Проектирование
осушительной системы
Курсовая
работа по гидромелиорации студента
Осокина Евгения
Санкт-Петербургский
Государственный Технический Университет
Санкт-Петербург 1999
Введение.
В данной
курсовой работе запроектирована осушительная сеть для ускорения поверхностного
стока.
Исходные
данные.
Осушаемая
площадь, с которой приходит поверхностный сток, F=190 га. Верхний слой грунта – супесь,
мощностью 0,8 м, с коэффициентом фильтрации кф=0,4 м/сут, второй слой грунта –
песок, мощностью 3,3 м, с коэффициентом фильтрации кф=0,6 м/сут.
Проводящая и
оградительные части осушительной системы.
Проводящая
часть осушительной системы состоит из закрытых коллекторов и открытых каналов.
Оградительная сеть системы представлена нагорными каналами, служащих для
перехвата поверхностных вод с прилегающей территории.
Закрытые
коллекторы.
Для
рассчитываемой сети принимаем гончарные трубы. Скорость потока в закрытом
коллекторе находится в пределах 0,3-1,5 м/с, минимально допустимый уклон
коллектора i=0,002.
Закрытые
коллектора оборудованы смотровыми колодцами, служащих для наблюдения за работой
коллекторов и играющих роль отстойников. Места установки смотровых колодцев –
при смене уклона коллектора, при повороте больше, чем на 60°, при
соединении двух коллекторов и через каждые 500-600 м.
Открытые
каналы.
Каналы имеют
трапецеидальное сечение. Ширина канала по дну 0,5 м, минимальный уклон i=0,003. Для каналов с большими уклонами и
скоростями течения характерен тазмыв русла, в связи с этим производится
укрепление дна канала и откосов. Для защиты откосов производится их одерновка,
что обеспечивает их устойчивость и долговечность. Для защиты каналов от
заиления в засушливые периоды необходимо очищать каналы от наносов и заиления.
Дренаж.
Используются
закрытые дренажи по возожности равномерно распределенные по всей территории.
Для осушения используется продольное и поперечное расположение дрен в плане.
Дрены впадают в закрытые коллекторы. Дренаж выполнен из гончарных труб с
внутренним диаметром 100 мм и длиной 333+5 мм. Приток воды осуществляется в
щели между трубками. Глубина заложения дрен в=1,1 м, междренное расстояние В=10
м. Дрены расположены в нижнем слое грунта
и являются несовершенными, т.к. находятся выше водоупора. Для защиты
дренажа от поступления в него вместе с водой частиц грунта используются
рулонные фильтры.
Определение
глубины заложения дрен и междренного расстояния.
При назначении
глубины заложения дрены “в” учитывается, что в>hпромерзания, в>тах нормы осушения, т.е.
дренаж должен поддерживать норму осушения.
Для нашего
случая в=1,1 м.
Определим
среднесуточную приточность воды в дрену при атмосферном типе осадков:
qp%=(P-E)p% r+d,
где (Р-Е)р% -
среднесуточная интенсивность превышения осадков над испарением,
(Р-Е)р%=10
мм/сут – для весеннего периода,
(Р-Е)р%=17
мм/сут – для летнего периода,
r - коэффициент поглощения почвой
атмосферных осадков, для песка r=0,9,
d - составляющая водного балланса,
учитывающий влагозаносы в осушаемом грунте и уровень грунтовых вод на начало
периода осушения,
d=0 – для летнего периода,
- для весеннего
периода,
где а’=0,6 м,
m=0,056кф1/2а’1/3 – коэффициент водоотдачи,
t=5
сут – период осушения,
.
Следовательно, среднесуточная
приточность воды в дрену
для лета: qp%= 0,017*0,9 + 0 = 0,0153 м/сут = 15,3
мм/сут,
для весны: qp%= 0,01*0,9 + 0,0044 = 0,0134 м/сут = 13,4
мм/сут
Для определения
междренных расстояний, воспользуемся следующими формулами:
- расстояние между
дренами,
где - коэффициент
висячести дрены.
