Основи меліорації і ландшафтознавства

Електронний посібник

Головна

Анотація

Теоретичні відомості

Практичні роботи

Список використаних джерел

Додатки

Глосарій

Укладачі

Осушувальні мережі

Вправа 1. Проектування закритого дренажу на водопроникних грунтах.

Завдання:

Запроектувати у плані осушувальну мережу на ділянці мінеральних водопроникних земель площею 10 га і забезпечити своєчасне зниження рівня грунтових вод до норм осушення у критичні періоди.

Вихідні дані. На ділянці у передпосівний період і в період літньо-осінніх затяжних дощів рівні грунтових вод піднімаються до 0,1 – 0,2 м від поверхні землі. Грунти ділянки – легкі суглинки потужністю 1,7 м, що підстилаються важкими суглинками. Коефіцієнт фільтрації легких суглинків – 0,5 м/добу. Похили поверхні землі становлять 0,005 – 0,008

Порядок виконання.

На ділянці осушення проектуємо закритий гончарний дренаж: два провідних колектори і мережа регулювальних дрен. Головний колектор 5.1 Др довжиною 423 м і боковий колектор 5.1.1 Др довжиною 240 м, що прокладаються по понижених місцевостях. Водоприймачем буде відкритий канал 5 Д, що проходить по південній мережі ділянки.

Рис. 114. План ділянки гончарного дренажу:

1 – відкритий канал; 2 – дренажні колектори; 3 – гончарні дрени з зазначенням їх номера і довжини;

4 – відкритий колодязь; 5 – гирлові споруди; 6 – місце зміни діаметра колектора

Гончарні дрени проектуємо довжиною до 200 м з похилом 0,004 – 0,005. Глибину закладання дрен приймаємо 1,1 м, а розрахунковий діаметр 5 см. У плані регулювальні дрени проектуємо під гострим кутом до горизонталей за проміжною схемою так, щоб похили поверхні землі по трасі дрен дорівнювали похилам самих дрен. Регулювальні дрени будуть недосконалими, оскільки їх закладаємо на глибину 1,1 м, а водотривкі грунти залягають з глибини 1,7 м.

Відстань між недосконалими дренами визначаємо за формулою

Е_недос = Е_дос√В

Відстань між досконалими дренами

k t_p h₁ h₂

Е_дос = 2 √-----------------------,

β (h₁ - h₂α) + N-e

k – 0,5 м/добу;

t_p – 10 діб;

h₁ = Т - u = 1,1 - 0,1 = 1,0 м;

h₂ = Т - Н_пос = 1,1 - 0,6 = 0,5 м

Н_пос – норма осушення, приймаємо 0,6 м;

Β – коефіцієнт водовіддачі грунту:

β= 0,056 k^1/2 (Н_пос - u)^1/3 = 0,056 х 0,5^1/2х (0,6-0,1)^1/3=0,03

α – коефіцієнт, що враховує кривизну депресійної поверхні, α – 1;

N – опади, для розрахункового періоду 10% забезпеченості приймаємо, 0,034 м;

e – випаровування, 0,01 м.

Відстань між досконалими дренами одержимо

0,5 х 10х1,0х0,5

Е_дос = √------------------------------------ = 16,0 м.

0.03х (1,0-0,5х1)+0,034-0,01

Коефіцієнт висячості визначаємо за формулою Козлова

Н_о - Т r_о

В = 1 + 5,5 √-------------- -------,

Н_о Т

Н_о – потужність водопроникного шару, 1,7 м;

r_о – зовнішній радіус дрен, 0,035 м.

1,7 - 1,1 0,035

В = 1 + 5,5 √ ------------ --------- = 1,58.

1,7 1,1

Відстань між недосконалими дренами

Е_недос = 16,0 √ 1,58 = 20,1 м.

Приймаємо відстань між дренами 20 м. На плані наводимо нумерацію і довжину всіх дрен.

Вправа 2. Розрахунок закритого колектора.

Завдання.

1.Побудувати поздовжні профілі по закритих колекторах 5.1 Др і 5.1.1 Др (рис. 115. ).

2.Визначити розрахункові витрати і діаметри закритих колекторів.

Порядок виконання.

Поздовжні профілі по закритих колекторах 5.1 Др і 5.1.1 Др складаємо у масштабах: горизонтальному 1:2000 і вертикальному 1:100. Спочатку по плану визначаємо відмітки поверхні землі на пікетах і характерних точках і наносимо їх на поздовжні профілі. Далі призначаємо проектні похили колекторів, що дорівнюють середнім похилам поверхні землі.

