Лекция 12 Реконструкция и дооборудование осушительных систем

1. Изыскание и проектирование.

Реконструкция осушительных систем – это частичное или полное переустройство на основе нового технического решения.

Цель реконструкции осушительных систем – восстановление и сохранение плодородия почвы; создание нормального водного, воздушного, питательного и теплового режимов возделывания с/х культур; увеличение производства продукции и снижение ее себестоимости; повышение надежности осушительной сети и сооружений; рост производительности труда при выполнении всех технологических процессов при производстве продукции и проведении ремонтно-эксплуатационных работ; сохранение окружающей природной среды и создание нормальных условий для жизни и производственной деятельности населения.

Эффективность реконструкции осушительных систем оценивают экологическим, социальным и народнохозяйственным эффектом с приоритетными значениями первых двух оценок.

При реконструкции осушительных систем необходимо учитывать и разрабатывать конкретные мероприятия по обеспечению пропуска транзитных расходов воды, сбрасываемых с вышележащих по водосбору осушительных систем.

2. Мероприятия по реконструкции систем:

- регулирование водоприемников и строительство каналов;

- строительство закрытого дренажа и коллекторов;

- строительство дорог;

- культуротехнические работы на полях;

- кротование на тяжелых почвах, известкование кислых почв, закладка культурных лугов и пастбищ, противоэрозионные работы и регулирование стока в прудах и водохранилищах;

- строительство шлюзов-регуляторов, насосных станций, дамб обвалования для двустороннего регулирования водного режима почвы на полях;

- строительство населенных пунктов, производственных построек, механической базы и дорог.

Эти работы выполняют мелиоративные организации по проектам. Управления осушительных систем составляют проекты улучшения систем и осуществляют их при дооборудовании или капитальных ремонтах.

Капитальные ремонты и переустройство по проектам проводят СМУ по технологии строительных организаций. Значительное место занимают работы по борьбе с мелкоконтурностью полей в целях повышения производительности машин при их обработке.

Автоматизация гидромелиоративных систем

1. Автоматизация поливов.

Автоматизация полива – высший уровень организации эксплуатации гидромелиоративных систем будет обеспечен при внедрении автоматизации производственных процессов и гидромелиорации – учете водных ресурсов, водораспределении и поливов. Автоматизацию проводят в три стадии: 1) применение устройств, облегчающих условия эксплуатации машин и трубопроводов при поливах; 2) применение датчиков, электромоторов, программников для диспетчерского управления; 3) полная автоматизация, при которой данные датчиков поступают в счетно-решающие устройства, где уточняется программа действий – выбор участков поливов.

На оросительных системах внедряют 1 и 2 стадии автоматизации. На стадии 1 автоматизации осуществляют в основном диспетчерский контроль за ходом процесса, на 2 – диспетчерское управление водораспределение.

Так, круглосуточный полив под контролем поливальщиков автоматически проводят дождевальными машинами «Фрегат» и «Кубань», стационарными дождевальными среднеструйными установками, закрытыми трубопроводами и поливными лотками при поливах по бороздам.

Возможна также автоматизация поливов и на стационарных системах дождевания, где аппараты размещены по определенной схеме на всей орошаемой площади. Воду к аппаратам подают по закрытой сети трубопроводов. Типы дождевальных аппаратов и высоту стояков подбирают по интенсивности дождя с учетом вводно-физических свойств почв и высоты с/х культур.

В диспетчерском пункте хозяйства устанавливают табло, на котором отмечают работающие поливные трубопроводы.

Для автоматизации поливов по бороздам, обеспечивающей рациональное использование оросительной сети, массив площадью 150…250 га делят на равновеликие участки по 8…20 га. Технологическую продолжительность одного полива культуры принимают 12…16 сут. Длину борозд принимают 100…300 м.

Для автоматизации поливов из лотков применяют гидравлические затворы-автоматы уровней верхнего бьефа или клапаны.

2. Автоматизация учета воды и водораспределения.

Внедрение автоматизации учета воды и водораспределения изменяет структуру эксплуатационной службы на гидромелиоративных системах: появляются отделы связи и автоматики, должности инженеров, техников.

Для автоматизации учета воды применяют первичные измерительные устройства, по которым определяют расходы по одной-двум переменным. Первичные устройства имеют преобразователи, позволяющие подсоединить средства телемеханики и авторегулирования. При внедрении автоматизации водораспределения по длине каналов на гидросооружениях устанавливают затворы-регуляторы и устройства телемеханики и связи с диспетчерским пунктом. Регулирование расходов осуществляют по верхнему и нижнему бьефам и смешанным способом, когда каналы, сооружения, резервные емкости и сбросы строят с учетом колебаний расходов при водопользовании.

В условиях эксплуатации большинство выпусков работает по принципу поддержания устойчивых расходов в нижних бьефах, когда можно рационально использовать поливную технику и поддерживать расчетные режимы орошения. При избыточных расходах вода направляется в резервные емкости. Малые расходы равномерно распределяются между бьефами. При этом способе регулирования расходов устраивают автоматические перегораживающие сооружения по длине каналов, которые перераспределяют расходы по одному- двум боковым отводам и обеспечивают расчетную подачу воды на нижние участки.

