 м³/с колектори влаштовуються закритими, при великих витратах -відкритими;

- відстань між відкритими колекторами бажано проектувати не менше 800 м, в противному випадку буде ускладнена механізація проведення польових робіт;

- основна колекторна мережа реалізується в понижених частинах місцевості, нижніх межах господарств, сівозмін, полів;

- найкраще розташування дрен - перпендикулярно направленню потоку підґрунтових вод. При незначних потоках підґрунтових вод, що видно по значенню величин /7 і О в рівнянні

балансу підґрунтових вод, дрени розміщуються по найбільшому уклону місцевості;

- довжина закритої дрени звичайно не більше 800...1000 м( за умовами застосування невеликих діаметрів труб), але допускається 1500... 1800 м;

- довжина робочої частини закритого колектора рекомендується не більше 1000... 1200 м, а довжина відкритого колектору не обмежується;

- колектори і дрени, які йдуть паралельно постійним зрошувальним каналам в земляному руслі, розташовуються не ближче 75 м від них. Якщо канал має протифільтраційний одяг або йде у трубопроводі, лотках, або колектор є глухим, то відстань обумовлюється умовами будівництва і стійкостю грунтів. На поливних ділянках з тимчасовою зрошувальною мережею (для ДДА - 100 МА) дрени бажано розташовувати посередині між тимчасовими зрошувачами і не ближче 50 м до них;

- число перетинів колекторно-дренажної мережі із зрошувальною повинно бути мінімальним. При перетині колектором чи дреною зрошувального каналу, дороги або лісосмуги - ділянка колектору (дрени) влаштовується глухою;

- довжина глухої ділянки колектора при перетині з каналом в земляному руслі повинна бути не менше 5 + І0А₄,де В і к_ь ширина по поверхні і глибина води в каналі;

- відстань вщ дрени до щучого паралельно відкритому колектору повинна бути рівною або трохи більше міждренної відстані;

- відстань від межі дренованої території до першої дрени визначається умовами будівництва (наявність лісосмуг, шляхів, ЛЕМ, прийнятими землериючими механізмами), звичайно не ближче 20...30м. Якщо по межі проходить канал в земляному руслі, то ця

відстань не повинна бути меншою від осі каналу;

Ф-ла

- відкритими господарськими колекторами старшого порядку можуть служити існуюча господарська водозбірно-скидна мережа;

- на водороздільних ділянках, де відсутнє живлення підґрунтових вод, початок дрен потрібно приймати на відстані 150...200 м від ліній водорозділу;

- при наявності ємностей в гирлах головних колекторів скидні води повинні акумулюватися з подальшим використанням цих вод в сільському і рибному господарствах;

- при розташуванні дренажної мережі в плані, отримані розрахунковим шляхом відстані між дренами повинні коректуватися в залежності від господарських умов конкретної ділянки. Точність коректировки може знаходитися в межах 10...15% від розрахункових величин;

- нумерація колекторів і дрен проводиться від кінцевих ділянок системи в напрямку проти течії води (ОСТ 33-17-76). Для простоти використання всі колектори в КП або РГР позначаються цифрою і буквою 1-Д (відкриті) і 1-Др (закриті), а дрени; буквою Д (відкриті) і Др (закриті) з порядковим номером, наприклад 1-Др-З, що означає третя дрена на колекторі 1-Др. Таким чином нумерація дрен не наскрізна, а кожен колектор має свою нумерацію дрен.

Використовуючи вище приведені рекомендації на плані місцевості в горизонталях виконуються роботи в наступній послідовності:

- наносяться межі полів сівозмінної ділянки;

- наносять існуючу зрошувальну мережу, враховуючи ККД і КЗВ відповідно завдання;

- з урахуванням рельєфу місцевості розмішується в плані колекторна мережа;

- наноситься дренажна мережа на ділянках 1-І і ІІ-П;

- проводиться нумерація дрен і колекторів;

- проводиться нумерація відкритих оглядових і закритих потаємних колодязів (знизу вверх проти течії води, згідно нумерації колекторів);

- передбачується тип водоприймача і визначається його місце розташування.

Після виконання вищеописаних робіт приступають до оформлення плану умовними позначками, підписами, цифровими і кольоровими супроводженнями (див. рис. 6.1).

6.2. Гідравлічний розрахунок

Гідравлічний розрахунок трубопроводу закритого горизонтального дренажу міститься у визначенні внутрішнього діаметру і ступеню наповнення дрени-труби, а також в перевірці швидкостей потоку води при перепуску розрахункових виїрат.