Рис. 115. Поздовжні профілі закритих колекторів:

1 – гирлова споруда; 2 – дренажний колодязь; 3 – номер колектора, що підключається, і відмітка дна.

Глибину закладання гончарних колекторів призначаємо так: при спряженні дрен з колекторами внапуск глибина закладання колекторів має бути більшою за глибину закладання дрен на величину діаметра колектора, тобто

Т_кол = Т_др + d_кол = 1,1+ (0,075…0,125) = 1,18…1,22 м.

У дренажному колодязі при спряженні бокового колектора з головним забезпечуємо перепад у 5 см. Розрахунковий модуль дренажного стоку визначаємо за формулою А.М.Янголя

q_p = q_o k_N k_B k_E

q_o – рекомендований модуль дренажного стоку, під час використання земель під оранку приймаємо, q_o = 0,61 л/ (с.га);

k_N – коефіцієнт, що залежить від річної норми опадів, при N = 650 мм/рік - k_N = 1,19;

k_B – коефіцієнт, що залежить від водопроникності грунтів, для середньоводопроникних грунтів k_B = 0,9;

k_E – коефіцієнт, що залежить від відстані між дренами, при Е = 20 м - k_E = 0,7.

Тоді розрахунковий модуль дренажного стоку одержуємо

q_p - 0,61 х 1,19 х 0,9 х 0,7 = 0,46 л/ (с.га)

Підбираємо діаметри закритих колекторів. Для бокового колектора 5.1.1 Др у верхів’ї приймаємо d₁ = 7, 5 см і при прийнятому похилі L_not = 0,006 визначаємо розрахункову швидкість руху води і витрати води.

С πd₁ ²

V₁ = -----√ R L_not = 0,46 м/с; R = d₁/4; Q₁ = S V = 2,01 л/с; S = -------------

2 4

Визначаємо площуА₁, яка може дренуватись колектором при d₁

А₁ = Q₁/ q_p = 2,04/0,46 = 4,36 га

Оскільки дрени мають неодинакову довжину, то встановлюємо сумарну довжину дрен на дренованій площі.

10000А₁ 10000 х 0,46

ΣL₁ = ------------- = ------------------ = 2180 м.

Е 20

Фактична сумарна довжина всіх дрен, що впадають у колектор 5.1.1 Др становить 1194 м, тобто менше допустимої, тому на всій його протяжності приймаємо діаметр d₁ = 7,5 см.

Для головного колектора 5,1 Др також приймаємо у верхів"ї d₁ = 7,5 см і при прийнятому похилі L_not = 0,0044 аналогічно виконуємо розрахунки

V₁ = 0,39 м/с; Q₁ = 1,74 л/с; А₁ = 3,78 га; ΣL₁ = 1890 м.

Після досягнення сумарної довжини дрен, рахуючи від верхів"я колектора, на ПК 2+26 змінюємо діаметр колектора на наступний більший d₂ = 10 см. Розрахунки виконуємо аналогічно

V₂ = 047 м/с; Q₂ = 3,71 л/с; А₂ = 8,07 га; ΣL₂ = 4035 м.

Колектор d₂ = 10 см приймаємо на ділянці від ПК 2+26 до ПК 0+94. Фактична сумарна довжина становить 3713 м. У колодязі на ПК 0+94 у головний колектор впадають боковий колектор 5.1.1 Др і дві регулювальні дрени, тому нижче колодязя фактична сумарна довжина дрен становить 5237 м і перевищує ΣL_2, тому далі діаметр колектора приймаємо d₃ = 12,5 см і розрахунки повторюємо знову

V₃ = 0,55м/с; Q₃ = 6,93 л/с; А₃ = 15,06 га; ΣL₃ = 7530 м.

До гирла колектора фактична сума всіх дрен становить 6227 м, тобто менше ΣL_3, на ділянці від ПК 0 до ПК 0+94 проектуємо колектор діаметром d₃ = 12,5 см.