Крупные гидротехнические сооружения имеют электроподъемники, к ним пристраивают системы приборов для диспетчерского регулирования расходов при помощи телемеханики.

Гидравлическими расчетами определяют зависимость расходов от переменных величин на каждом сооружении – глубины воды в верхнем и нижнем бьефах, высоты поднятия щитов и способа истечения воды через отверстия.

Из диспетчерского пункта проводят централизованное телеуправление и телеконтроль.

3. Автоматизированные системы управления при эксплуатации гидромелиоративных систем.

При интенсификации сельскохозяйственного производства и развитии агропромышленного комплекса увеличивается число факторов, влияющих на все сферы производства, в том числе на водного хозяйства.

Важное значение в проработке возрастающих объемов информации имеют методы математического моделирования, алгоритмы, обеспечивающие решение задач системного анализа, прогнозирования, оптимального планирования и оперативного управления на основе АСУ по разделам.

Автоматизированную систему управления и ее функциональные подсистемы внедряют постепенно.

4. применение ЭВМ при плановом водопользовании.

Для обеспечения планового водопользования и водораспределения на системах необходимо разрабатывать и анализировать исходные данные: технические, агроэкономические, режимы орошения, урожайность, технология поливов. Применение ЭВМ при планировании водопользования и водораспределения повышает точность и оперативность расчетов, затраты труда при этом сокращаются в 8-10 раз. Повышение качества планирования способствует лучшему использованию земельных и водных ресурсов гидромелиоративных систем.

Дифференцированная информация параметров планового водопользования – необходимое условие оперативного управления.

Дрены.

Когда дно регулирующий дрены лежит выше водоупора в толще волоносного пласта на «а» <2м, дрены будут как бы в висячим положении, расстояние между дренами по А.Н. Костякову будет равно:

КТ(Н – Z) · (Н + 2а)

D = 17,3·√ δ · Z + А – Е ,м.

Расстояние между дренами будет тем больше, чем выше водопроницаемость грунта, легче гранулометрический состав почвы, больше глубина закладки дрен.

По формуле С.Б. Хугхаудта можно рассчитывать междренные расстояния для следующих случаев: 1) при залегании дрен непосредственно на водоупоре или чуть выше этого слоя; 2) при нахождении водоупора на значительной глубине (более 1/4 расстояния между дренами); 3) при залегании водонепроницаемого слоя на расстоянии менее 1/4 длины междренья.

Для всех трех случаев Хугхаудт дает практическое решение с помощью следующей формулы:

8·К_ф2·d·h 4К_ф1·h²

D = ­­­­­­­­­­ + ­­­­­­­­­­

S S

Где D – расстояние между дренами, м;

К_ф1, К_ф2 – коэффициенты фильтрации слоя почвы, расположенного выше и ниже дрены, м/сут;

d – эквивалентная толщина водоносного слоя почвы ниже оси дренажной трубы до водоупора при D менее 5метров;

D – расстояние от поверхности дрены до водоупорного слоя, м;

h- допустимая высота уровня грунтовых вод над дреной, (стрела прогиба, м);

t – глубина заложения дрены, м;

f – допустимая глубина уровня грунтовых вод от поверхности (норма осушения, м);

S – максимальное количество отводимой воды осадков, м/сут;

r – эффективный внешний радиус дренажной трубы, м (рис. 1).

Рисунок 1. Расчетная схема определения междренного расстояния по формуле Хугхаудта.

1. – Исходное положение грунтовых вод;

2. – водоупорный горизонт.

Первая часть формулы соответствует режиму грунтового потока на участке ниже дрены, вторая – режиму грунтового потока на участуке выше дрены.

Расстояние между дренами в однородных грунтах при ненапорном режиме грунтовых вод и неглубоком залегании водоупора (при D/S ≥ 3) рассчитывают по формуле С.Ф. Аверьянова:

К_ф 2S

D = 2Н · σ √ —— ( 1 + — ) · £

q Нσ

где

1

£ = ————————————

2S 1

1 + —— • 2,94lg —

D π·d

2S

£ - степень несовершенства дрены по отношению к фильтрационному потоку.

D – расстояние между дренами, м;

Нσ – среднее превышение горизонта грунтовых вод между дренами над уровнем воды в дрене за расчетный период (действующий напор), м

Нσ =0,5(Нн + t – а);

К_ф – приведенный коэффициент фильтрации слоя мощностью (t+S), определяемый при проведении изысканий, м/сут;

q – среднесуточный за расчетный период приток воды к дренам, м/сут;

S – расстояние от дрены до водоупора, (при глубоком залегании водоупора принимается = 10);

t- глубина заложения дрены, м;

Нн – начальный напор, который может быть больше глубины дрены (слой воды над поверхностью земли), и меньше (уровень грунтовых вод ниже поверхности земли), м;

а – норма осушения, м;

d – расчетный диаметр дрен, равный диаметру фильтрующей обсыпки, а при ее отсутствии внешнему диаметру дренажной трубы, м.

Среднесуточный приток воды к дрене определяют по следующей зависимости:

q = Нр /Т ,

где Нр – расчетный слой воды заданной обеспеченности, который должен отводиться за расчетный период, м;

Т – время, за которое должен быть отведен слой воды Нр, сут (таблица 1).

таблица 1.