Методы и способы осушения

При смешанном типе водного питания при назначении методов осушения исходят из основного, наиболее сложного типа водного питания. В данном курсовом проекте принимается:

· ускорение и регулирование поверхностных вод собственного водосбора;

· понижение уровней грунтовых вод;

· перехватывание склонового поверхностного стока.

Способ осушения назначают также в соответствии с типом водного питания, выбранным методом, использованием земель и с учётом технических возможностей осуществления данного способа. В курсовом проекте принимается:

1) Понижение уровней грунтовых вод путем устройства закрытого трубчатого дренажа, выполняемого из керамических труб со сплошной оберткой стеклохолстом. Расстояние между дренами - (расчет приведен ниже).

2) Перехват поступающего на осушаемый массив склонового поверхностного стока путем устройства нагорно-ловчего канала.

При смешанном типе водного питания при назначении методов осушения исходят из основного, наиболее сложного типа водного питания. В данном курсовом проекте принимается:

· ускорение и регулирование поверхностных вод собственного водосбора;

· понижение уровней грунтовых вод;

· перехватывание склонового поверхностного стока

3. Расчёт расстояний между элементами регулирующей сети

Для расчета расстояний между дренами принимаетсяметодика разработанная А.И. Мурашко (метод фильтрационных сопротивлений). Расчетные схемы и зависимости применимы при коэффициентах фильтрации грунтов и проводимостью зоны фильтрации при различных сочетаниях типов водного питания.

Действительная природная среда мелиорируемого объекта довольно сложна и для инженерных расчетов представляет значительные трудности и поэтому для выполнения необходимых расчетов геологическое строение характерных участков объекта схематизируются, и представляетсяв виде приемлемых расчетных схем, которые являются основными для определения расстояний между дренами.

Расчетная схема определяется геометрической формой пласта, т.е. мощностями слоев грунта, фильтрационными характеристиками водоносных горизонтов. Верхней границей схемы является поверхность почвы, нижней –водоупор. На схеме водоупор принимается в виде горизонтальной плоскости, проходящей через среднюю на данном участке отметку, волнистые и наклонные границы между слоями также заменяются горизонтальными линиями. Схематизация геологического строения сводится к тому, что многослойный пласт приводится к расчетным схемам: однослойной и двухслойной. Внутренней их границей является плоскость раздела двух слоев с существенно разными значениями проницаемости.

В курсовом проекте берутся три характерные расчетные схемы и для них определяются расстояния между дренами для пяти различных конструкций в условиях установившейся и неустановившейся фильтрации (см. табл. 2,3,4,5)

Основной задачей фильтрационных расчетов дренажа является определение максимально допустимых расстояний между дренами, которые обеспечивают необходимое снижение уровней грунтовых вод, позволяющее вести на осушаемых землях сельскохозяйственные работы в весенний период, либо сохранять оптимальный водный режим почв для сельскохозяйственных растений в период их вегетации.Поэтому расчетными периодами для фильтрационных расчетов являются весенний и летне-осенний(табл.2).

Таблица 2. Расчетные периоды и исходные параметры для расчетов

Расчетная схема	Весенний период
Рис.1	Без затопления поверхности
(3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) (3.7) сут
Летне-осенний период
Расчет по норме осушения
(3.8) (3.9)
Расчетная схема	Весенний период
Без затопления поверхности
Рис.2	При расчетах по необходимому понижению
(3.10) (3.11) (3.12) (3.13) (3.14) (3.15) по (3.7) t=10-15 cут
Летне-осенний период
Расчет по норме осушения
При расчетах по необходимому понижению
(3.16) (3.17) (3.18) по (3.13) (3.19) (3.20) -глубина УГВ к началу дождей

Для них определяются расстояния между дренами пяти различных конструкций в условиях установившейся и неустановившейся фильтрации (табл.3).

Таблица 3.

Конструкции труб и фильтров И схемы их укладки	Расчетные зависимости
1. Керамические трубы
Керамическая труба без защитного фильтра; трубы на внутренних соединительных муфтах Рис.3	(3.21) (3.23) - ширина зазора между трубками или ширина фильтрующей части внутренних втулок (муфт).
Керамические трубы. Сплошная обертка стеклохолстом.     Рис.4
Керамические трубы. Обертка стыков труб полосками.   Рис.5	(3.26) (3.27) или (3.28)   (3.29) (3.30)
2. Полиэтиленовые трубы
Трубы полиэтиленовые с круглой перфорацией. Без защитного фильтра.   Рис.6	(3.32)
Трубы полиэтиленовые с круглой перфорацией. Слошная обертка стеклохолстом. Рис.7

Определяется расстояние между дренами в двухслойных и однородныхгрунтах для установившейся и неустановившейся фильтрации.

