Проектирование осушительной системы
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
|
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
|
0,0025
|
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!