Для летнего периода:
а = 0,8 м
Нd=1,1-0,6*0,8=0,63 м
с=0,4 м
м
Задаемся
значением В=11 м:
м
Для весеннего
периода:
а'=0,6 м
Нd=1,1-0,6*0,6=0,74 м
с=0,4 м
м
Задаемся
значением В=13 м:
м
Окончательно
принимаем междренное расстояние В=11 м
Гидравлический
расчет закрытого коллектора.
Расчетный
расход закрытого коллектора определяется по формуле:
Q=qF,
где q=0,008 м/сут – для песка,
F –
площадь водосброса.
Предварительно
определяется глубина заложения конца дрен. Для этого составляется ведомость
дрен, впадающих в закрытый коллектор (табл. 1).
№
L
ÑПЗ
Iзем
iдр
в
ÑДр
ÑНз
ÑКз
Н
К
ÑДрн
ÑДрк
1
200
65,70
66,27
0,003081
0,0030
1,1
1,1
64,60
65,17
2
200
65,72
66,29
0,003096
0,0030
1,1
1,1
64,62
65,19
3
200
65,75
66,32
0,003057
0,0030
1,1
1,1
64,65
65,22
4
200
65,78
66,34
0,003017
0,0030
1,1
1,1
64,68
65,24
5
200
65,81
66,36
0,002978
0,0029
1,1
1,1
64,71
65,26
6
200
65,84
66,38
0,002939
0,0029
1,1
1,1
64,74
65,28
7
200
65,87
66,41
0,002899
0,0028
1,1
1,1
64,77
65,31
8
200
65,90
66,43
0,002860
0,0028
1,1
1,1
64,80
65,33
9
200
65,93
66,45
0,002821
0,0028
1,1
1,1
64,83
65,35
10
200
65,96
66,47
0,002781
0,0027
1,1
1,1
64,86
65,37
11
200
66,00
66,50
0,002703
0,0027
1,1
1,1
64,90
65,40
12
200
66,04
66,54
0,002735
0,0027
1,1
1,1
64,94
65,44
13
200
66,07
66,58
0,002767
0,0027
1,1
1,1
64,97
65,48
14
200
66,11
66,63
0,002799
0,0027
1,1
1,1
65,01
65,53
15
200
66,14
66,67
0,002831
0,0028
1,1
1,1
65,04
65,57
16
200
66,18
66,71
0,002864
0,0028
1,1
1,1
65,08
65,61
17
200
66,21
66,75
0,002896
0,0028
1,1
1,1
65,11
65,65
18
200
66,25
66,77
0,002811
0,0028
1,1
1,1
65,15
65,67
19
200
66,29
66,82
0,002863
0,0028
1,1
1,1
65,19
65,72
20
200
66,32
66,86
0,002916
0,0029
1,1
1,1
65,22
65,76
21
200
66,36
66,91
0,002969
0,0029
1,1
1,1
65,26
65,81
22
200
66,39
66,95
0,003021
0,0030
1,1
1,1
65,29
65,85
23
200
66,43
66,98
0,002981
0,0029
1,1
1,1
65,33
65,88
24
200
66,46
67,02
0,003013
0,0030
1,1
1,1
65,36
65,92
25
200
66,50
67,06
0,003045
0,0030
1,1
1,1
65,40
65,96
26
200
66,54
67,11
0,003045
0,0030
1,1
1,1
65,44
66,01
27
200
66,58
67,15
0,003045
0,0030
1,1
1,1
65,48
66,05
28
200
66,63
67,19
0,003045
0,0030
1,1
1,1
65,53
66,09
29
200
66,67
67,23
0,003045
0,0030
1,1
1,1
65,57
66,13
30
200
66,72
67,27
0,002994
0,0029
1,1
1,1
65,62
66,17
31
200
66,78
67,32
0,002907
0,0029
1,1
1,1
65,68
66,22
32
200
66,84
67,36
0,002819
0,0028
1,1
1,1
65,74
66,26
33
200
66,90
67,41
0,002732
0,0027
1,1
1,1
65,80
66,31
34
200
66,95
67,45
0,002699
0,0026
1,1
1,1
65,85
66,35
35
200
67,05
67,50
0,002532
0,0025
1,1
