Гидравлический расчет проводящих осушительных каналов

Форму поперечного сечения каналов выбирают в зависимости от вида грунта, глубины русла Н, максимального расчетного расхода Q (таблица 1).

Коэффициент m заложения откоса определяется расчетом из условия устойчивости и сравнивают затем со значениями, приведенными в таблице 2. Если расчетное значение больше табличного, то принимают его равным или меньшим значению, приведенному в таблице 2, но при этом для обеспечения устойчивости откосы крепят. Если расчетное значение меньше или равно табличному, то принимают расчетное значение m без крепления откоса.

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 составляют менее 500 га и при этом расчетный максимальный модуль стока не превышает 2 л/с с 1 га, 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, 6м, 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^З/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); n - 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 русл 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 = ω /χ; χ - смоченный периметр живого сечения, м; I - гидравлический уклон, при равномерном движении жидкости равен уклону дна русла; ω -площадь живого сечения, м²; С - скоростной коэффициент, м^{0, 5}/с.

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

C= 1/n R^y, где у=2.5 √ n - 0.13 - 0.75√ R (√ n - 0.10).

В упрощенной форме (погрешность до 2...3) у=1, 5√ n при R< 1 м и у = 1, 5√ n при

R < 1 м.

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 _г.н=(b/h)_г.н.-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. 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. 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=10 м³/с и глубиной Н=2, 5 м, делают, как правило, трапецеидальным.

Поперечные профили русла:

а - трапецеидальный;

б - параболический,

в - полигональный;

г - комбинированный;

д - параболический с донной вставкой;

е - косинусоидальный.

Коэффициент m заложения откосов принимают по таблице. Магистральные каналы и регулируемые русла малых рек с расходом воды Q = 10...25 м²/с и глубиной Н=3, 5 м можно проектировать с трапецеидальным поперечным сечение тогда, когда русла проходят в крупнозернистых грунтах или в средне- и мелкозернистых, у которых имеется крупная фракция d = 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.