Курсовая работа: Проектирование осушительно-оросительной системы на переувлажнённом участке с севооборотом в условиях Ленинградской области Гатчинского района

При проектировании закрытой осушительной сети необходимо знать следующие основные параметры:

1. глубина заложения дрен;

2. расстояние между дренами;

3. длины и уклоны дрен, коллекторов и открытых каналов.

6.2 Определение глубины заложения дрен

Глубина заложения дрен должна быть такой, чтобы могла обеспечить понижение уровня почвенно-грунтовых вод на проектную норму осушения. Глубина заложения дрен определяется по формуле:

hd = . +hk +H, м (12)

где: dest - наружный диаметр дрены, принимается равным 0,07 м;

hk - подъем кривой депрессии над верхом дрены, принимается в пределах от 0,2 до 0,3 м, м; Н - проектная норма осушения 0,64 м.(Из пункта 4) hd = 0,07 + 0,25 + 0,64 = 0,96 м

6.3 Определение расстояния между дренами

Начальный напор hн для расчетов принимается равным глубине заложения дрен (hн = hd). (Из пункта 6.2)

Расстояние от дрены до водоупора - S определяется по формуле:

S = ?Ti - hd , м (13)

S = 8 - 0,96 = 7, 04м

Согласно исходным данным на осушаемом участке имеет место неглубокое залегание водоупора . В этом случае расстояние между дренами можно б определить по формуле С.Ф. Аверьянова:

(14)

где: Нд - действующий напор, м; Кр - приведенный коэффициент фильтрации слоя, мощностью Н, м/сут; q - среднесуточный приток к дренам или модуль дренажного стока, м/сут; б - эмпирический коэффициент. Определяем действующий напор по выражению:

(15)

Hд=1/2(0,96+0,25)=0,61 м

Приведенный коэффициент фильтрации в слое мощностью, равной норме осушения Н определяется следующим образом:

,м/сут (16)

Кр=1,1*0,5+1,4*5/8= 0,55+7/8=0,94 м/сут

где: К1,...Кi, Т1 ,... Тi - соответственно коэффициенты фильтрации и доля мощности слоев вошедших в слой равный Н;

Среднесуточный приток к дренам или модуль дренажного стока q, определяется для каждого периода года и для всего года как отношение изменения почвенных влагозапасов ДW к количеству дней периода по формуле:

,м/сут (17)

где: ДWЯ - изменение почвенных влагозапасов, м; Т - количество дней в расчетном периоде, сут. Для расчетов принимается максимальное значение q рассчитанное для всех периодов года.

q_XI-III = 0,32/151=0,0021 м/сут ; q_IV-V = 0,03/61=0,0005 м/сут;

q_VI-VIII=0,035/92=0,0004 м/сут; q_IX-X =0,25/61=0,0004 м/сут;

q=0,00085 м/сут

Для определения расстояния между дренами (Врасч), задаемся его различными значениями (Впр) и рассчитываем эмпирический коэффициент б. Затем, подставляя его в формулу (14) для определения (Врасч) добиваемся методом подбора равенства значений.

(18)

б=1/(1+2*7,04/180*2,94*lg1/sin(3,14*0,07/2*7,04))=0,7432

Нд=0,61 м; Кр= 0,94 м/сут; q=0,00085 м/сут; S=7, 04м; б=0,7432 Bрасч=2*0,61*v0,94/0,00085*(1+14,08/0,61)* 0,7432=167,963 м

Впр = 180 м ? Врасч = 168 м

В курсовом проекте принимаем расстояние между дренами равным В=168м.

7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСУШИТЕЛЬНОЙ СЕТИ В ПЛАНЕ

7.1 ВОДОПРИЕМНИК

В данном курсовом проекте водоприемник (река) не требует регулирования, т.е. его размеры достаточны для приема и отвода с осушаемой территории всей избыточной воды. Так же у реки Оредеж будет установлена насосная станция. Река является источноком воды в засушливый период года.

7.2 ПРОВОДЯЩАЯ СЕТЬ

На расположение магистрального канала оказывает влияние конфигурация осушаемой территории. Протяженность магистральных каналов должна быть по возможности минимальной, однако она не ограничивается и определяется уклоном местности и формой участка. Уклон дна магистрального канала должен быть в пределах от 0,003 до 0,0003. Длина транспортирующих собирателей, как правило, не превышает 1,5…2,0 км. Их уклон находится в пределах от 0,002 до 0,0005. Расположение коллекторов в горизонтальной плоскости определяется принятой схемой расположения закрытой регулирующей сети. Соединение закрытых коллекторов с открытыми каналами осуществляется с помощью устьевых сооружений. При повороте коллекторов в плане и вертикальной плоскости устраиваются смотровые колодцы. Длина коллектора назначается с учетом уклона поверхности земли по трассе коллектора и конфигурации осушаемой территории.

