Гидротехнические мелиорации

л 25%

51

где – смоченный периметр:
χ b 2h	1 m2 , м			(23)
Расходная характеристика
Q= ω C		, м3/с .		(24)
	Ri

Определение ширины канала по дну b проводится способом подбора, т.е. задаются несколькими значениями ширины по дну и определяются соответствующие им расходы воды, пока полученный расход не будет равен расчетному или отличаться от него не более чем на 5 %.

Обычно задаются значениями b не менее трех раз так, чтобы расчетный расход располагался в пределах полученных расходов, соответствующих различным принятым значениям ширины по дну b. За начальную ширину канала принимают b = 0,5 м, что соответствует минимально допустимой ширине по дну магистрального канала. Все вычисления удобнее производить по табличной форме (табл. 12).

									Таблица 12
	Расходы воды в зависимости от параметров каналов
b, м	h, м	ω, м2	, м	R, м	С	V С	Ri	, м/с	Q = V ω, м3/с
0,5	0,9	2,07	4,52	0,46	22,7	0,34			0,7 < Qp = 1,2
1,0	0,9	2,52	5,02	0,50	23,4	0,37			0,93 < Qp
2,0	0,9	3,42	6,02	0,57	24,3	0,41			1,40 > Qp

По данным табл. 12 строится график зависимости Q = f (b), из которого определяется ширина дна канала, соответствующая расчетному расходу Q (рис. 5).

Полученная ширина в случае необходимости округляется в ту или иную сторону до ширины, разрабатываемой принятой землеройной машиной.

52

b, м

b3
bл 25%
b2
b1
Q1	Q2	Qл 25%	Q3	м3/с
Рис. 5. График Q = f (b)

При глубине канала более 1,7 - 2,0 м и пологих откосах может случиться, что задавшись минимальной шириной канала по дну 0,5 м и определив его гидравлические элементы ( , , R, v), получим расход, значительно превышающий расчетный. В этом случае ширина канала по дну принимается равной 0,5 м на всей его длине, а определению подлежит глубина наполнения канала h при пропуске ливневого расхода 25 % вероятности превышения.

4.2.Определение глубины наполнения канала

врасчетном створе

После установления ширины по дну магистрального канала определяется глубина воды в обоих створах. Возможны два варианта расчетов.

Первый вариант. Ширина канала по дну устанавливается способом подбора при принятой глубине наполнения на 0,3 м ниже бровки. В первом створе (устье канала) определяется глубина наполнения при пропуске расхода весенних вод 25 % вероятности превышения и бытовых (меженных) вод 50 % вероятности превышения. Во втором створе определяются глубины наполнения при пропуске весенних вод

53

5 % и 25 % вероятности превышения, ливневых вод 25 % вероятности превышения* и бытовых вод 50 % вероятности превышения.

Второй вариант. Ширина канала по дну принята минимальной – 0,5 м. Для обоих створов находятся глубины наполнения, соответствующие всем расчетным расходам.

При переменных формах поперечного сечения канала по длине, т. е. различных гидравлических элементах ( , , R), глубины наполнения определяются для каждого расчетного створа отдельно подбором с последующим построением двух графиков Q = f (h), по которым они и находятся.

При одинаковой форме поперечного сечения канала по всей длине и постоянном уклоне дна глубины наполнения для обоих створов находятся по одному, общему для обоих створов, графику Q = f (h), приведенному на рис. 6.

h, м

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

Hв 25% = 1,41

Hл 25% = 1,02

			= 1,4			= 3,0
			л 25%			в25%
	быт		Q			Q
	Q
1			2		3	4

Рис. 6. График Q = f (h)

Q, м3/с

* Для определения положения горизонта воды ниже бровки при пропуске расчетного расхода ливневых вод, который для первого створа принимается равным 0,3 м.

где Vв 25%

ωв 25%

54

Строится график Q = f (h) аналогично изложенному выше (см. рис. 5), но искомой величиной является уже глубина воды в канале h при известной ширине канала по дну b.

Определяется устойчивость русел каналов на размыв и заиление. Для этого вычисляются максимальные и минимальные средние скорости по формулам:

Vв 25%		Qв		25%			,	(25)
		ωв		25%
Vбыт			Qбыт		,			(26)
			ωбыт

− максимальные средние скорости; − площадь живых сечений при весенних расходах 25%

обеспеченности;

Vбыт − минимальные средние скорости;

быт − площади живых сечений при бытовых (меженных) расходах 50 % вероятности превышения.

