Водохозяйственные расчеты

Оглавление
 TOC o «1-1» h z Анализприродных условий. PAGEREF _Toc97692204 h 2
Анализ природных условий. PAGEREF _Toc97692205 h 2
Определение типа водного питания.PAGEREF _Toc97692206 h 4
Метод, способ и схемы осушения.PAGEREF _Toc97692207 h 5
Выбор способа орошения. PAGEREF _Toc97692208 h 6
Технические характеристики дождевальной машины… PAGEREF _Toc97692209 h 7
Организация территории участка и проектирование на планеоросительной сети. PAGEREF _Toc97692210 h 9
Проверка пригодности дождевальной машины… PAGEREF _Toc97692211 h 10
Определение расчетных расходов оросительной сети. PAGEREF _Toc97692212 h 11
Определение параметров насосной станции.PAGEREF _Toc97692213 h 13
Конструкция и параметры осушительной сети. PAGEREF _Toc97692214 h 14
Проектирование осушительной системы на плане. PAGEREF _Toc97692215 h 16
Вертикальное сопряжение элементов осушительной сети. PAGEREF _Toc97692216 h 17
Гидравлический и гидрологические расчеты проводящей сети. PAGEREF _Toc97692217 h 20
Сооружения на сети и дорожная сеть. PAGEREF _Toc97692218 h 22
Водохозяйственные расчеты… PAGEREF _Toc97692219 h 3 
Анализ природных условий
КлиматМосковской области характеризуется резко выраженной континентальностью,умеренным теплым летом и продолжительной с оттепелью зимой. Теплый период годаориентировочно начинается в апреле и длится до конца октября до начала ноября(205-220 суток), однако заморозки возможны до конца мая и с середины сентября.Растительность зоны смешанные и широколиственные леса. Состав лиственных лесовчаще представлены березой, осиной и ольхой. Сосновые леса размещены на болеелегких по механическому составу почвы (супеси и песках). Многие лесапредставлены чаще сосняками. На территории области особо широко представленыподзолистые дерновоподзолистые и болотные почвы. По характеру поверхноститерритории области представляет собой обширную, местами всхолмленную, равнину.На территории хозяйства рельеф поверхности земли равнинный. Средний уклон i=0,0037. Абсолютные отметки поверхности земливарьируются с 43 до 57. За расчетный год принят год 75%-ой обеспеченности поосадкам. Для расчетного года приняты следующие показатели:
Осадкиза год – 680мм
Испарениеза год – 492мм
Сток загод – 188мм
Осадкиза вегетационный период – 264,2мм
Испаренияза вегетационный период – 378,8мм
Сток завегетационный период – 24,44мм.
Длярасчетного года продолжительность вегетации принимается Твег=90сут.Суммарная солнечная радиация за расчетный год составляет 85к.Кл/см2.Сумма температур воздуха более 10˚С составляет 1800˚С. Предполагаемоеиспользование территорий шести кормовой севооборот. Коэффициент увлажнениятерриторий . Коэффициент увлажнения больше единицы следовательно эта территорияотносится к зоне избыточного увлажнения, для получения проектных урожайностейнеобходимо проводить осушение. Коэффициент увлажнения за вегетацию будет равен   Для полученияустойчивого гарантированного урожая независящая от обеспеченности, от осадковнеобходимо производить орошение.
       
