Диаметры и уклоны дренажных и пластмассовых дрен.

Диаметры дренажных труб зависят от интенсивности притока грунтовых вод и длины дрен. В настоящее время в СНГ и в большинстве европейских стран для регулирующих дрен при­меняют трубки внутренним диаметром 50 мм. При этом макси­мальная длина дрен, при которой обеспечивается пропуск посту­пающих фильтрационных вод, достигает 200 м.

В Великобритании и США регулирующие дрены выполняют из труб диаметром 75...100 мм и более. Тенденция к увеличению диаметров дрен наблюдается и в других странах. В Украине диаметры дрен увеличивают до 75…100 мм только в условиях более интенсивного притока грунтовых вод (при грунтово-напорном питании, для выборочных и ловчих дрен).

Во избежание заиления закрытых дрен минимальная скорость течения воды в них при расчетных расходах допускается 0,2 м/с. Из этого условия минимальный уклон дрен при диаметре 50 мм, принимают =0,002. Повышение диаметра дрен до 75...100 мм позволяет снизить минимальный уклон до 0,001. Уменьшение имеет большое практическое значение на местности с ровной поверхностью, где устраняется необходимость резкого заглубления закрытых кол­лекторов и водоприемных каналов.

В условиях, когда поверхность земли равнинная, а грунты до­статочно водопроницаемы, в настоящее время проектируют без­уклонный дренаж с =0. Такой дренаж при наличии гидравли­ческого уклона (разности давлений воды в почве и дрене) обеспе­чивает необходимое понижение уровня грунтовых вод, но может быстро заиливаться и выходить из строя. Его применяют в основ­ном, на пойменных землях, где в грунтовых водах не содер­жится растворенное железо и опасность заиления дренажа минимальная. При этом безуклонные гончарные или асбестоцементные дрены проектируют длиной до 600...800 м и подключают с обеих сторон к открытым каналам (рис. 2.15).

Рис. 2.15 - Схема безуклонного дренажа:

а - план; б -разрез по I-I; 1 - открытые каналы; 2 - закрытые безуклонные дрены

 

В безуклонном дренаже при недостаточно высоком качестве строительства могут быть изломы трубопроводов с обратными уклонами, в которых возникают воздушные пробки, приводящие к увеличению гидравлических сопротивлений, а иногда и выклю­чению дрен из работы. Увеличение диаметров уменьшает вероят­ность возникновения воздушных пробок. Поэтому для безуклон­ных дрен следует увеличивать диаметры до 100...150 мм, а расстояния между дренами принимать 15...30 м.

Открытые каналы

Сеть открытых каналов применяют при осушении: 1) есте­ственных малопродуктивных сенокосов; 2) мелкозалежных тор­фяников, подстилаемых песчаными водопроницаемыми грунтами; 3) земель в зонах вечной мерзлоты и с глубоким промерзанием их; 4) территорий, в грунтовых водах которых содержится более 20 мг/л закислого железа; 5) при предварительном осушении глу­боких торфяников.

Осушение мощных (более 1,5...2,0 м) торфяников следует проектировать в два этапа. Вначале торфяники осушают откры­тыми каналами. Через один - три года, когда произойдет основная осадка торфа, осушительную сеть переделывают в закрытую.

Открытые каналы для понижения уровня грунтовых вод про­ектируют трапецеидального сечения с шириной по дну 0,4...0,6 м, глубиной 1,0...1,2 м, заложением откосов т = 1,0...1,5.

Расстояние между открытыми каналами зависит в первую очередь от водопроницаемости грунтов и находится в пределах 60...100 м, реже 150 м. На торфяниках, подстилаемых с глубины 1,0...1,5 м хорошо водопроницаемыми песчаными грунтами, открытые каналы вре­зают в водопроницаемый грунт на 30...50 см, благодаря чему достигается большой осушительный эффект. Это связано с тем, что песчаный слой будет работать как пластовая дрена, облегчая отвод избыточных вод. В данном случае расстояние между от­крытыми каналами может быть увеличено до 300...500 м (рис. 2.16).

Рис. 2.16 - Схема осушения редкими глубокими каналами: 1 - торф;

2 - песок; 3 - уровень грунтовых вод

 

Положительный опыт использования редкой сети каналов имеется в Мещерской и Полесской низменностях. Недостатком устройства редких и глубоких каналов, кроме перечисленных выше, является возможность переосушения почвы в летнее время.