Полученные максимальные и минимальные скорости сопоставляются с допустимыми скоростями на размыв и заиление. Если полученные максимальные скорости больше допустимых скоростей на размыв, а минимальные скорости менее допустимых на заиление, необходимо в первом случае предусматривать крепление дна и откосов или уполаживание откосов, а во втором − увеличение уклонов дна. Естественно, что как при уполаживании откосов (т. е. изменении коэффициента откоса m), так и при изменении уклонов дна все гидравлические расчеты производятся заново.

Пример. Дополним пример, приведенный в п. 4.2, следующими данными:

а) характеристика торфа и его глубина Тт − торф осоковый мощностью 1,0 м;

б) плотность торфа − плотный;

55

в) степень разложения торфа − слаборазложившийся; г) подстилающий грунт − суглинок средний.

На основании топографического плана и лесорастительных условий заболоченного участка проектируется расположение осушительной сети в плане. Затем составляются продольные профили каналов осушительной сети, принимаются расчетные глубины и уклоны сначала осушителей, затем собирателей и, наконец, магистрального канала. После этого принимаются величины откосов канала и проводятся гидравлические расчеты.

Проектная глубина осушителей определяется по уравнению

Тос. пр = Тт + Твр+ Тз , м,	(27)
где Тос. пр – проектная глубина осушителя, м;
Тт – мощность торфа, м;
Твр – глубина врезки в минеральный грунт, м.	При залегании под

торфяным или песчаным грунтом (мощностью до 1,3 м) глины или суглинков дно каналов необходимо заглубить на 0,15 - 0,2 м, а при залегании под торфяным или глинистым грунтом песков и супесей рекомендуется заглубление дна каналов в них на 0,1 м;

Тз – запас на заиление дна, м.

Глубина осушителей должна устанавливаться с запасом на заиле-

ние дна (0,1 - 0,2 м).

В нашем примере Тт = 1,0 м; Твр = 0,2 м и Тз = 0,1 м. Следовательно, проектная глубина осушителей

Т ос. пр = 1,0 + 0,2 + 0,1 = 1,3 м.

Установившаяся глубина осушителей после осадки торфа определяется по уравнению

Тос. уст = Тос. пр – Е Тт , м,

(28)

где Е – осадка торфа после осушения, м, принимаемая в следующих пределах от его мощности: для торфа плотного Е = 10…15 %, для торфа средней плотности Е = 15…20 %, для торфа средней рыхлости Е = 20…25 %, для торфа рыхлого Е = 25…40 %.

56

В нашем примере Тос. уст = 1,3 − 0,1 ∙ 1,0 = 1,2 м.

Дно собирательных каналов принимаем на 0,2 м ниже дна впадающих в них осушителей, а дно магистрального канала − на 0,3 м ниже впадающих в него собирателей.

Для гидравлических расчетов установившаяся глубина магистрального канала

Тмаг. уст = Тсоб.уст + 0,3 м,

где Тсоб.уст = Тос. уст + 0,2 = 1,2 + 0,2 = 1,4 м.

Следовательно, Тмаг. уст = Тсоб. уст + 0,3 = 1,4 + 0,3 = 1,7 м при проектной глубине Тмаг. пр = 1,7 + 0,1 = 1,8 м.

Затем определяется коэффициент заложения откосов m магистрального канала.

В данном примере при глубине магистрального канала более 1,5 м для осокового слаборазложившегося торфа m = 0,75…1,00; для суглинка среднего m = 1,25…1,50.

В нашем примере проектная глубина канала 1,8 м при глубине торфа 1,0 м. Коэффициент откоса принимается равным 1,25.

Далее проводим гидравлические расчеты, приняв за расчетные расходы ранее определенные и представленные в табл. 7.

4.3. Расчетный створ в устье магистрального канала

Исходные данные:

а) расход ливневых вод 25 % вероятности превышения Qл 25% = = 1,4 м3/с;

б) глубина наполнения канала на 0,3 м ниже бровки, т. е. h = 1,8 − 0,3 = 1,5 м;

в) коэффициент откоса m = 1,25;

г) коэффициент шероховатости n = 0,0275.