Определение типа водного питания.
Подтипом водного питания понимают комплекс взаимосвязанных природных условий,которые характеризуют основные причины переувлажнения территории. Сюда могутвходить следующие причины: рельеф территории геологическое строение почвы,растительный покров, гидротехнические условия и климатические условия. Дляопределения типа водного питания на нашей территории строим гидрогеологическийразрез. Гидрогеологический разрез строится по характерному сечению, строениюпочвы, грунты слагающие территории и их водные физические свойства, уровеньгрунтовых вод. Гидрогеологический разрез приведен на рисунке 1. На основаниианализов гидрогеологического разреза и природно-климатических условий, среднийкоэффициент фильтрации грунтов, положение уровня грунтовых вод, соотношениеплощади осушения и площади внешнего водосбора делаем вывод о типе водногопитания iсред=0,0037;Кф=2,5; У.Г.В.=0,1м; Fвн=2,8Fос.
Нанашей территории грунтовый тип водного питания.
Метод, способ и схемы осушения.
Методосушения это принцип воздействия на факторы переувлажнения территории, с цельюпреобразования его в территорию оптимальную для сельскохозяйственногоиспользования. Метод осушения устанавливают в соответствии с типом водногопитания. Для нашего случая (грунтовый) основным методом осушения являетсяпонижение уровня грунтовых вод, в качестве дополнительного метода осушенияприменяют перехват грунтовых вод со стороны водосбора. Схема осушенияназывается расположением и увязкой элементов осушительной сети в плане ивертикальной плоскости. Выбор схемы осушения заключается в установлении типарегулирующей сети, выбора водоприемников, расположение в плане основныхэлементов осушительной сети. В состав осушительной системы входят: осушаемаятерритория, осушительная сеть, водоприемник, гидротехнические сооружения,дороги и сооружения на них. В состав осушительной сети входит регулирующаясеть, проводящая сеть и ограждающая сеть. В качестве регулирующей сети всоответствии с типом водного питания и предполагаемым сельхоз использованием,принимаем закрытую регулирующую сеть. У нас в закрытую регулирующую сеть входятзакрытые дреды. В проводящую сеть входят закрытые коллектора открытые каналы и магистральныйканал. В качестве ограждающей среды принимают ловчие каналы. Водоприемникомслужит местный пруд, накопитель, озеро, река, водохранилище, овраг и т.д… Внашем случае водоприемником служит водохранилище. Основная функция проводящейсети – бесповторный отвод из регулирующей среды. Основная функция регулирующейсреды – своевременный сбор воды с территории. Основная функция водоприемникаэто своевременный прием воды из проводящей сети.
Выбор способа орошения
Способы орошения назначаетсяисходя из нескольких условий: наличие водных ресурсов, уклон территории,выращиваемые культуры, возможность заморозков и т.д… В нашем случае мыпринимаем орошение в виде дождевания машин, применяем «Волжанка». К плюсамдождевания относятся: возможность частых поливов малыми поливными нормами,возможность внесения удобрения с поливной водой, равномерность полива иэкономия воды относительно поверхностных способов полива. К минусам дождеванияотносится: необходимость в электричестве и квалифицированных кадров, дорогостоящее строительство оросительнойсистемы и дождевальных машин, большая зависимость от скорости ветра.
Поливная норма – количествоводы, подаваемое на единицу площади за один полив.
Относительная норма этоколичество воды, подаваемое на единицу площади за весь период вегетации. 
Технические характеристики дождевальной машины
ДКШ-64 «Волжанка»
Дождевальная машина Волжанкапредназначена для полива дождеванием низкостебельных зерновых, некоторых видововоще-бахчевых и технических культур, многолетних трав, лугов и пастбищ.
Применяют ее во всех зонахорошаемого земледелия на участках с достаточно спокойным рельефом с общимуклоном до 0,02 и со средним ветровым режимом не более 5 м/с.
Она состоит из двух поливныхкрыльев. Перемещение их производится фронтально только с одной сторонытрубопровода при помощи бензиновых двигателей от мотопилы «Дружба-4»,расположенных на тележке в середине подведенного крыла. Водопроводящийтрубопровод поливного крыла, на котором расположены среднеструйные дождевальныеаппараты, является осью опорных колес, машина работает позиционно. Оба крылаработают одновременно. Вода подается через гидрант закрытой оросительной сети.Необходимый напор в гидранте создается стационарной или передвижной насоснойстанцией.
Технические характеристики:
Расход воды, л/с— 64
Напор, м — 40
Расстояние между смежнымипозициями, м — 18
Ширина захвата, м — 800
Расстояние между каналами илитрубопроводами, м — 800
Коэффициент использованиявремени:
смены — 0,86
суток — 0,78
сезона  —  0,75
Допустимые уклоны — 0,02
Высота трубопровода надповерхностью земли — 0,89
Коэффициент, учитывающийиспарение воды и снос ветром — 1,15
Коэффициент земельногоиспользования (КЗИ) — 0,97
Обслуживающий персонал, чел — 1на 3-4 машины
Скорость движения при поливекм/час — —
Допустимая скорость ветра, м/с— 5,0
Схема поливамашиной «Волжанка».
           