Гідравлічний розрахунок проводять по ділянках, які відріз­няються величиною виїрат, впливаючих на вибір діаметру трубопроводу.

Розрахунковий діаметр дренажного трубопроводу визначають з умов пропуску максимальних витрат при повному його заповнені і приймають по стандартному ряду внутрішніх діаметрів дренажних труб, рівним найближчому у бік більшого значення. Матеріал дрен і колекторів, а іакож їх діаметри порівнюються із стандартними згідно положення. При незначному розходженні розрахункового діаметра від стандартного (на 5... 10% менше) приймається розрахункове значення діаметра труб. При цьому допускаються короткочасний (до 5 діб) напірний режим роботи дрен. Для вибраного діаметру труб проводягь перевірочний гідравлічний розрахунок на перепуск нормальних витрат і визначають ступінь наповнення і швидкість потоку (течії).

План с горизонталями

Гідравлічний розрахунок проводиться за формулами рівно­мірного руху при безнапірному режимі потоку води в трубах.

Де С5 - максимальна витрата дрени, м³/с;

й - внутрішній діаметр труби, м;

V - швидкість течії води, м/с;

і - ухил дрени;

с - швидкісний коефіцієнт, який визначають з формули:

де К - гідравлічний радіус, який приймається для труб з повним заповненням

п - коефіцієнт шорсткості При проведенні гідравлічних розрахунків необхідно приймати слідуючи коефіцієнти шорсткості:

- для гончарних труб - 0,017

- для бетонних і з/б труб - 0,015

- для гофрованих і витих ПВХ труб - 0,017

- для азбестоцементних перфорованих труб - 0, 013;

- для азбестоцементних неперфорованих труб - 0, 012;

- для поліетиленових гладких труб - 0,012;

- для керамічних каналізаційних труб - 0,013...0,015

Ухил дрен визначають з умови забезпечення швидкості незамулюючої течії води. Так, для виносу з дрен часток фунту менше 0,05 мм потрібна незамулююча швидкість течії 0,15 м/с.

Максимальну швидкість перевіряють на перепуск нормальних витрат, а максимальну - на максимальні витрати. За літературними джерелами рекомендовані нормальні швидкості течії води в дренажних трубах 0,6...0,8 м/с, а максимально допустимі 1,2 м/с.

Проте згідно НТД - 33.63.040-80 для зони зрошення півдня України максимальна швидкість води в трубі приймається:

- для гладких гончарних труб - 1,0 м/с;

- для раструбних труб - 1,5 м/с;

- для азбестоцементних і пластмасових труб - 2,5 м/с.

При проектуванні дрен в профілі потрібно витримувати слідуючи значення мінімально допустимих ухилів:

- для дрен з керамічних гончарних дренажних і азбестоцементних труб діаметром 100... 150 мм - 0,0015;

- для дрен із труб іншого матеріалу діаметром 100 мм - 0,002;

- для дрен діаметром 125.. 150 мм — 0,0015

- для дрен діаметром 200-250 мм - 0,001

- для дрен діаметром 300-і більше, а також колекторів - 0,0005 При безухиловому рельєфі і при відсутності засолення верхньої

товщі ґрунтів допускаєгься зменшення початкової глибини закладання дрени до 1,8 м і ухилів до 0,0015. При цьому довжина дрен не повинна перевищувати 600...800л<.

Розрахункові витрати дрен визначаються за модулем дренажного стоку (навантаження на дренаж) і площі, яку обслуговує дрена.

Нормальна витрата дрени визначається за формулою:

де ц_тг - модуль дренажного стоку у вегетаційний період, л/с-га;

Р - площа, яку обслуговує дрена, га

Ь - довжина дрени, м

В - міждренна відстань, м

З метою спрощення розрахунків, максимальні витрати дрен і колекторів орієнтовно можна прийняти в 5...6 разів вище нормальних.

Розрахунки проводяться для двох ділянок на плані тобто 1-І і II-II. На кожній ділянці вибираються характерні дрени і для них вираховуються нормальні і максимальні витрати. Причому, якщо на ділянках довжина дрен однакова, то достатньо мати розрахунки по одній дрені на ділянці. Розрахункові витрати закритого колектору молодшого порядку дорівнюють сумі витрат впадаючих до нього дрен. Розрахункові витрати закритого колектору старшого порядку дорівнює сумі витрат впадаючих до нього дрен і колекторів тобто:

де п - кількість дрен, впадаючих в колектор, шт. Результати розрахунків витрат дрен і колекторів рекомендується звести у таблицю 6.1.

