Гидротехнические мелиорации

41

Откосы являются наиболее важным элементом поперечного профиля каналов. Крутизну откосов выражают через коэффициент, который вычисляют по формуле

где L – заложение откоса.

3.4.1. Коэффициенты откосов каналов

Коэффициент откоса определяется по углу естественного откоса грунта, который зависит от связности частиц грунта и их влажности. Устойчивость откоса уменьшается с увеличением глубины канала, поэтому чем глубже каналы, тем более пологим устраивают откосы и большими принимают коэффициенты откосов.

На осушение болот влияет степень разложения торфа. По степени разложения торф подразделяют на слаборазложившийся (степень разложения 20 %), среднеразложившийся (25 - 45 %), сильноразложившийся (более 45 %).

В зависимости от степени разложения торфа принимаются коэффициенты откосов (табл. 8).

42

3.4.2.Глубина каналов

Взависимости от назначения каналы осушительной сети устраивают различной глубины. На минеральных грунтах каналы делают глубиной 0,7 - 0,8 м, на оторфованных землях их глубина зависит от почвенно-грунтовых условий и глубины торфа (табл. 9).

При осушении неглубоких торфяников осушители, если дно их располагается на границе торфа и подстилающего грунта, следует заглублять на 0,1 - 0,2 м в минеральный грунт, подстилающий торф.

Собиратели устраивают на 10 - 15 см глубже осушителей, а глубину магистральных каналов принимают на 20 - 30 см больше глубины транспортирующих собирателей.

Необходимость увеличения глубины каналов транспортирующей сети, по сравнению с регулирующими каналами, объясняется тем,

43

что в меженный период горизонт бытовых вод проводящих каналов не должен подтапливать и затруднять сток воды из регулирующих каналов.

Ловчие каналы при глубине водоупора не более 2,5 - 3,0 м должны врезаться в водоупорный горизонт.

Расчетное положение горизонта воды в канале относительно бровок при пропуске ливневых расходов 25 % обеспеченности принимается в среднем на 0,3 м ниже бровки канала, т.е. расчетная глубина наполнения канала

где h – расчетная глубина воды в канале, м;

Туст – установившаяся глубина канала в расчетном створе после осадки торфа, м.

3.4.3. Осадка торфа

Определяя глубину каналов, следует учитывать, что после осушения происходит осадка торфа. Основной причиной осадки является отдача воды торфом вследствие понижения уровней грунтовых вод после устройства осушительных каналов. Известно, что в неосушенных торфяниках содержание воды достигает 85 - 95 %, а в торфах верховых болот – и более. До осушения торф как бы плавает в воде. После понижения грунтовых вод верхние слои торфа, лишенные гравитационной воды, увеличивают давление на нижние слои, уплотняя их. Происходит осадка торфа, продолжающаяся на протяжении ряда лет. В основном торф оседает в первые два года после осушения. Исследованиями установлено, что на верховых, а иногда и на переходных болотах в первые годы после осушения осадка поверхности болота может достигать 0,3 - 0,5 м. Особенно сильно происходит осадка торфа возле каналов осушительной сети.

Уменьшение глубины каналов после осадки торфа можно определить по формуле

44

где Тпр – проектная глубина канала, м;

m – коэффициент, учитывающий осадку торфа (табл. 10); То – глубина канала в торфе после его осадки, м.

Следует различать: осадку поверхности болота Но; уменьшение глубины канала под влиянием осушения (Тпр – То) и опускание дна канала hd (рис. 3).

Рис. 3. Осадка торфа после осушения

Осадка поверхности болота Но зависит от глубины торфа, глубины канала и плотности торфа Ко. В табл. 11 приведены величины Ко в зависимости от объемной массы торфа. Величина Но пропорциональна Ко. Уменьшение глубины канала под влиянием осадки можно определить по формуле

где Тпр – проектная глубина канала, м; То – глубина канала после осадки, м;

45

Н1 – осадка поверхности болота при глубине канала и глубине торфа 1,0 м.

Величина опускания дна канала (см. рис. 3)

При осадке торфа происходят следующие изменения:

1)опускается поверхность болота, и выпирают пни и корни с откосов каналов;

2)уменьшается глубина каналов и дрен;

3)изменяется продольный профиль каналов, так как при разной глубине торфа дно каналов опускается неравномерно;

4)изменяется рельеф поверхности с образованием ложбин в местах с большой глубиной торфа;

5)происходит подпор воды в каналах со стороны озер, окруженных глубоким торфяником, а иногда и со стороны рек-водопроиемников.

Все это необходимо учитывать при проектировании осушительной сети.

3.4.4. Допустимые скорости движения воды в каналах

Вода в незакрепленных руслах каналов, взаимодействуя при движении с дном и стенками (откосами) каналов, разрушает их.

Скорость течения воды, при которой происходит постоянное движение частиц грунта, называется размывающей скоростью.

Частицы грунта, образовавшиеся за счет размывания каналов в процессе смыва с откосов и берм каналов, образуют твердый сток.

В процессе перемещения взвешенные частицы твердого стока при определенных скоростях движения воды могут откладываться в каналах. Скорость движения воды, при которой наносы поддерживаются потоком во взвешенном состоянии, называется незаиляющей скоростью.