На слабоводопроницаемых минеральных почвогрунтах, тяже­лых по механическому составу, выпадающие осадки и талые воды не проса­чиваются в глубокие горизонты, а застаиваются на поверхности и в пахотном горизонте, создавая временное избыточное увлаж­нение.

Для борьбы с избыточным увлажнением на слабоводопрони­цаемых почвах проектируют регулирующую сеть по ускорению поверхностного стока. Ускорение отвода поверхностных вод осу­ществляется за счет сокращения пути добегания воды по поверх­ности к осушительной сети (открытым собирателям) (рис. 2.17).

Регулирующую сеть по ускорению поверхностного стока де­лят:

а) по конструкции - открытая, закрытая и комбинирован­ная;

б) по характеру устройства - постоянная и временная;

в) по расположению на местности - систематическая и вы­борочная.

Рис. 2.17 - Схема осушения открытыми собирателями

 

Основные виды постоянной регулирующей сети следующие: открытые каналы - собиратели, закрытые собиратели, ложбины. К временной регулирующей сети относятся временные каналы, борозды и др.

В естественных условиях без осушительной сети путь движе­ния воды по поверхности земли составляет В и время отвода t ₁ = B/v. После устройства регулирующей сети на расстояние Е друг от друга время отвода снижается до t ₂ =E/v, где v - ско­рость стекания воды по поверхности, зависящая от шероховатости п и уклона i поверхности земли, а также от слоя движущейся воды h. Скорость движения поверхностных вод определяют по формуле Шези

(2.18)

где С - скоростной коэффициент (коэффициент Шези); R - гидравлический радиус, при движении воды по поверхности принимают равным слою воды h, i – уклон дна канала (приближенно равен j – гидравлическому уклону):

= sinΘ, (2.19)

где z₁ - z₂ – разность отметок дна канала в двух расчетных сечениях, м;

l – расстояние между расчетными сечениями, м;

Θ – угол наклона дна канала к горизонту.

Расход воды в открытом канале или лотке может быть выражен формулой

Q = или Q = , (2.20)

где n – коэффициент шероховатости, определяемый таблично в зависимости от характеристики русла (канала) (n =0,017-0,04 - для неукрепленных русел; n =0,09-0,03 для русел с искусственным укреплением); - ω и χ – площадь и смоченный периметр канала; - z - коэффициент, определяемый таблично в зависимости от (n) и (R).

Открытые каналы - собиратели - применяют в основном при экстенсивном использовании осушаемых территорий: естественных сенокосов, лесов и др.

Систематическую сеть проектируют в плане только поперек направления стекающих поверхностных вод, под острым углом к горизонталям и на определенных расстояниях Е друг от друга (рис. 2.18).

Рис. 2.18 - Расположение в плане открытых собирателей:

1 - открытые собиратели; 2 - проводящий канал

 

Расстояние между открытыми собирателями зависит от интенсивности выпадающих осадков, уклонов и шероховатос­ти поверхности земли. Оно должно обеспечивать освобождение поверхности земли и пахотного горизонта за допустимый срок, в течение которого сельскохозяйственные культуры выдерживают переувлажнение (обычно 1…2 сут. после окончания дождя), т.е. расчет ведется на второй критический период - интенсивных летне-осенних осадков. Практически расстояние между- открыты­ми собирателями принимают от 50 до 100 м. Выборочную сеть открытых собирателей проектируют по тальвегам. Длина L открытых собирателей 300...500 м, глубина 0,7…0,9 м. Форма поперечного сечения трапецеидальная, ширина по дну 0,25...0,4 м, коэффициент за­ложения откосов (m = 1,0...1,5). От­крытые собиратели нарезают обыч­но каналокопателями. Открытые собиратели препятст­вуют движению сельскохозяйствен­ных машин. Вместо них можно применять ложбины, имеющие бо­лее пологие откосы (m = 4...10), что позволяет проход сельскохозяй­ственных машин. Проектируют их в первую очередь по местным пони­жениям. Глубина ложбин от 10...20 см в истоке до 40...50 см в устье.

В дополнение к открытой постоянной сети используют временные каналы, предназначенные в первую очередь для отвода избыточ­ных вод из микропонижений. Временную осушительную сеть нарезают осенью и заравнивают весной перед началом посевных работ, она способствует ускорению отвода талых вод.