Для двухслойных грунтов (табл.4).

Таблица 4. Расстояния между дренами в двухслойных грунтах

Фильтрационная схема	Установившаяся фильтрация
по заданному понижению УГВ
Схема а
Схема а   Рис.8	(3.35) (3.36) (3.37) (3.38)
Неустановившаяся фильтрация
по заданному понижению УГВ
Схема а
(3.39) (3.40) (3.41) (3.42) (3.43) (3.44) (3.45) (3.46) (3.47) (3.48)
Схема в Рис. 9	Установившаяся фильтрация
по заданному понижению УГВ
Схема в
по (3.35) по (3.37) (3.49) (3.50)
Неустановившаяся фильтрация
по заданному понижению УГВ
Схема в
(3.51) по (3.48) по (3.50) по (3.41) по (3.45) по (3.42) по (3.46) по (3.47) по (3.44)

Для однородных грунтов (табл. 5).

Таблица 5. Расстояние между дренами в однородных грунтах

Фильтрационная схема	Расчетные зависимости
Установившаяся фильтрация	Неустановившаяся фильтрация
Схема в	Схема г
Схема в Схема г     Рис.10	(3.52) (3.53) (3.54) (3.55) (3.56)	(3.57) (3.58) (3.59) (3.60) (3.61) (3.62) (3.63) (3.64)

В расчетных зависимостях и на схемах приняты следующие обозначения:

- мощность пахотного слоя почвы, ;

- глубина залегания УГВ к началу расчетного периода, ;

- глубина залегания УГВ к концу расчетного периода, ;

- общая мощность зоны фильтрации под дреной в многослойных грунтах (расстояние от оси дрены до водоупора), м;

- мощность зоны фильтрации верхнего слоя под дреной, м;

- мощность зоны фильтрации под дреной в однородных грунтах, м;

- мощность нижнего слоя в двухслойных грунтах, м;

- мощность i-го слоя, м;

, , - расчетная мощность зоны фильтрации над дреной, м;

- превышение УГВ в междренье над осями дрен в начале расчетного периода, м;

- тоже в конце расчетного периода, м;

- гидростатический напор в дрене (подпор от уровня воды в канале), Нп = 0 м;

- гидродинамический напор в дрене, Нg = 0 м;

- расчетный напор, м;

-расстояние между осями соседних дрен, м;

- глубина заложения дрены (расстояние от оси дрены до поверхности земли), м;

, - коэффициенты водоотдачи соответственно торфяников (по А.И. Ивицкому) и минеральных грунтов (по Г.Д. Эркину);

- расчетный коэффициент фильтрации грунта (осредненный), м/сут;

, - коэффициенты фильтрации соответственно верхнего и нижнего слоев осушаемых грунтов, м/сут;

- коэффициент фильтрации i-ro слоя грунта, м/сут;

- проводимость пласта (зоны фильтрации), м/сут;

, -коэффициенты фильтрации соответственно фильтра и трубо-фильтра, м/сут;

, - коэффициент фильтрации i-ro слоя многослойного фильтра, м/сут;

- интенсивность осадков, м/сут;

- сумма осадков за расчетный период, м;

- интенсивность испарения, м/сут;

- запас воды в слое снега к началу таяния, м;

- слой воды на поверхности почвы, м;

- коэффициент стока талых вод;

- уклон поверхности земли;

- толщина слоя воды, подлежащего отведению дренажем за расчетный период, м;

- интенсивность инфильтрационного питания (среднесуточный приток воды к дренам за расчетный период), м/сут;

- продолжительность расчетного периода, сут;

- время стабилизации, сут;

- общие фильтрационные сопротивления (по степени и характеру вскрытия пласта), м;

- фильтрационные сопротивления на несовершенство дренажа по характеру вскрытия пласта, зависящие от конструкции дренажных труб, параметров защитных фильтров и схем их укладки (безразмерная величина);