Таблица: Длина закрытого коллектора в зависимости от уклона местности по трассе коллектора.

7.3 ОГРАДИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ

К оградительной сети относятся: нагорные, ловчие и нагорно-ловчие каналы. Они проектируются вдоль границ верхней части по уклону осушаемой территории. Нагорными каналами ограждается осушаемая территория от притока только поверхностных вод, поступающих с внешнего водосбора. Для перехвата потока грунтовых вод с прилегающего водосбора проектируются ловчие каналы. Если площадь водосбора облесена и сложена легкими грунтами, функции нагорных и ловчих каналов могут быть совмещены. Сопряжение в плане каналов оградительной сети с принимающими каналами следует выполнять под углом от 60° до 90°. Глубина нагорного канала должна быть не более 1…1,2 м. Глубина ловчего канала устанавливается в пределах 1,5…2 м, но с обязательным условием заглубления в подстилающие, хорошо водопроницаемые грунты не менее чем на 0,3…0,5 м. Минимальный уклон каналов ограждающей сети равен 0,0005.

7.4 РЕГУЛИРУЮЩАЯ СЕТЬ

Закрытую регулирующую сеть располагают с учетом равномерного осушения площади и создания необходимых продольных уклонов для дрен и коллекторов, чтобы в расчетные периоды они работали в безнапорном режиме. Закрытую регулирующую сеть располагают поперек или вдоль уклона поверхности (рис. 2). В первом случае схема расположения дренажа называется поперечной. Для предания дренам необходимого минимального уклона (i = 0,003) их трассируют под углом к горизонталям, а коллекторы по наибольшему уклону местности. Эта схема применима при среднем уклоне поверхности не менее 0,005. Во втором случае при уклонах поверхности менее 0,005 схема расположения дренажа называется продольной. При этой схеме дрены располагают вдоль уклона, чтобы обеспечить минимальный уклон дрен. Коллекторы проектируют под углом к горизонталям поверхности. Поверхность объекта осушения редко имеет одинаковый и однообразный уклон, поэтому при проектировании применяют сочетание поперечного и продольного дренажа. При малых или нулевых уклонах поверхности приходится заглублять устьевые участки дрен и коллекторов. В этом случае дрены располагают из условия более рациональной технологии строительства и эксплуатации дренажа. Максимальная длина дрен не должна превышать 250 м (табл.). Дрены вводят в закрытые коллекторы с одной или двух сторон в зависимости от рельефа местности.

Таблица: Длина дрены в зависимости от уклона местности по трассе дрены

Рис.2. Поперечная (слева) и продольная (справа) схемы расположения дренажа: 1- открытые каналы; 2- закрытый коллектор; 3- дрены.

При проектировании систематического дренажа необходимо, чтобы соблюдались следующие основные условия:

1. Глубина заложения дрен на всем их протяжении должна как можно меньше отличаться от проектной (± 0,2…0,3м).

2. Дрены по мере возможности должны проектироваться перпендикулярно направлению грунтового и поверхностного потоков.

3. В плане дрены с коллекторами необходимо стремиться сопрягать под углом 90°. При невозможности обеспечить прямой угол впуска дрен в коллекторы их следует осуществлять под углом не менее 60°.

4. С целью уменьшения длины проводящей сети нужно стремиться к двустороннему вводу дрен в коллекторы. При этом противолежащие дрены (коллекторы) должны смещаться минимум на 2…5 м.

5. Дрены, как правило проектируются без поворотов.

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСУШИТЕЛЬНОЙ СЕТИ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

Вертикальное сопряжение элементов осушительной сети - один из важнейших этапов проектирования. Вертикальное сопряжение должно обеспечить в расчетные периоды бесподпорную работу всей сети - от регулирующей до водоприемника включительно. Проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости осуществляется путем построения продольных профилей. В курсовом проекте для сокращения объема работ, необходимо выполнить продольные и поперечные профили по диктующей трассе осушительной сети. Причем, эти элементы должны быть увязаны на плане в цепочку. Работу следует начинать с младших элементов сети.