Таблиця 6.1 - Нормальні і максимальні витрати дрен і колекторів

Найменування дрен і колекторів

м

В м

р га

м3/с

м3/с

п шт

/~\кол м /с

^ітах м /с

Враховуючи гранулометричний склад фунтів підґрунтя на ділянці, що проектується, практику будівництва дренажу на півдні України, а також приймаючи до уваги таблицю можливих матеріалів дрен і колекторів (додаток 3) необхідно обумовити вибраний в проекті матеріал дрен і колекторів.

Знаючи максимальну витрату (З_тіІХ дрени або колектора,

задавшись ухилом (/) і матеріалом труб (л) з формули

<3 = 0,39ссІ^/2і^/2 підбирається розрахунковий діаметр труб і порівнюється із стандартними значеннями. Закриті дрени проектуються з труб різноманітного матеріалу діаметрами до 150 мм включно. У деяких випадках дрени можуть бути діаметром 200 мм, але при цьому фільтр влаштовують по всій довжині дрени.

Для вибраного діаметру труби за формулою V ~ 0,5 • сл/сії

перевіряється максимально допустима швидкість, яка не повинна перевищувати раніше згаданих меж. Якщо швидкість виходить більшою, то необхідно зменшити ухил і знову повторно провести підбір діаметру дренажних труб.

Подібні розрахунки виконуємо і на перепуск нормальних витрат. У даному випадку мінімальна швидкість руху води в дренах не повинна бути меншою 0,15 м/с.

а швидкістьа швидкістьПерш за все необхідно визначити, при якому наповнені дрена з прийнятим діаметром пропустить нормальні витрати, з якою швидкістю. Для цієї мети необхідно знайти відношення А = (~}_н :<З_тіиі і за таблицею 6.2 визначити коефіцієнти "а" і "6 ". Наповнення дрени при цьому дорівнює:

а – швидкість

Далі необхідно перевірити раніше згадані умови стосовно швидкостей.

Таблиця 6.2 - Коефіцієнти перерахунку наповнення дрени і швидкості руху води в дрені при нормальних витратах

А	І.ШіІР	1.070	1.068		1,048		0,994		0.927	0,83		0,730і	0,678		0,583
а	1.00	0.95	0,90		0.85		ОМІ і		0,75	0,70		0,65	0,60		0,55
Ь	1,000	1.100	1,150		1,157		1,157		1,152	1,137		1,115	1,079		1,045
А	0,500	0,415		0,332		0,256		0,188	0,129		0,080	0,045		0,020	0,004
а	0,50	0,45		0,40		0,35		0,30	0,25		0,20	0.15		0,10	0,05
Ь	1,000	0,940		0.890		0,810		0, 740	0.635		0,550	0,435		0,333	0,180

Результати гідравлічного розрахунку дрен і колекторів бажано звести у таблицю.

Таблиця 6.3 - Гідравлічні елементи дрен і колекторів

Дрена, колектор

Пікети

і

с

п

м

прийн М

Ун м/с

V тах м/с

Гідравлічний розрахунок колекторно-дренажної мережі можна виконати і за допомогою спеціальних номограм.

Методику проведення гідравлічних розрахунків

продемонструємо на конкретному прикладі. На рисунку 6.2 показан фрагмент колекторно-дренажної мережі, де по розрахунковій дрені 4.1-Др-І та колектору 4.1-Др зроблено пікетування. Таким чином ми маємо такі вихідні данні: міждренна відстань 5=130 м, довжина дрени 800 м, матеріал дрени ПВХ, її початковий діаметр 0,1 м, ухил дрени 0,002, коефіцієнт шорсткості 0,017, кількість дрен підпорядкованих колектору 10 шт., довжина колектора 1240 м, його матеріал - бетонні труби ТПФ, ухил колектора 0,001, коефіцієнт шорсткості 0,015. навантаження на дренаж \¥ =0,000517 м/доб.

Гідравлічні розрахунки проводимо послідовно у слідуючому порядку.

2. Визначаємо максимальну витрату дрени 4.1-Др-2

3. Визначаємо нормальну витрату колектора 4.1-Др

де п - кількість дрен, підпорядкованих колектору, шт.