- фильтрационные сопротивления дренажных труб, уложенных без фильтра (безразмерная величина);

- приращения (положительные или отрицательные) фильтрационных сопротивлений, обусловленные влиянием фильтра (безразмерная величина);

- диаметр дренажных труб (наружный и внутренний соответственно), м;

- длина керамических дренажных труб, м;

- ширина стыкового зазора между керамическими дренажными трубами, м;

- толщина фильтра, стенок трубофильтра, м;

- толщина i-го слоя многослойных фильтров, м;

- ширина полосы фильтра, укладываемого на стыках керамических дренажных труб, м;

- шаг перфорации дренажных труб, м;

- диаметр перфорационных отверстий, см;

- число рядов перфорации;

Расчет расстояний между дренами - процесс трудоемкий, поэтому он выполняется с помощью ЭВМ. Результаты расчета приведены ниже (табл.6).

Результаты расчёта расстояний между дренами Таблица 6.

Конструкции труб и фильтров и схемы их укладки	Двухслойные грунты, дрена в торфе	Двухслойные грунты, дрена в минеральном грунте	Однородные грунты, дрена в водоносном слое
Устан. фильтр.	Неустан. фильтр.	Устан. фильтр.	Неустан. фильтр.	Устан. фильтр.	Неустан. фильтр.
1.Керамические трубы без защитного фильтра	23,47		39,43	34,12	30,37
2.Керамические трубы. Сплошная обёртка стеклохолстом	39,9	34,52	51,40	44,64	38,56	32,93
3.Керамические трубы. Обёртка стыков труб полосками	35,58	30,65	48,83	42,38	36,84	31,47
4.Трубы.полиэтиленовые с круглой перфорацией без защитного фильтра	28,57	24,43	44,11	38,22	33,62	28,75
5.Трубы полиэтиленовые с круглой.перфорацией. Сплошная обёртка стеклохолстом	39,34		51,36	44,61	38,53	32,91

Проанализировав таблицу 6 можно сделать следующий вывод: при применении труб как керамических, так и полиэтиленовых с фильтром междренное расстояние увеличивается,однако, установившаяся фильтрация более благоприятна для работы закрытого дренажа, чем неустановившаяся.

Принимаем в качестве дренажа: Керамические трубы. Сплошная обёртка стеклохолстом. В результате выполненного расчета и в соответствии с данными, рекомендуемыми научными учреждениями, приведенных в табл. 3.4, 3.5 [1], при данном типе дренажа принимается расстояния между дренами - .

4. Гидрологические расчёты проводящей сети мелиоративных систем

Целью гидрологических расчетов является определение расчетных расходов для проектирования параметров проводящих каналов и рек-водоприемников осушительных и осушительно-увлажнительных систем и сооружений на них.

Открытая проводящая и ограждающая сеть принимает поверхностную и грунтовую воду с осушаемой территории, а также со смежных участков водосброса. Объемы отводимой воды зависят от времени года, величины водосборной площади, типа водного питания, способа осушения.

Оценку объема влаги, стекающей по поверхности почвы или по порам грунта, проводят по модулям стока. Под модулем стока понимают объем воды, стекающий в единицу времени с единицы площади. В зависимости от условий поступления воды в осушительную сеть различают модуль поверхностного стока, модуль дренажного стока и модуль внутреннего стока.

В зависимости от интенсивности и объема поступающей воды к мелиоративным системам выделяют следующие периоды:

1. Весенний период.

2. Предпосевно-посевной период.

3. Летне-осенний период.

4. Бытовой (меженный).

Расчетные периоды, условия пропуска расчетных расходов и их обеспеченность устанавливаются в зависимости от характера сельскохозяйственного использования осушаемых земель и принимаются согласно табл. 4.1[1].

4.1. Расчёт максимального расхода воды весеннего половодья

За расчетный расход весеннего половодья принимается мгновенный максимальный расход при прохождении пика половодья. Продолжительность прохода пика длится от нескольких часов на малых водотоках до нескольких суток на больших.

При отсутствии аналога.

При невозможности подобрать реку-аналог расчетные максимальные мгновенные расходы воды Q_p заданной ежегодной вероятности превышения Р определяется по формуле

(4.1)

Где - расчетный слой суммарного стока, мм.(4.2)

- средний многолетний слой стока весеннего половодья, мм, определяется по картам изолиний (прил. 8 [1]).