Проектируя осушительные системы, необходимо принимать ско-

рости течения выше незаиляющих и ниже размывающих.

46

Движение воды в канале должно осуществляться при некоторых средних оптимальных значениях, поскольку при малых скоростях из потока на дно оседает много взвешенных минеральных частиц, и происходит быстрое заиление канала, а при больших скоростях возникает угроза его размыва.

При гидравлических расчетах каналов рекомендуется принимать определенные максимально допустимые скорости (табл. 11).

В любом случае скорость воды в канале не должна быть меньше

0,2 - 0,3 м/с.

3.5. Продольный профиль осушительных каналов

Проектирование каналов (составление профилей) начинается с проектирования регулирующей сети (осушителей, нагорных и ловчих, тальвеговых каналов).

Далее составляют профили проводящих каналов (собирателей), на которых отмечают места впадения регулирующих каналов и высотное положение их дна. Последними составляют продольные профили магистральных каналов, на которых также отмечают места впадения и отметки дна впадающих в них каналов.

47

Продольные профили каналов строят по отметкам, взятым с плана пикетажа, разбитого через 100 м по оси каналов, в соответствии с принятыми в курсе геодезии правилами (рис. 4).

Применяемые масштабы продольных профилей каналов следующие: горизонтальный 1:5000 … 1:10000, вертикальный 1:50 … 1:100. Горизонтальный масштаб должен соответствовать масштабу плана осушительной сети.

Отметки поверхности на профиле выписываются из полевых журналов натурной трассировки попикетно.

Все продольные профили вычерчивают тушью: проектные линии (дно канала, отметки, уклоны дна и глубина канала) − красным цветом, воду – синим, а все остальное – черным.

Рис. 4. Продольный профиль канала

На продольном профиле канала заполняются следующие графы:

1– номера пикетов;

2– расстояния между пикетами;

3– отметки поверхности земли;

4– отметки дна каналов;

48

5 – уклоны дна;

6– глубина канавы;

7– подстилающий почвогрунт.

Уклоны дна каналов проектируются на продольном профиле исходя из рельефа поверхности по трассе каналов. С учетом обеспечения неразмываемости и незаиляемости для каналов регулирующей сети уклоны дна принимаются в пределах 0,0007 - 0,005.

При малых уклонах поверхности в условиях плоского рельефа допускается снижение уклонов до 0,0005. При осушении незначительных водосборов и устройстве одиночных каналов по тальвегам допустимы уклоны до 0,01.

Для каналов проводящей сети и оградительных каналов реко-

мендуется принимать уклоны в пределах 0,0003 - 0,005. Для каналов с водосборной площадью более 10 000 га допускается снижение уклонов до 0,00015 - 0,00020.

Увеличение уклона дна канала по направлению к устью допускается лишь в том случае, если оно не приводит к появлению размывающих скоростей. Уменьшение уклона по направлению к устью канала допускается при значительном нарастании расхода воды канала по его длине.

Продольные уклоны для канала следует выбирать таким образом, чтобы обеспечить равномерную скорость течения воды по длине канала или небольшое возрастание ее по направлению к устью.

При очень больших уклонах поверхности земли на каналах проектируют открытые и ступенчатые перепады или быстротоки в виде лотков обычно прямоугольного сечения с уклоном 0,1. Они предназначены для уменьшения скорости движения воды. Входную и выходную часть делают расширенной для рассредоточения потока и уменьшения вероятности разрушения сооружения. Перепады и быстротоки укрепляются бетоном, досками, жердями, плетнем.

49

4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Гидравлические расчеты проводятся для определения размеров поперечных сечений каналов, проверки их устойчивости против размыва и заиления и для увязки меженных горизонтов воды в каналах разного порядка (при сопряжении осушителей с собирателями и собирателей с магистральными каналами).

Расчеты проводятся при площадях водосбора от 500 га и более в следующих характерных створах:

а) в устье канала; б) выше и ниже места впадения каждого гидравлически рассчи-

тываемого канала; в) выше и ниже места изменения уклона дна (для обоих уклонов).

Если длина участка между точками перелома уклонов менее 1,0 км, то расчет производится для нижней части каждого участка;

г) в створах искусственных сооружений.

В расчетно-графической работе гидравлический расчет ограничивается определением расхода воды в устье канала.

Для выполнения гидравлического расчета каналов должны быть установлены:

1)расчетные расходы воды;

2)устойчивая форма поперечного сечения каналов;

3)уклоны дна;

4)расчетное положение горизонта воды в канале относительно его бровок при пропуске того расчетного расхода воды, при котором не допустимо переполнение канала.

50

4.1. Определение ширины канала по дну

Ширина канала по дну b при принятой глубине наполнения и расчетном расходе ливневого паводка Qл 25% определяется по уравнению равномерного движения жидкости:

C – скоростной коэффициент, определяемый по формуле Н. Н. Павловского:

где n – коэффициент шероховатости русла, изменяющийся в зависимости от его состояния (прил. 1);

y – переменный показатель степени:

Для предварительных расчетов С можно определить по таблице (см. прил. 2).

i – уклон дна канала;

R – гидравлический радиус: