Окремих елементів осушувальних систем

Розрахункові витрати

Гідрологічні розрахунки зводять до визначення модулів стоку і витрат води у річках і каналах, що мають водозбірну площу понад 5 км², для встановлення розмірів поперечного перерізу каналів, отворів споруд і розрахунку режиму зволоження.

Витрати води у річках і каналах формуються як за рахунок поверхневих, так і за рахунок ґрунтових вод. Співвідношення між ними залежить від пори року, гідрологічних умов і характеру осушення. На більшості рівнинних річок, що протікають по заболочених територіях, максимальні витрати проходять у періоди весняного сніготанення і літньо-осінніх дощів. У літні бездощові періоди за рахунок ґрунтових вод формуються побутові або меженні витрати. Графік коливання протягом року витрат води у природних водотоках зображений на рис. 2.22.

При проектуванні осушувальних систем розрахункові періоди і розрахункові витрати, що їм відповідають, призначають залежно від сільськогосподарського використання осушуваних земель (від тривалості вегетаційного періоду і строків проведення основних сільськогосподарських робіт) та критичних періодів надлишкового зволоження.

При використанні осушуваних земель під посів багаторічних трав, ярих зернових, овочевих та технічних культур розміри поперечного перерізу осушуваних каналів недоцільно розраховувати на максимальні витрати від весняних вод, і осушувальна територія може затоплюватись на строк до 10…25 діб. Багаторічні трави таке затоплення витримують, а для інших сільськогосподарських культур вегетаційний період ще не розпочався. Таке затоплення не шкідливе, а часто і корисне, оскільки заплава удобрюється муловими часточками.

 

 

 

 

Рис. 2.22. Типовий графік коливань витрат рівнинних річок і осушувальних каналів:

 

1 – весняний максимум; 2 – посівні витрати; 3 – літньо-осінні паводки; 4 – побутові витрати.

 

Проте період початку посівних робіт і витрата, яка йому відповідає, на вітці спаду весняного паводка є найважливішими у роботі осушувальних систем. Посівну дату слід визначати за нагромадженням суми середньодобових позитивних температур повітря у середньому для різних зон від 60 до 200°, рахуючи від дати сходження снігу або стійкого переходу температур повітря до плюсових.

У період літньо-осінніх злив потрібно забезпечити своєчасне відведення паводкових вод. Але враховуючи, що більшість сільськогосподарських культур у вегетаційний період витримує короткочасне {до 0,5...1,5 доби) затоплення, осушувальні канали розраховуються не на миттєві літньо-осінні паводкові витрати, а на середньодобові їх значення, або так звані високі літні витрати.

У вегетаційний період найчастіше спостерігаються побутові (меженні) витрати. Перевіряють спряження осушувальних каналів у вертикальній площині саме за цими витратами.

Тому при використанні осушуваних земель під посів багаторічних трав, ярих зернових, овочевих та технічних культур розміри поперечного перерізу осушувальних каналів розраховують на пропуск посівних, високих літніх і побутових (меженних) витрат.

Максимальні весняні витрати визначаються лише для встановлення розмірів отворів гідротехнічних споруд і осушувальних каналів при використанні земель під сади та озимі зернові. Розрахункові витрати для будь-якого періоду, м³/с, визначають за формулою:

 

(2.24)

 

де - розрахунковий модуль стоку, л/(с-км²); - площа водозбору каналу або річки у розрахунковому створі, км².

Якщо на даній річці проводились спостереження за горизонтами і витратами води, то розрахункові модулі стоку визначаються або безпосередньо за даними натурних спостережень (якщо спостереження проводились не менше 20...30 років), або шляхом зведення їх до багаторічних характеристик за допомогою річок-аналогів (якщо спостереження нетривалі).

На невеликих річках і осушувальних каналах при відсутності на нихгідрометричних спостережень розрахункові витрати і модулі стоку визначають за емпіричними формулами. Розрахункові створи, в яких визначаються витрати води, призначаються в гирлах і верхів'ї водотоків і в місцях різкої зміни водозбірної площі (вище і нижче притоків, що впадають). При плавній зміні величини водозбірної площі призначаються додатко­ві створи там, де водозбірна площа змінюється на 10...20 %.

 

Гідравлічні розрахунки

Гідравлічні розрахунки виконуються для встановлення розмірів поперечного перерізу каналів і перевірки швидкості руху води на розмив і замулення в них. Їх виконують звичайно для магістральних (розрахункових) каналів, площа водозбору яких перевищує 5 км². Перевірка швидкості руху води може виконуватись і для нерозрахункових каналів з меншою водозбірною площею, якщо похили їх перевищують 0,0015 у піщаних,0,003 у суглинкових і 0,005 у глинистих ґрунтах.