- модульный коэффициент расчетной обеспеченности, определяемый по прил.10 [1] для трехпараметрического гамма-распределения по значениям коэффициентов вариации C_v и C_s.

Для максимумов весеннего половодья C_s =2*C_v.

- коэффициент, учитывающий неравенство статических параметров слоя стока и максимальных расходов воды, определяется по таблице 4.3 [1].

- коэффициент, учитывающий влияние (4.3) водохранилищ, прудов и проточных озер.

с=0,28-коэффициент, принимаемый в зависимости от среднего многолетнего слоя весеннего стока h₀.

А_оз=0% -озерность водосброса.

– площадь водосбора до расчётного створа, км².

где – основание натурального логарифма;

– относительная залесённость водосбора в процентах, вычисленная с учётом площадей, занимаемых лесом заболоченным и лесом по суходолу;

– относительная заболоченность водосбора в процентах, включающая болота, заболоченные земли и мелиорированные земли на осушенных болотах;

i – уклон водотока, ‰.

Подставляем все в формулу (4.1) получим:

4.2. Расчёт максимального расхода воды летне-осенних дождевых паводков

В качестве расчётного расхода летне-осеннего паводка принимается расчётный расход, наблюдаемый в промежутке от конца спада весеннего половодья да начала ледостава осенью.

Максимальные расходы воды дождевых паводков , м³/с, ежегодной вероятностью P для расчёта сооружений осушительных и осушительно-увлажнительных систем при площади водосбора менее 50 км² и отсутствии рек-аналогов определяются по формуле:

(4.5)

где – средний многолетний модуль стока дождевых паводков, л/(с∙км²);

=62,4– площадь водосбора, км²;

– модульный коэффициент расчётной ежегодной вероятности превышения (обеспеченности) определяемы по приложению 10 [1] по значениям и .

Для максимумов летне-осенних дождевых паводков C_s =3*C_v.

Средний многолетний модуль стока дождевых паводков определяется по формуле:

Расчетный максимальный модуль бытового стока определяется по формуле

. (4.7)

где – физико-географический параметр, определяемый по приложению 11 [1];

– средняя ширина водосбора, т.е. отношение площади водосбора к длине водотока ; (4.8)

– средний уклон основного водотока, ‰;

– густота речной сети, т.е. отношение суммарной длины всех водотоков на водосборе длиной свыше 2 км к общей площади водосбора, км/км²;

– средневзвешенная озёрность водосбора, %;

– относительная заболоченность водосбора, %;

– относительная площадь заболоченного леса на водосборе, %;

– относительная площадь сухого леса на водосборе, %.

Коэффициент вариации средних многолетних модулей стока воды дождевых паводков определяется по формуле:

где - физико-географический параметр, определяемый по приложению 12 [1].

По формуле (4.5), получим:

.

4.3. Расчёт расхода воды предпосевного периода

Предпосевной сток соответствует времени наступления оптимального срока весеннего сева сельскохозяйственных культур.

За расчётный принимается максимальный среднесуточный расход за весь предпосевной период, продолжительность которого равна одному месяцу.

Расчётные расходы воды предпосевного периода , м³/с, определяются по формуле:

(4.10)

где – модуль предпосевного стока с единицы площади водосбора, л/(с∙км²);

– площадь водосбора, км²;

– коэффициент, отражающий возрастание модуля предпосевного стока с увеличением площади водосбора;

– коэффициент учёта влияния заболоченности и лесистости;

– коэффициент учёта влияния озёрности;

– коэффициент, учитывающий неодновременность схода снега по водосбору.

Параметр , при отсутствии реки аналога, определяется по приложению 13 [1]. л/(с∙км²).

Расчетный максимальный модуль бытового стока определяется по формуле 4.7

.

Коэффициент , отражающий влияние площади водосбора, определяется по формуле:

(4.11)

где , т.к. – расчётная площадь водосбора, км², в пределах которой модули предпосевного стока возрастают;

– критическая площадь водосбора, км², определяется по табл. 4.6 [1].

Коэффициент, учитывающий влияние заболоченности и залесённости, определяется по формуле:

(4.12)

где – средний многолетний слой стока весеннего половодья, мм, определяется по картам изолиний (приложение 8) [1];

– заболоченность и залесённость, %.