Результати розрахунків по підбору діаметрів закритих колекторів зводимо у таблицю

Таблиця 69

Підбір діаметрів гончарних колекторів

№ колектора	Ділянка	d, см	Lпot	V, м/с	Q, л/с	qр л/с.га	А, га	ΣLр	ΣLф
5.1.1 Др 5.1 Др 5.1 Др 5,1 Др	Пк 0 - ПК 2+40 ПК0 - ПК 0+94 ПК 0 + 94 - ПК 2 + 26 ПК 2 + 26 - ПК 4 + 25	7,5 12,5 10,0 7,5	0,006 0,0044 0,0044 0,0044	0,46 0,55 0,47 0,39	2,01 6,93 3,71 1,74	0,46 0,46 0,46 0,46	4,36 15,06 8,07 5,78	2180 7530 4035 1890	1194 6227 3713 1780

На всіх ділянках головного колектора 5.1 Др розрахункові швидкості руху води перебувають у допустимих межах і прийнятий похил буде допустимий.

Вправа 3. Проектування на плані провідної і огороджувальної мережі

Завдання. Запроектувати осушувально-зволожувальну систему на заплавних торф’яних землях.

Вихідні дані. Заболочений масив займає заплаву безіменного струмка, що впадає у річку Ікву Ровенської області. На заплаві типове низинне болото з слабкорозкладеними очеретяно-осоковими торфовищами потужністю до 3 м, підстилаються супісками. Коефіцієнт фільтрації торфу – 0,6 м/добу. Схили надзаплавної тераси складені суглинками і підстилаються вапняками. Площа заболоченого масиву – 400 га. Водне живлення здійснюється за рахунок атмосферних опадів, грунтових вод, а також намивних алювіальних і схилових вод. У період весняного паводку заплава затоплюється шаром води 0,2 – 0,3 м на 10 – 15 діб. У посівний період рівні грунтових вод містяться на глибині 0,1 – 0,3 м і лише у літні сухі періоди знижуються до 1 м. Після осушення торф’яні землі планується включити у сівозміну з багаторічними травами, ярими зерновими культурами і кормовим буряком.

Порядок виконання. Для вирощування сталих і високих врожаїв у середні і посушливі роки на цих землях необхідне додаткове зволоження, тому проектуємо осушувально-зволожувальну систему, до якої будуть входити осушувальна і зволожувальна мережі, гідротехнічні споруди і дороги.

Методи осушення:

• зниження рівня грунтових вод на заплаві:

• огородження осушеної території від припливу із схилів поверхневих та грунтових вод.

Способи осушення: відкрита мережа; кротовий дренаж.

Водоприймач. р.Іква, що протікає на відстані 5 км на захід від осушуваного масиву. Проектування осушуваного масиву починаємо з магістрального каналу, який прокладаємо по безіменному струмку із випрямленням трьох звивистих ділянок: від ПК 7+50 до ПК 11, від ПК 15 до ПК 19 і від ПК 24 до ПК 24+60. Довжина магістрального каналу 3200 м. Після цього проектуємо нагірно-ловильні канали. Бокова провідна мережа складається з транспортуючих збирачів і відкритих колекторів. Транспортуючі збирачі проектуємо на відстані 800 – 1500 м один від одного під кутом 60 – 90º до магістрального каналу. Відкриті колектори проектуємо паралельно магістральному каналу і орієнтовно перпендикулярно до транспортуючих збирачів. У зв’язку з тим, що на проектованому об’єкті на північ від магістрального каналу, ширина заплави становить 900 м, між магістральним і нагірно-ловильними каналами проектуємо по два відкритих колектори з відстанями між ними по 300 м. Південніше магістрального каналу на ділянці з шириною заплави до 500 м і поперечними похилами до 0,003 між магістральним і нагірно-ловильними каналами проектуємо по одному відкритому колектору з відстанню по 250 м від них.

На осушувально-зволожувальних системах двосторонньої дії додатково проектуються зволожувальні канали, а відкриті колектори і нагірно-ловильні канали з’єднують із розміщеними вище транспортуючими збирачами.

Під час проектування у плані осушувальної мережі прагнуть до того, щоб ділянки між відкритими каналами мали прямолінійну або близьку до неї форму, а площі їх становили не менше 20 – 30 га. По каналах проектують межі полів сівозміни.

По трасах каналів розбиваємо пікетаж через 100 м. Розбивка пікетажу виконується проти течії – від гирла осушувальних каналів до верхів’я.

Рис. 116 Схема осушувально-зволожувальної системи:

1 – магістральний канал по цілині; 2 – магістральний канал по існуючому руслу; 3 – відкриті канали; 4 – кротові дрени; 5 – засипка старорічищ; 6 – підпірний шлюз на магістральному каналі з переїздом; 7 – шлюз на бічній мережі з переїздом; 8 – шлюз без переїзду; 9 – горизонталі;

10 – глибина покладу торфу; 11 – межа болота; 12 – межа полів сівозміни; 13 – дорога; 14 – межі осушення кротовим дренажем; 15 – номер поля і його площа.