Гідравлічні розрахунки проводять за формулами рівномірного руху води у відкритих руслах:

(2.25)

(2.26)

 

(2.27)

де - середня за живим перерізом швидкість течії води, м/с; - витрата, м³/с; - витратна характеристика, м³/с; -гідравлічний радіус, , м; - площа живого перерізу, м²; - змочений периметр, м; і - проектний похил каналу; - швидкісний коефіцієнт, визначається за формулою Павловського ; - коефіцієнт шорсткості осушувальних каналів, залежить від стану поверхні укосів і дна русла, звичайно приймається залежно під розрахункових витрат при >25 м³/с - =0,025; при = l...25 м³/с - n = 0,030; при <1 м³/с - п = 0,035, - показник степеня, y = змінюється в середньому від 1/5 до 1/6.

Розрахункові витрати і умови їх пропуску по каналах призначаються залежно від використання осушуваних земель.

При використанні осушуваних земель під посів багаторічних трав, ярих зернових, овочевих і технічних культур розміри поперечного перерізу осушувальних каналів повинні бути такими, щоб горизонти води в них при проходженні посівної витрати розміщувались нижче бровки каналу не менше як на 0,7...1,0 м, весняної та високолітної повені - на 0,1...0,2 м, а побутовий (меженний) горизонт води у каналі розміщувався на рівні або нижче дна нерозрахункових каналів, що впадають в нього.

У посівний період запас від розрахункового горизонту води до бровки каналу повинен становити не менше 0,7... 1,0 м, тому що в цей час посередині між каналами необхідно забезпечувати норми осушування 0,5...0,6 м і до каналів рівні ґрунтових вод знижуються. Під час пропуску літньо-осінніх паводків допускається робота каналів повним перерізом; з врахуванням нерівностей рельєфу запас до бровок при цьому приймається не менше 0,1...0,2 м. При побутових (меженних) витратах перевіряються умови спряження каналів у вертикальній площині. Отже,

(2.28)

де - необхідна глибина каналу, що розраховується, приймається більша з трьох обчислених, м; - глибина нерозрахункового каналу, що впадає в гирло (звичайно транспортуючого збирача), м; - розрахункові глибини наповнення каналу при посівній, високолітпій і побутовій витратах, м.

При використанні осушуваних земель під озимі зернові поперечний переріз каналу приймають таким, щоб забезпечити пропуск паводкових витрат на рівні бровок каналу, тобто .

Для осушувальних каналів, що проектуються у торф'яних ґрунтах по новій трасі, необхідно враховувати осідання торф'яного покладу і зменшення при цьому глибини каналу. У цих випадках будівельна глибина каналу повинна бути збільшена на величину осідання торфу (рис. 2.23).

 

(2.29)

 

 

Рис. 2.23. Схема до розрахунку осідання торфу:

 

1 – торф; 2 – мінеральний грунт; 3 – поверхня торф’яного покладу до осідання; 4 – те саме після осідання торфу

 

Величину осідання для низинних торфовищ визначають за фор­мулою Панадіаді:

(2.30)

 

де - коефіцієнт, що залежить від щільності торфу, для щільних торфовищ приймають 1, для менш щільних- 1,4, для пухких - до 1,8; - середня по трасі каналу потужність торфу, м; - розрахункова глибина каналу, м.

При потужності торфу Hо менше глибини каналу Т_р при розрахунку приймають і

Особливості встановлення розмірів провід­них каналів:

1. Для невеликих осушувальних каналів, що прокладаються по цілині, ширину їх по дну, м, приймають , де - середня з посівної і високолітньої витрат, м³/с.

Потім встановлюють необхідні і . При цьому переріз каналу буде наближатись до гідравлічно найвигіднішого, з оптимальним співвідношенням між шириною і глибиною каналу.

2. Для великих каналів, що проходять по існуючим водотокам, не завжди витримуються гідравлічно найвигідніші перерізи; тут проектну глибину каналу приймають за середньою глибиною річки з заглибленням мілких і зарослих ділянок. Якщо існуючі розміри русел недостатні, то проектують розширення русла.

3. При заляганні пісків на невеликій глибині для підсилення осушення канали намагаються врізати в ці добре водопроникні ґрунти.

4. Якщо знизу залягають нестійкі ґрунти (пливуни, мули), то краще зменшити глибину каналу і не врізатись у ці нестійкі ґрунти. Переріз не буде гідравлічно найвигіднішим, зате він буде стійким.