8.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ ГЛУБИНЫ МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА

Глубина заложения дрен -hd= 0,96

Расстояние от дрены до водоупора - S =7, 04м

расстояние между дренами В=168м.

уклон поверхности земли по трассе дрены iдр=0,002

Зная глубину заложения дрены в истоке, которая равна hd , можем определить отметку дна дрены в истоке:

(19)

где: - отметка поверхности земли в узловой точке, м; hd - глубина заложения дрены в истоке, м.

Далее определяем уклон поверхности земли по трассе дрены.

где: - соответственно отметки дна в начале конце дрены, м; lдр - длина дрены, м. Если уклон поверхности земли меньше минимально допустимого 0,002, то принимаем уклон дна дрены 0,002.

Определяем отметку Д hd = iдр • lдр , м

Д hd =0,003*250=0,75 м (21)

Принимаем конструктивный запас 0,1 м и определяем отметку истока коллектора. Расчет ведем аналогичным образом. Минимально допустимый уклон дна коллектора 0,002. Разность между отметками поверхности земли и отметкой устья магистрального канала даст глубину магистрального канала. Так как уклон всех элементов осушительной сети соответствует требованиям, то глубина магистрального канала определяется по выражению:

H_МК = hd + 0,5 (22)

H_МК=0,75+0,5=1,25м

8.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА

В курсовом проекте рекомендуется принять поперечное сечение канала в виде равнобокой трапеции. В таблице 9 даны значения заложения откосов. Для магистрального канала ширина по дну определяется расчетом, минимальное значение ее, с учетом габаритов ковшей одноковшовых экскаваторов рекомендуется принять не менее 0,6 м.

Таблица 9

Заложение откосов канала

m=1,5

Определение размеров поперечного сечения канала, достаточных для пропуска проходящих вод производится путем гидравлических расчетов. При этих же расчетах определяется скорость движения воды, которая должна быть меньше размывающей для определенного типа почв и больше заиляющей.

Скорости воды, не вызывающие размыва грунта (супесь) н =0,5 м/с

Расчет выполняют по формулам гидравлики для равномерного установившегося режима движения воды по следующим зависимостям: Q = щ• v=1*0,5=0,5 м3/с (23)

щ = (b +mh)-h= (0,6+1,5*1,25)-1,5=1 м2 (24)

где: Q - пропускная способность канала, м3/с; щ - площадь живого сечения канала, м2; н - скорость потока, м/с; b - ширина канала по дну, м; m - коэффициент заложения откосов; h - глубина воды в канале, м.

Сначала определяется фактический расход воды в устьевом сечении канала. Q факт=0,116•q•F=0,116*0,00085*50=0,005 м3/с (25)

q=0,00085 м/сут

F=50 га

где: Q,факт - фактический расход воды в устьевом сечении канала, м3/с; q- модуль дренажного стока, м/сут; F -площадь осушаемого массива, га.

Определяем глубину воды в канале:

(26)

0,01=(0,6+1,5*0,013)*0,013

0,01?0,008

Принимаем глубину воды в канале равной h = 0,013 м.

Рис. 4. Поперечное сечение магистрального канала

Так как, глубина воды в канале меньше полученной расчетом минимальной глубины канала, то это означает, что пропускная способность канала удовлетворяет фактическому расходу воды.

8.3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЛЛЕКТОРНО-ДРЕНАЖНОЙ СЕТИ

Расчет выполняется по уравнениям гидравлики для равномерного движения воды. При этом определяются размеры поперечного сечения дрен и коллекторов. Определяется расход воды в дрене:

Qdp =0,116•q•F др , м 3/c (27) где: Fдр- площадь, обслуживаемая одной дреной, га

(28)

(29)

где: Вдр - расстояние между дренами, м; Ldp - длина дрены, м.

Следовательно, расход воды в дрене равен:

Qdp = 0,116•0,00085•3 = 0,0003 м3/с

Гидравлический расчет дрен производится по следующим формулам гидравлики:

(30)

0,39*44,5*0,07²*v0,07*0,002=0,00031 м3/с

(31)

v0,07*0,002=0,263 м/с < 1 м/с

где: с - коэффициент Шези, принимаемый в зависимости от материала, диаметра дрены и коэффициента шероховатости (приложение 7); d - диаметр дрены, м; i - уклон дрены.

Скорость движения воды в дрене не должна превышать 1 м/с.