Вправа 4. Визначення розрахункових витрат

Завдання. Визначити розрахункові витрати магістрального каналу ГД осушувально-зволожувальної системи, яка зображена на рис. 116 у вправі 3.

Вихідні дані. фізико-географічні характеристики магістрального каналу на ПК 0:

А_вод = 70 км², його заболоченість φ = 13%, залісення β = 15%, озера відсутні, середньозважений похил річки L_not = 0,0009, довжина водотоку L = √ 6 A_вод = √ 6·70 = 20,5 км

Послідовність виконання. Під час використання земель під посів багаторічних трав, ярих зернових, овочевих та технічних культур в осушувальних каналах встановлюються такі розрахункові витрати:

- посівна, 10% забезпеченості;

- висока літня, 10% забезпеченості;

- побутова, 50% забезпеченості.

1.Розрахункова витрата посівного періоду

Q = 0,001 q_пос A_вод λ_р

Модуль посівного стоку для водотоків із середньозваженим похилом менше 0,001 визначаємо за формулою

q_пос = А k + ( 0,01 L - 1 ),

А – географічний параметр, для півдня Ровенської області - 4;

k – коефіцієнт, що враховує вплив заболоченості та залісення басейну

k= 1 + 005 φ + 001 β = 1 + 0,05 · 13 + 0,01 · 15 = 1,8

q_пос = 4 · 1,80 + ( 0,01 · 20,5 - 1) = 6,4 л/ (с.га)

Q_пос = 0,001 · 6,4 ·70·1,9=0,85 м³/с

λ_р – перехідний коефіцієнт від норми посівного стоку до витрат заданої забезпеченості, для басейну р. Прип’ять, приймається – 1,9.

2. Висока літня витрата

Q _лв = Q_зл · k

200

Q_зл = q₂₀₀ ( — )ⁿ λ_р σ₁ σ₂ Α_вод

А_вод

Α_вод – площа водозбору, км²;

q₂₀₀ – модуль максимальної витрати, для розглянутого району, q₂₀₀ = 0,7 м³ (с.км²);

n – показник степеня редукції модуля максимальної витрати, n = 0,6;

λ_р – перехідний коефіцієнт від імовірності перевищення витрат 1 % до іншої імовірності, λ_р = 0,34;

σ₁ - коефіцієнт, що враховує зарегульованість максимальної витрати проточними озерами, за відсутності озер, σ₁ = 1,0;

σ₂ - коефіцієнт, що враховує зниження максимальної витрати внаслідок заболоченості

σ₂ = 1 - 0,8 lg ( 1 + 0,1 f_б ) = 1 - 0,8 lg (1 + 0,1 · 13 ) = 0,71

f_б = ступінь заболоченості басейну, 13%

200

Q_зл = 0,7 ( ------- )^0,6 · 0,34 · 1,0 · 0,7 1· 70 = 22,24 м³/с; Q _лв = 22,24 · 0,75 = 16,68 м³/с

70

3. Витрати побутового періоду

Q_поб = 0,001 q_поб A_вод k_р = 0,001 · 1,5 · 70 · 0,84 = 0,09 м³/с

q_поб – норма побутової витрати для північної частини України, 1,5 л/ (с.км²);

k_р – перехідний коефіцієнт від норми побутового стоку до витрат 50% забезпеченості, 0,84.

Вправа 5. Гідравлічний розрахунок магістрального каналу.

Завдання. Визначити розміри поперечного перерізу магістрального каналу.

Послідовність виконання. Під час використання осушуваних земель під посів багаторічних трав, ярих зернових, овочевих і технічних культур розміри поперечного перерізу каналу мають бути такими, за яких горизонти води в них під час пропуску посівної витрати розміщувались нижче бровки каналу не менше як на 0,7 – 1 ,0 м, високолітнього – не менше – 0,1 – 0,2 м, а побутовий горизонт води у каналі розміщувався на рівні дна впадаючих транспортуючих збирачів або був нижче його. Форму поперечного перерізу магістрального каналу приймаємо трапецієвидну, оскільки ширина по дну менше 5 м і проходить він в основному, у стійких торф"яних грунтах. Ширина каналу по дну

1 Q_пос + Q_л.в 1 0,85 + 16,68

b ≈ ------ --------------- = ----- ------------------ = 2,92 м

3 2 3 2

Q_пос і Q_л.в – відповідно посівна і високолітня витрати (вправа 4 ), м³/с. Приймаємо ширину по дну магістрального каналу 3,0 м. Канал проходить у слаборозкладених торфовищах і супісках, тому коефіцієнт закладання укосів приймаємо 2,5.