1,1
65,95
66,40
36
200
67,08
67,54
0,002489
0,0025
1,1
1,1
65,98
66,44
37
200
67,11
67,59
0,002557
0,0025
1,1
1,1
66,01
66,49
38
200
67,15
67,63
0,002626
0,0026
1,1
1,1
66,05
66,53
39
200
67,18
67,69
0,002745
0,0027
1,1
1,1
66,08
66,59
40
200
67,21
67,72
0,002766
0,0027
1,1
1,1
66,11
66,62
41
200
67,25
67,77
0,002796
0,0027
1,1
1,1
66,15
66,67
42
200
67,29
67,81
0,002825
0,0028
1,1
1,1
66,19
66,71
43
200
67,33
67,86
0,002855
0,0028
1,1
1,1
66,23
66,76
44
200
67,38
67,91
0,002885
0,0028
1,1
1,1
66,28
66,81
45
200
67,42
67,96
0,002914
0,0029
1,1
1,1
66,32
66,86
46
200
67,46
68,02
0,003036
0,0030
1,1
1,1
66,36
66,92
47
200
67,50
68,06
0,003048
0,0030
1,1
1,1
66,40
66,96
48
200
67,55
68,11
0,003015
0,0030
1,1
1,1
66,45
67,01
49
200
67,60
68,15
0,002982
0,0029
1,1
1,1
66,50
67,05
50
200
67,65
68,20
0,002948
0,0029
1,1
1,1
66,55
67,10
51
200
67,70
68,24
0,002915
0,0029
1,1
1,1
66,60
67,14
52
200
67,75
68,27
0,002811
0,0028
1,1
1,1
66,65
67,17
53
200
67,80
68,31
0,002755
0,0027
1,1
1,1
66,70
67,21
54
200
67,85
68,35
0,002699
0,0026
1,1
1,1
66,75
67,25
55
200
67,90
68,39
0,002644
0,0026
1,1
1,1
66,80
67,29
56
200
67,95
68,43
0,002588
0,0025
1,1
1,1
66,85
67,33
57
200
68,00
68,47
0,002532
0,0025
1,1
1,1
66,90
67,37
58
200
68,03
68,50
0,002523
0,0025
1,1
1,1
66,93
67,40
59
200
68,07
68,53
0,002511
0,0025
1,1
1,1
66,97
67,43
60
200
68,10
68,56
0,002500
0,0025
1,1
1,1
67,00
67,46
61
200
68,13
68,59
0,002514
0,0025
1,1
1,1
67,03
67,49
62
200
68,17
68,63
0,002518
0,0025
1,1
1,1
67,07
67,53
63
200
68,20
68,66
0,002540
0,0025
1,1
1,1
67,10
67,56
64
200
68,23
68,69
0,002584
0,0025
1,1
1,1
67,13
67,59
65
200
68,27
68,72
0,002551
0,0025
1,1
1,1
67,17
67,62
66
160
68,30
68,70
0,002774
0,0027
1,1
1,1
67,20
67,60
67
135
68,33
68,67
0,002870
0,0028
1,1
1,1
67,23
67,57
68
100
68,35
68,65
0,003490
0,0034
1,1
1,1
67,25
67,55
69
68
68,38
68,60
0,004130
0,0041
1,1
1,1
67,28
67,50
70
35
68,41
68,75
0,017056
0,0170
1,1
1,1
67,31
67,65
По результатам таблицы на рисунке 1
наносим отметки начала дрен. Выделяем два расчетных участка закрытого
коллектора.
Q1=0,008*78900
= 631,2 м3/сут = 631,2/86400=0,0073 м3/с
Q2=0,008*78950
+ Q1=631,6 м3/сут+631,2
м3/сут =6316,7/86400+0,0073 =0,0146 м3/с
Диаметр труб расчитывается по формуле
Шези (полное сечение, безнапорный режим):
,
где Q – расчетный расход,
w - площадь живого сечения,
i –
проектный уклон коллектора,
R –
гидравлический радиус,
с – коэффициент
Шези.
; ; c=2pr=pd
; ; ,
где п=0,016 –
коэффициент шероховатости для гончарных труб.