1-насоснаястанция;
2-напорныйтрубопровод;
3-гидранты;
4-поле;
5-полеваямашина.
Организация территории участка и проектирование наплане оросительной сети
Севооборотный участок долженрасполагаться компактно и как можно ближе к забору воды из водяного источника.Поля севооборота размещаются в соответствии с расположением оросительныхканалов, гидро технологических сооружений, рельефа местности и требования кполивочной техники. Поля располагаем вплотную к друг-другу с соотношениемсторон не более чем 3:1. Размеры поля увязываем с требованиями дождевальныхмашин ширина поля, ширина поля 800 м (две ширина захвата машины).                    
                                         
                                      

                 Принимаемn΄гидр=24
L΄поля= n΄гидр·18=24·18=432м

                                        
F΄поля=L΄поля·bполя=432·800=345600м2=34,56Га
F΄c/о= F΄поля·n=34,56·5=172,8Га
Проверка пригодности дождевальной машины
Проверку пригодности ведем поприродным и хозяйственным условиям:
1. По допустимой скорости ветра(допустимая скорость ветра 5 м/с устраивает нашим условиям)
2. По допустимым уклонамместности (устраивает)
3. По виду выращиваемыхсельскохозяйственных культур высота трубопровода от земли 90 см низкие исредние стебельные культуры (устраивает нашим требованиям)
4. По возможности размещенияполей (по этому условию машина нас устраивает)
5. По наличию кадров,электроэнергии и водных ресурсов (машина нас устраивает)
6. По почвенным условиям дляпозиционного работающих машин в течение всего полива скорость впитывания воды впочву должна быть больше или равна интенсивности дождя, дождевальной машины.
Впитывающая способность почвызависит от физико-механического состава почвы и времени полива. Впитывающаяспособность почвы определяется по формуле:

где К1 – это коэффициент фильтрации даннойпочвы на конец первого часа после начала полива;
t– время впитывания в часах;
α – коэффициент,характеризующий изменение скорости впитывания во времени;
βдож – коэффициент, учитывающийскорость впитывания при дождевании без образования дождевального стока.
Расчет скорости впитывания воды в почву, сводим втаблицу:
tчас
0,5
1,0
2,0
3,0
5,0
7,0
10,0
Vвпит
0,460
0,352
0,270
0,227
0,185
0,162
0,140

Для расчета интенсивности дождядождевальной машины используем формулу:


                 где Fпоз – это площадьодной позиции дождевальной машины.
Fпоз= Lгидр·Lзах=18·400=7200 м2
Время полива с одной позиции зависитот поливной нормы:

где m– поливная норма.Определение расчетных расходов оросительной сети
При поливе дождеваниемрасчетные расходы оросительной сети зависит от расходов дождевальной машины иколичество одновременно работающих машин.
Количество дождевальных машиннеобходимых для полива всего севооборота определяется по формуле:

где Fсез – площадь обслуживанияпервой машиной за период вегетации.

где Кисп –коэффициент, учитывающий потерю воды на испарении и сноса ветром;
С – коэффициент, учитывающийработу машины в сутки.

где tнапр– продолжительностьнапряженного периода 12 суток;
 Fсут– производительностьдождевальной машины в сутки.

где tсут– время работы машины всутки 21 час;
 m– поливная норма.

Принимаем две машины, которые будут обеспечивать полив и в напряженный период и за весьвегетационный период.
Определение параметров насосной станции.
                 Дляобеспечения бесперебойной работы дождевальной машины рассчитываем напор ирасход насосной станции. Напор насосной станции принимается из условия работыдождевальной машины в гидравлически невыгодном положении. Расход насосной станции вычисляем для обеспечения работымаксимального количества одновременно работающих машин.
Мощность насосной станциирассчитываем по формуле:

где γ – объемная масса воды, т/м3;
 Q–расчетный расход насосной станции, л/с;
 

