2.9. Гидравлический расчет осушительной сети

Цель гидравлического расчета - определение расчетных расходов проводящей сети осушительной системы в критические периоды, которые принимаются за расчетные и устанавливаются в зависимости от характера использования мелиорируемого объекта.

Согласно СНИП 11-52-74, при площади осушаемых земель до 2 тыс. га допускается проводить расчет сети на пропуск расходов 10%-ной обеспеченности.

В курсовом проекте следует произвести расчет одного из проводящих каналов. Для расчета необходимо начертить продольный профиль, принять уклон и конструктивные размеры: ширина по дну, глубина канала, заложение откосов в зависимости от грунтов (приложение К).

Гидравлический расчет - определение расчетных расходов, которые должен пропустить канал в различные периоды года. Для магистрального канала определяют расчетные модули стока предпосевного, посевного, бытового периодов.

Гидравлический расчет проводится с целью определить размеры поперечных сечений каналов и их пропускную способность. Практически расчет сводится к определению глубины заполнения (h), ширины по верху (В) и скорости течения воды в них (v) для различных расчетных периодов.

Форма и размеры поперечного сечения каналов должны обеспечивать устойчивость каналов против деформации, а также бесподпорную работу впадающих элементов осушительной сети, своевременный отвод воды в водоприемник.

Поперечное сечение земляных каналов обычно имеет трапецеидальную форму. Глубина каналов устанавливается исходя из глубины канала самого низкого порядка - собирателей, принимаемой 0,7-0,8 м и величины перепада в 0,2-0,3 м необходимого при сопряжении каналов различных порядков в вертикальной плоскости.

Ширина (по низу) гидравлически не рассчитываемых каналов зависит от механизма, которым канал выполняется.

Собиратели, как правило, устраиваются канавокопателями, поэтому ширина по дну принимается 0,3 м.

Транспортные собиратели, нагорные каналы и магистральный канал устраиваются одноковшовыми экскаваторами, и ширина по дну этих каналов принимается по 0,6 м.

Ширина канала по верху «В» при данной ширине по дну «b» и глубине «h» зависит от крутизны откосов каналов. Крутизна откосов измеряется их заложением «С», представляющим собой проекцию откоса на горизонтальную плоскость. Отношение заложения откоса к глубине называется коэффициентом заложения откосов и обозначается буквой «m».

Ширина канала по верху определяется по формуле:

, м, где

b – ширина канала по дну, м;

m – коэффициент заложения откоса;

h – глубина канала, м .

Коэффициент заложения откосов зависит от устойчивости грунта, в котором прорыт канал (приложение К).

Скорость воды в канале — V определяется по формуле:

, м/с, где

i — уклон дна канала;

С – скоростной коэффициент;

R – гидравлический радиус.

Скорость течения воды в канале должна обеспечивать предупреждение как размыва дна и откосов каналов, так и заиления русла выпадающими наносами. Скорости течения воды в каналах не должны быть менее 0,2 м/с, и более допустимых скоростей на размыв, отмеченных в таблице 9.

Таблица 9. Максимально допустимые скорости течения воды в каналах

Грунты	Допустимые скорости, м/с	Грунты	Допустимые скорости, м/с
Песок: крупный	0,6...1,0	Суглинки: легкие	0,7...0,8
средний	0,45...0,7	средние	1,1
мелкий	0,35...0,45	плотные	1,1...1,2
Супесь: слабая	0,7...0,8	Торф: хорошо раз.	0,5...0,7
уплотненная	1,0	средне раз.	0,7...1,1
		слабо раз.	1,1...1,4

Если скорость превышает безопасную на размыве необходимо принять новое значение b и h и произвести все вычисления вновь.

Гидравлический радиус R-отношение площади живого сечения к смоченному периметру:

, где

W – площадь живого (поперечного) сечения канала;

Х – смоченный периметр.

Площадь поперечного сечения канала определяется по формуле:

или , где:

b – ширина канала по дну, м;

B – ширина канала по верху, м;

m – коэффициент заложения откосов;

h – глубина канала, м.

Для производства гидравлического расчета необходимо определить площадь живого сечения потока. Для этого определяют:

Смоченный периметр — длина контура, по которому вода соприкасается со стенками и дном русла Х.

, м, где

b — ширина канала по дну

h — глубина наполнения канала от уровня воды до дна;

m – коэффициент заложения откосов (приложение К)

Смоченный периметр определяем при условии максимального наполнения канала (его расхода). Чем больше периметр, тем больше сопротивление от трения испытывает вода при своем движении.

Затем определяем скоростной коэффициент С. Скорость течения воды в канал зависит от уклона потока, формы живого сечения и глубины наполнения, а также от шероховатости откосов и дна вод откосов.

, где

С — скоростной коэффициент;

R – гидравлический радиус;

γ – коэффициент шероховатости (1,75)

Расход воды в магистральном канале при условии полного заполнения его потоком воды определяется по формуле:

, м³/с, где

Q — расход воды, м³/сек

W — площадь поперечного сечения канала, м²

V — средняя скорость воды в канале, м³/сек

Полученный расход магистрального канала студент сравнивает с гидрологическим расчетом и делает на основании расчетов вывод о приемлемости выбранных размеров канала.

Затем подобный гидравлический расчет введется для определения расхода (Q) магистрального канала на расчетный модуль бытового периода, в той же последовательности.

Если полученный расход отличается на 5-10% от заданного гидрологического расчета, расчет признается правильным. В противном случае его повторяют вновь, задавшись другой шириной канала по дну и глубиной его заполнения.

Расчет объема земляных работ по магистральному каналу производится по вычерченному профилю, и вышеприведенными формулами и представляется я в таблице 10.

Таблица 10. Объем земляных работ по магистральному каналу

Показатель	Величина
Расстояние между пикетами, м
Расстояния, м
Отметки поверхности земли
Уклон / расстояние
Проектные отметки дна
Глубина канала, м
Ширина канала по верху, м
Площадь поперечного сечения, м2
Пикетный объем, м3
Суммарный пикетный объем, м3