Коэффициент учёта влияния озёрности принимается

Коэффициент неодновременности схода снега по водосбору определяется по табл. 4.7[1] в зависимости от – числа дней фактического отклонения средних дат схода снежного покрова в расчётном створе и в центре тяжести водосбора.

По формуле 4.10, получим:

м³/с.

4.4. Расчёт среднемеженного расхода воды

Расчётным расходом бытового периода считается наиболее часто повторяющийся среднесуточный расход низкой межени.

Расчётные расходы среднемеженного стока , м³/с, определяются по формуле:

м³/с, (4.13)

где – модуль среднемеженного стока, л/(с∙км²), принимаемый по данным рек аналогов;

Расчетный максимальный модуль бытового стока определяется по формуле 4.7

.

– площадь водосбора, км².

Величины среднемеженного модуля стока ежегодной вероятностью превышения 50% при отсутствии рек-аналогов принимаются по карте изолиний (приложение 15)[1].

Результаты расчёта сводятся в таблицу 7.

Результаты гидрологического расчёта Таблица 7

Расчётный период	P, %	Cv	Cs			q	Q, м^3/с
л/с	м^3/с
ВП		0,45	0,9	1,61	-	-		15,8
ЛОП		0,72	2,16	1,88	88,4	166,2		10,37
ППП		-	-	-	12,1	12,1		0,830
БП		-	-	-	4,9	4,9		0,310

Проектирование мелиоративной сети в плане и в вертикальной плоскости.

5.1. Мелиоративная система и её элементы

Осушительная система включает следующие основные элементы:

1) осушаемые площади, водно-воздушный и питательный режимы почв которых регулируется путём комплекса мелиоративных и агротехнических мероприятий, с целью выращивания сельскохозяйственных культур или возведения различных зданий и сооружений;

2) регулирующую сеть (осушительные каналы, борозды, дрены, ложбины стока и др.), предназначенную для регулирования водно-воздушного режима на данной площади путём удаления избыточной поверхностной или грунтовой воды, сообразно потребностям хозяйственного использования этой площади;

3) проводящую сеть (магистральный и другие каналы, транспортирующие собиратели, закрытые коллекторы), предназначенную для приёма воды из регулирующих каналов или дрен и отвода её кратчайшим путём в соответствующий водоприёмник;

4) ограждающую сеть (нагорные, ловчие, береговые каналы или дрены), защищающую осушаемую площадь от притока поверхностных и грунтовых вод со смежных территорий;

5) водоприёмник (река, ручей, озеро и т.д.), который принимает все удаляемые с осушаемой площади воды из магистральных осушительных каналов и отводит их в более крупную гидрографическую сеть;

6) гидротехнические сооружения (регуляторы уровней и расходов воды, быстротоки, перепады, шлюзы, дюкеры, акведуки, устьевые сооружения, трубы-переезды, трубы-регуляторы, мосты, колодцы смотровые, колодцы-регуляторы и т.д.), служащие для поддержания заданного режима работы осушительной системы;

7) дорожную сеть, служащую для беспрепятственного въезда и выезда транспорта и сельскохозяйственной техники на осушаемые земли;

8) полезащитные лесные полосы, необходимые для защиты полей от водной и ветровой эрозии, а также для улучшения среды обитания животных, создания благоприятного микроклимата;

9) эксплуатационную сеть (гидрологические створы, посты и станции, береговая обстановка, полосы отчуждения, противопожарные устройства, производственные, жилые и культурно-бытовые здания и постройки, средства управления и связи, створы наблюдательных колодцев, гидрометрические посты), обеспечивающую контроль и надзор за работой всех звеньев осушительной системы и безупречную её работу.

Осушительно-увлажнительная система может быть дополнена следующими частями:

а) водопроводящей сетью – магистральными, распределительными, увлажнительными каналами и трубопроводами и сооружениями на них;

б) специальными регулирующими сооружениями на открытой и закрытой сети;

в) водоисточниками – реками, озёрами, прудами, водохранилищами и др., с водозаборными, водовыпускными и прочими сооружениями на них;

г) оросительными насосными станциями – стационарными и передвижными;

д) дождевальными машинами и установками – передвижными или стационарными.

Дата добавления: 2015-07-11