где nдм– максимальное количествоодновременно работающих машин;
      Qдм– расход дождевальноймашины;
       ηсети– КПД оросительной сети;
  Дляоросительной сети в закрытых трубопроводах КПД=0,99
  Нн.с– полный напор насосной станции, м
Нн.с=Нг+Нсвоб+∑hw=6+40+20,35=66,35
где Нг – геодезическая высота подъема воды(разница отметок насосной станции и гидравлически невыгодных точек);
      Нсвоб– требуемый напор для работы дождевальной машины;
      ∑hw– суммарные потери в трубопроводе по длине и местные (4-7 длин участка)
Конструкция и параметры осушительной сети
Для нашего типа водного питания,природно-климатических условий и требований сельхоз производства осушительнаясеть состоит из: регулирующей сети (закрытые дрены), проводящей сети (закрытыеколлектора, открытые каналы и магистральные каналы) и ограждающие сети (ловчийканал).
Основные показатели для закрытыхдрен являются глубина заложения и расстояние между дренами. Расстояние междудренами зависит от водно-физических свойств грунтов, глубина залегания водногоупора, глубины заложения дрен, уклонов местности, нормы осушения и требуемоговремени отвода воды с территории. Принимаем расстояние между дренамиукрупненным показателям в зависимости от грунта 25-35 м, глубина заложения1,1-1,4 м, максимальный уклон i=0,003.
Поукрупнённым показателям принимаем эти параметры:
·                   дрены 1,10-1,40 м,
                   закрытыесобиратели-0,7-1,1 м
·              песок-        30-50 м
    супеси-                      25-35 м
суглинка легкого – 20-40 м
суглинка среднего- 14-20 м
·         imin =0,003
Зависимость допустимой длины дрены от уклона                       поверхности земли.
Уклон поверхности земли iпз
Длина дрены lдр
безуклонная
50÷100 м
до 0,0005
100÷120 м
до 0,001
120 ÷ 140 м
до 0,0015
140÷160 м
до 0,002
160÷180 м
до 0,003
180÷200 м
>0,003
до 250
Зависимость длины закрытого коллектора от уклона               поверхности земли.
Уклон поверхности земли iпз
Длина закрытого коллектора
без уклона
250-500 м
до 0,0005
400-600 м
до 0,001
500-700 м
до 0,002
600-1000 м
более 0,002
до 1200 м
Проектирование осушительной системы на плане
МК и крупные открытые каналыпроектируем кратчайшим путем к водоприемнику по самым низким отметкамместности. Каналы проектируем по возможности прямолинейными, с наименьшимчислом поворотов.
Между открытыми каналами наосушаемой площади проектируем закрытую сеть, состоящую из закрытых коллекторовразличных проектов и регулирующих элементов.