Выражаем из формулы Шези диаметр:
Назначаем следующие стандартные
значения: d1=100
мм и d2=125 мм
Скорость в коллекторе не должна
превосходить 1,5 м/с (условия обеспечения устойчивости) и должна быть более 0,3
м/с (условие обеспечения незаиления).
м/с
м/с
Cкорости воды в закрытом коллекторе на
рассматриваемом участке соответствуют требованиям. Окончательно принимаю
диаметр коллектора равный : d1=100 и d2=125 мм
Гидравлический
расчет открытого канала.
Определяем расход открытого канала. В
нашем случае рассматриваем четыре сечения. Расчет ведется для летнего и
весеннего периодов. Для лета в большей степени рассматривается дренажный сток,
для весны – поверхностный.
Qок=qдрFдр+qповFпов
Для лета: Qок1-1=(79,5+27,1) 0,8+(60,4+21,2)*1=166,88=0,166 м3/с
Qок2-2=(12,68+0,63)
0,8+(4,23+1,35)*1+166,88=183,11=0,183 м3/с
Qок3-3=(17,98+2,97)
0,8+18,25*1+183,11=218,12=0,218 м3/с
Qок4-4=(15,55+1,08)
0,8+14,58*1+218,12=246,002=0,246 м3/с
Для весны: Qок1-1=(60,4+21,2)*7=571,2=0,571 м3/с
Qок2-2=(4,23+1,35)*7+571,2=610,26=0,61
м3/с
Qок3-3=18,25*7+610,26=738,01=0,738
м3/с
Qок4-4=14,58*7+738,01=840,07=0,84
м3/с
Определяем гидравлическую глубину h по формуле Шези методом подбора.
h
w
c
R
c
k
0,100
0,065
0,774
0,050
20,254
0,295
0,200
0,180
1,148
0,207
25,631
2,098
0,300
0,345
1,522
0,525
29,942
7,487
0,400
0,560
1,897
1,062
33,670
19,432
0,500
0,825
2,271
1,873
37,010
41,792
0,600
1,140
2,645
3,015
40,065
79,312
0,700
1,505
3,019
4,544
42,899
137,625
0,800
1,920
3,393
6,515
45,555
223,253
0,900
2,385
3,767
8,985
48,062
343,606
1,000
2,900
4,142
12,011
50,444
506,981
По результатам
таблицы строим график к=f(h).
С помощью формулы Шези и графика к=f(h), определяем глубину, отвечающую летнему и весеннему
расходу.
Модуль расхода определяется по
формуле:
,
где i – уклон канала, i=0,003 – для сечения 1-1, 2-2; i=0,0033 для сечения 3-3; i=0,003 – для сечения 4-4.
Зная модули
расхода по графику определяем глубину h:
Для летнего
периода:
h=0,22 м
h=0,23 м
h=0,25 м
Для весеннего
периода:
h=0,33 м
h=0,34 м
h=0,36 м
Проверка по скоростям в канале.
Скорость в канале должна быть больше
заиляющей Vзаил=0,3м/с
и меньше размывающей Vразм=0,6 м/с.
Для лета:
м/с
м/с
Для весны:
м/с
м/с
Как видно из
расчёта во всех случаях из-за больших расходов скорости в канале намного
превышают размывающую. Необходимо
уменьшить уклоны канала.
i=0,00009
– для сечения 1-1, 2-2; i=0,00006 для сечения 3-3, 4-4.
Зная модули
расхода по графику определяем глубину h:
Для летнего
периода:
h=0,39 м w=0.536
h=0,40 м w=0.56
h=0,45 м w=0.686
h=0,47 м w=0.713
Для весеннего
периода:
h=0,56 м w= 1.01
h=0,565 м w=1.024
h=0,631 м w=1.25
h=0,655 м w=1.35
Проверка по скоростям в канале.
Скорость в канале должна быть больше
заиляющей Vзаил=0,3м/с
и меньше размывающей Vразм=0,6 м/с.
Для лета:
м/с
м/с
Для весны:
м/с
м/с
Как видно из
расчёта во всех случаях cкорость в канале больше заиляющей Vзаил=0,3м/с и менше размывающей Vразм=0,6 м/с.
Проверка
выполнена!