Для встановлення необхідної глибини магістрального каналу задаємось глибинами наповнення води в ньому від 0,1 до 2,5 і визначаємо швидкості течії води і витрати за формулами гідравліки

V = C √ R L_not ; Q = S V; S = (b + φ d_s) d_s; χ = b + 2d_s √1 + φ²; R=S/χ; C = R^У/_П;

L_not – проектний похил канала, 0,00075;

п – коефіцієнт шорсткості поверхні каналу, для каналів з витратами від 1 до 30 м³с приймається 0,03.

Гідравлічний розрахунок зводимо в таблицю

Таблиця 70

Гідравлічний розрахунок магістрального каналу

ds, м	S, м^2	χ, м	R, м	C	V, м^2/с	Q, м^3/с
0,1 0,3 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5	0,32 1,12 2,12 5,50 10,12 16,00 23,12	3,54 4,61 5,69 8,38 11,07 13,76 16,45	0,09 0,24 0,37 0,66 0,94 1,16 1,40	17,05 22,36 25,23 29,59 32,46 34,38 35,76	0,14 0,29 0,43 0,65 0,84 1,00 1,14	0,04 0,32 0,91 3,58 8,50 16,00 26,36

На основі даних таблиці будуємо графіки Q = f(d_s) і V = f(d_s), за якими визначаємо глибини наповнення води в каналі при всіх розрахункових витратах

d_{s пос} = 0,48 м; d_{s лв} = 2,10 м; d_{s поб} = 0,15 м

Рис. 117. Графік залежності витрати води і швидкості руху від глибини наповнення каналу

Потім встановлюємо розрахункову глибину магістрального каналу з умов

Т'_р = d_{s пос} + (0,7…1,0) = 0,48 + 0,8 = 1, 28 м;

Т''_р = d_{s лв} + (0,1…0,2) = 2,1 + 0,2 = 2,3 м;

Т'''_р = d_{s поб} + Т_с = 0,15 + 1,89 м.

З трьох визначених значень приймаємо більше, Т_р = 2,30 м. Перевіряємо швидкості руху води у магістральному каналі. Фактичні швидкості руху води будуть такими: максимальна – під час руху води повним перерізом каналу V_{max факт} = 1,08 м/с, мінімальна за побутової витрати – V_{min факт} = 0,19 м/с.

Максимальна допустима нерозмиваюча швидкість для слаборозкладених торфовищ при R = 1,

V_{max доб} = 1,1…1,4 м/с,

для даних умов при R = 1,42 м становить

V_{max роз} = V_{max R =1} ³√R= 1,2 ³√1,42 = 1,35 м/с

Мінімальна незамулююча швидкість – 0,2 м/с. У запроектованому магістральному каналі фактичні швидкості руху води перебувають у допустимих межах. Канал буде стійким. Прийнятий похил його допустимий.

Вправа 6. Побудова поздовжнього профілю магістрального каналу.

Завдання. Побудувати поздовжній профіль по магістральному каналу ГД.

Послідовність виконання. Побудова поздовжнього профілю магістрального каналу ГД починається з нанесення поверхні землі, потужності торфу і грунтів, що його підстилають. Потім призначаємо проектний похил каналу, прийнявши його таким, що дорівнює середньому похилу поверхні землі. Згідно з гідравлічним розрахунком (вправа 5) швидкості руху води у каналі знаходяться у допустимих межах. Після цього від осередненої лінії поверхні землі відкладаємо вниз необхідну глибину каналу і одержуємо лінію дна. А від лінії дна каналу, відкладаючи вверх глибини наповнення, за розрахункових витрат одержуємо відповідні горизонти води. Потім визначаємо на всіх пікетах глибину каналу, а через проектний похил – також і відмітки дна каналу і розрахункові горизонти води. Показуємо місця підключення інших каналів і відмітки їх дна та перевіряємо правильність спряження каналів у вертикальній площині. На профілі показуємо план траси каналів, параметри поперечного перерізу та їх гідравлічні елементи.

На початок