В проекте предусмотрены ЗКодностороннего и двухстороннего действия. ЗК впадают в открытые и закрытыеэлементы. Ловчие каналы ЛК-1 и ЛК-2 проходят на северо-восток участка.
Разбиваем участок на поля.Границы поля проходят по открытым каналам и границе участка. При проектированиизакрытой сети соблюдается зона осушительного действия вдоль реки МК и ОК, равна2В, т.е. 70м.
Проектируем дороги вдоль МК ствердым покрытием, вдоль ОК – с песчано-гравийным, остальные профилированныегрунтовые, а также дороги проектируются по границам поля.
Вертикальное сопряжение элементов осушительной сети
Элементы осушительной – системырасполагаются в вертикальной плоскости таким образом, чтобы своевременноосуществить сброс избыточных вод с осушаемых земель без образования подпора. Всвязи с этим проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости сводитсяк обеспечения необходимых сопряжений элементов системы и их продольных уклонов.Оно проводится построением продольных профилей по каждому из элементов системы,находящихся во взаимной связи друг с другом. Работа проводится в направлении отмладших элементов (дрен закрытых собирателей) к старшим.
Для сокращения объема работвыбирается вариант с самыми невыгодными условиями, к которым относятся: малыеуклоны поверхности земли, наибольшая длина элемента и наибольшее удаление отустья водоприемника. На плане элементу через 3200м разбит пикетаж.
Выбор уклона дна проводитсяследующим образом. На участках с безуклонной или мало уклонной поверхностьюуклон дна i=0,003, какправило, не превышает минимально допустимых значений. Если, средний уклонповерхности земли вдоль трассы элемента больше минимально допустимого уклонадна, то уклон дна принимается равным среднему уклону поверхности земли иглубина выемки по всей длине элемента примерно одинакова. Если оба каналагидравлически не рассчитываемые, то глубина принимающего канала назначается на0,1…0,2 и больше впадающего (мелкие каналы иногда сопрягаются непосредственно«дно в дно»).
Закрытые коллекторы сопрягаютсяс открытыми проводящими каналами таким образом, чтобы низ трубы в устьенаходился не менее, чем на 0,1 м выше бутового уровня воды в принимающем канале(водоприемнике), но не менее 0,5 м  ивыше дна канала.
Дно коллектора К-3-1 принято на0,1 м ниже дна дрены. Уклон дна выбран уже известным способом.
При построении продольногопрофиля магистрали канала МК исходной отметкой служит отметка проектного днаустья открытого коллектора ОК-3. равная 139,25.
Принципы построения продольныхпрофилей во всех случаях одинаковы и основаны на сравнении уклонов поверхностиземли вдоль трассы рассматриваемого элемента осушительной системы и минимальнодопустимых уклонов дна, приведенных в методичке.
Для устройства закрытой сетиприменены траншеи. Для открытой сети в курсовом проекте можно ограничитьсяодной формой поперечного сечения – трапециидальной. Величина заложения откосов m принимается из таблицы.
Грунты
Глубина русла – Н, м
Крупные гравелистые пески
1,25
1.5
1,75
Мелкие и средние пески
2,0
2,5
3,0
Мелкозернистые пылеватые
2,5
3,0
3,5
Средние и тяжелые глины
1,0
1,25
1,5
Легкие суглинки, супеси
1,5
1,75
2,25
Ширина днаканалов принимается порядка 0,5…0,6 м, что не меньше ширины ковша экскаватора.Кроме того, ширина дна магистрального канала проверяется гидравлическимрасчетом. Так же расчетом определяется глубина воды в канале, послечего она наносится на продольный профиль и поперечные сечения.
Расчетканалов
Параметрыпоперечных сечений осушительных каналов должны быть рассчитаны из условия, обеспеченияравномерного движения воды.
Подрасчетным расходом понимается такой расход, на пропуск которого определяетсяпараметры поперечного сечения канала (ширина по дну для трапециидальногосечения или по урезу воды для параболического сечения, глубина наполненияканала и скорость движения воды).
Особенностьюгидравлического расчета каналов осушительной системы являетсянеобходимость проверки подобранного сечения на пропуск бытового расхода изусловий неразмываемости русла и вертикального сопряжения элементов сети. Вслучае, если расчетный расход оказался меньше максимально возможного (например,расчетным является предпосевной, а максимальный приходится на пик весеннегопаводка), необходима проверка на неразмываемость русла при максимальномрасходе.
Последовательностьгидравлического расчета осушительных каналов.
1.          Задаются следующие величины:
  — строительная глубина канала, средняя длярасчетного участка и уклон дна на соответствующем участке
  — условия пропуска расчетных расходов
  — форма поперечного сечения, коэффициентыоткосов
  — коэффициент шероховатости (n)
В глинах и суглинкахпараболическое сечение канала принимается только для нижней части выемки (до 2м от дна).
2.Рассчитываются следующие величины:
  — допустимая глубина наполнения канала при пропускерасчетных расходов