4. Визначаємо максимальну витрату колектора 4.1-Др

5. Нормальні і максимальні витрати дрени і колектора зводим до таблиці 6.4

Таблиця 6.4 - Нормальні і максимальні витрати КДС

Дрена, колектор	Ь,м	В, м	Р,га	ЯТ^'с	<ГахУ/с	л. шт.		ґ\кая 31
4.1-ДР-2	800	130	10,4	0,00062	0,0031	.	-	-
4.1-Др	1240	-	104	-	-	10	0,0062	0.03 1 (1

6. Визначаємо діаметр дрени виходячи з формули

При прийнято упершому наближенні),

і = 0,002 (знімаємо з плану)

Розрахунки показали, що у даному прикладі дрени ми приймаємо із труб ПВХ (ТУ 33-291-83) сі =125 мм.

Примітка: Таким чином, діаметр дрени, який ми прийняли напередодні при визначенні глибини закладення дрен та міждренної відстані, а також тільки що у пункті 6 - не відповідає дійсності.

Проте у попередніх розрахунках зміна діаметра не приведе до

значних змін у параметрах дренажу. Тому перераховувати Н^ та В

немає сенсу.

7. Перевіряємо максимальну швидкість руху води в дрені 4.1-Лр-2

• Умови виконюються

8. Перевіряємо нормальну швидкість руху води в дрені 4.1-Др-2

• Умови виконюються

9. Визначаємо діаметр колекгора 4.1-Др на ПКО тобто у гирлі при слідуючи умовах:

(де d=0,3м. прийняте у першому наближенні)

і = 0,001 (знімаємо з плану)

Розрахунки показали, що у даному прикладі колектор ми проектуємо із труб ТПФ-3 (ТУ 33 УРСР 66-82) (1=300 мм.

Примітка: Якщо отриманий діаметр дорівнює або близько підходить до діаметра, який був прийнятий у першому наближенні, то надалі підбираємо найближчий діаметр згідно стандарту заданого матеріалу дрен.

Якщо отриманий діаметр значно відрізняється від прийнятого діаметра у першому наближенні, тоді змінюється величина останнього у бік отриманого і розрахунок й повторюється.

10. Перевіряємо максимальну швидкість руху води у колекторі 4.1-Др

• Умови виконуються

11. Перевіряємо нормальну швидкість руху води у колекторі 4.1-Др

• Умови виконуються

Примітка: Якщо нормальна швидкість руху води у дрені чи колекторі менш допустимої то треба або збільшити ухил (що переважно), або збільшити діаметр.

12. Визначаємо місце зміни діаметру по довжині колектора, виходячи з умов використання бетонної труби меншого діаметра, тобто ТПФ-2 (внутрішній діаметр 219 мм)

Примітка: Зміна діаметрів проводиться не більше 2-3 разів, починаючи з верхів'я колектора, згідно підвищення витрат по довжині колектора.

де N - можлива кількість дрен (у першому наближенні), яка забезпечить необхідну витрату колектора для отримання пошукового діаметру 219 мм.

Таким чином чотири дрени, які впадають у колектор мають змогу пропустити свої виграти через колектор діаметром 219 мм. Отже від пікету ПК 12+40 до ПК 8+50 колектор буде мати діаметр 219 мм, а далі до ПКО - 300 мм.

Примітка: Отриманий результат близько підходить до стандартного діаметру, тому на цьому розрахунки діаметру припиняємо. Але якщо розрахунковий діаметр виявився значно менше за стандартний, то потрібно підвищити кількість дрен у

формулі <3*™ і навпаки, - зменшити кількість дрен, якщо отриманий

діаметр значно більший ніж стандартний, до якого наближаються розрахунки.

13. Гідравлічні елементи дрени і колекгора зводимо до таблиці 6.5.

Таблиця 6.5 - Гідравлічні елементи розрахункової дрени і колектора

Дрена, колектор	Пікети	і	с	п	(•рОЗр-9 М	(Іпр.,М	Утм/с	* та»» м/с
4.1-Др-2	ПКО...ПК8	0,002	31,76	0,017	0,125	0,125	0,185	0,25
4.1-Др	ПКО...ПК 8+50	0,001	і і 26	0,015	0,325	0,300	0.27	0,37
	ПК 8+50... ПК 12+40	0,001	43,26	0,015	0,227	0,219	0,23	0,32