  — ширина по центру (для трапециидальных) илиширина по урезу воды при пропуске расчетного расхода (для криволинейныхсечений)
  — фактическая глубина наполнения канала (поучасткам) и скорость течения воды при пропуске расчетных расходов (в т. ч. ибытового расхода)
  — в севооборотах без озимых культурдополнительно определяется скорость течения воды и глубина наполнения припропуске максимального расхода весеннего паводка
3.Расчет канала следует выполнять по участкам, начиная от истока канала, переходяпоследовательно к устью.
4. Врезультате расчета должны быть обеспечены:
  — равномерное течение воды в канале(образование кривых подпора или спада недопустимо)
  — глубина наполнения канала – не болеедопустимых по условиям пропуска расчетных расходов
  — скорости течения воды – по  условиям незаиляемости  и неразмываемости русел
Гидравлический и гидрологические расчеты проводящейсети
Гидрологический расчет, сводится к определениюрасчетных расходов, проводящей сети в качестве расходных набираются расходынаиболее напряженные периоды: весенний паводок, предпосевной период, летний иосенний  паводок. В качестве поверочных,выбираем расход наиболее часто встречающейся (бытовой расход) для магистральногоканала. Расчет проводится для всех сечений где впадают открытые каналы, либогде расход меняется больше чем на 10%. Для открытых каналов расчет проводитсядля устоевого створа.
Для закрытого коллектора определяется расход в местевпадения в открытый канал. В РГР для уменьшения объема работ гидрологическийрасчет проводим для одного закрытого коллектора. В качестве расчетного, беретсясамый невыгодный коллектор, с гидравлической точки зрения (самый протяженный,проходящей по территории с минимальными уклонами, имеющие максимальное количествоповоротов и соединений с другими коллекторами).
Расход в коллекторе определяется по укрупненнымпоказателям:
Qк=q·Fк=55,1·0,6=33,06л/с
где q – удельный расчетный модуль дренажногостока, Л/с Гк
Для Московской области q=0,6 Л/с Гк
 Fк– водосборная площадьзакрытого коллектора с Гк
Fк=Fкос+ Fквн=14,5+40,6=55,1 Гк
Fкос– площадь осушенияколлектора в Гк;
Fквн– площадь внешнеговодосборасоответствующая осушаемойплощади  в Гк
Выбираемв качестве расчетного закрытый коллектор ЗК-1-1
Fквн=Fкос·2,8=14,5·2,8=40,6 Гк
Гидравлический расчет сводится к определению размеров сечения и длинучастков для проводящей сети. Для магистрального канала определяются ширина подну, заложение откосов, глубину каналов и уровня воды. Уклон дна и уровень водыдля открытого канала определяется все то же самое что и для магистральногоканала. Для закрытого коллектора определяем диаметры и длины участков, расчетколлекторов ведем в графическом виде.
Скорость течения воды в коллекторе при работе в полоном сечении должнонаходиться в оптимальном диапазоне 0,2÷1,2 м/с.
Сооружения на сети и дорожная сеть
Осушительная система должнабыть оборудована достаточным количеством различных сооружений и устройств,предназначенных для проведения эксплуатационных работ на системе.
На открытой проводящей сетизапроектированы шлюзы-регуляторы, предназначенные для регулирования уровнейводы в каналах с целью использования ее в засушливые периоды для увлажнениякорнеобитаемого слоя почвы путем пользования; для защиты от возможногозатопления со стороны водоприемника, для борьбы с пожарами при осушении болот.
В местах впадения закрытыхколлекторов в каналы предусмотрены устьевые сооружения типовых конструкций.
На коллекторах имеютсясмотровые колодцы, которые устанавливаются в истоках, в местах сопряжениязакрытых коллекторов различных порядков, в местах поворотов трасс и измененияуклона дна. В других случаях они устанавливаются не реже, чем через 400…500 м.Смотровые колодцы служат для контроля за работой закрытой регулирующей сети,для очистки и ремонта коллекторов, устройства запорной арматуры, осаждениявзвешенных наносов и их удаления. Они бывают потайные (заглубленные в грунт) иоткрытые.
Для наблюдения за грунтовымиводами на системе устанавливаются скважины, расположенные равномерно по территориииз расчета одна скважина на 100…150 Га.
Для контроля за расходами водыв каналах у шлюзов-регуляторов имеются гидрометрические посты.
В целях нормальной эксплуатацииосушительной системы, заездов на поля запроектирована дорожная сеть. Вдоль магистрального канала дорогивыполнены с твердым покрытием. В остальных случаях предусмотрены полевые дорогис песчано-гравийным покрытием.
В местах пересечения дорог сканалами устраиваются мосты (при Qр≥3 м3/с) и трубчатые переезды (еслиQр

Техническиехарактеристики дождевальных машин
Волжанка
Днепр
Фрегат        ДМУ А
283-45
308-55
337-45
362-50
392-50
417-55
Расход воды,  л/с
64
120
45
55
45
50
50
55
Напор на гидранте, м
40
45
51
54
52
54
55
57
Расстояния между смежными позициями, м
18
54