Определяем ширину канала b при принятой глубине наполнения h = 1,5 м способом подбора.

57

Первоначально задаемся минимально допустимой шириной канала b = 0,5 м и проводим расчеты, которые сводим в табл. 13.

							Таблица		13
	Расходы воды в устье магистрального канала
b, м	h, м	ω, м2	, м	R, м	C	V, м/с		Q, м3/с
0,5	1,5	4,0	5,62	0,71	33,4	1,07		4,3

Как видно из табл. 13, при принятой минимальной ширине канала по дну b = 0,5 м и предполагаемой глубине наполнения h = 1,6 м пропускная способность канала составляет Q = 4,3 м3/с.

Полученные результаты говорят о том, что принятая глубина наполнения канала h = 1,5 м завышена. В этом случае принимаем за расчетную ширину дна канала b = 0,5 и определяем способом подбора расчетную глубину наполнения канала h.

Так как в нашем примере ширина дна канала на всей его длине одинакова, а форма поперечного сечения канала и уклон его дна постоянны, то определение глубин его наполнения для различных расчетных расходов и различных створов можно было бы проводить по одному графику зависимости Q = f (h), приняв четыре значения переменной глубины наполнения от h1 = 0,2 м

до h4 ≤ Тмаг. уст.

Определяем расчетное значение расходных характеристик, соответствующих расчетным расходам воды (см. табл. 7).

Сопоставляем ранее принятые глубины бытовых вод с полученными при гидравлических расчетах. В магистральном канале глубина бытовых вод была предварительно принята 0,3 м.

В первом створе в устье канала (см. рис. 4) бытовая глубина hб = 0,26 м. Учитывая относительную точность исходных данных (коэффициент шероховатости n и значение С), оставляем ранее принятую глубину бытовых вод в канале h = 0,3 м.

58

4.4. Определение устойчивости канала на размыв и заиление

Рассчитываем средние скорости при расходах весенних вод 25 % вероятности превышения и бытовых расходов 50 % вероятности превышения. В устье магистрального канала

V		Qв 25%		3,0		3,0			3,0	0,94 м/c
в 25%		в 25%		(b mh)h		(0,5 1,25 1,41) 1,41			3,19

V	Qбыт		0,06		0,06	0,30 м/c .
быт	быт		(0,5 1,25 0,26) 0,26	0,21

Сопоставляя полученные максимальные и минимальные скорости с допускаемыми для данного грунта скоростями на размыв и заиление, устанавливаем, что они лежат в пределах допустимых значений, а следовательно, необходимость в устройстве крепления дна и откосов отпадает. Считаем необходимым обратить внимание на следующие случаи, которые могут встретиться в практике проектирования лесоосушения:

1.При небольшой глубине магистрального канала может оказаться, что горизонт воды в расчетных створах при пропуске расчетных весенних вод 25 % вероятности превышения будет выше бровок канала, т. е. глубина наполнения в канале hв 25% будет больше установившейся глубины канала Туст.

За расчетную глубину наполнения принимается установившаяся глубина канала, и при этой глубине определяется максимальная средняя скорость, которая и сопоставляется с допустимой скоростью на размыв.

2.При пропуске по магистральному каналу расчетного ливневого паводка 25 % вероятности превышения (Qл 25%) горизонт воды подходит к бровке ближе чем на 0,3 - 0,4 м. В этом случае может быть принято одно из следующих решений:

59

а) увеличиваются размеры ширины канала по дну до такой величины, при которой горизонт воды будет ниже бровок на 0,3 - 0,4 м;

б) увеличиваются глубина магистрального канала и, соответственно, глубины по каналам всей осушительной сети.

4.5. Определение расстояния между каналами

Расстояния между каналами регулирующей сети приведены в табл. 14.

				Таблица 14
	Расстояния между осушителями при осушении лесных земель
		Глубина	Подстилающий	Расстояние
	Группы типов леса			между ка-
		торфа, м	грунт
				налами, м
	Ι. Сосняки, ельники, сме-
	шанные леса (в условиях
	низинной и начальная ста-
	дии переходного заболачи-	0,3-0,6	Глины, суглинки	170-190
	вания:	0,6-1,0	Глины, суглинки	190-210
	а) болотно-широкотравные,	0,3-0,6	Супеси и	240-260
	разнотравные, осоково-	0,6-1,0	мелкозернистые пески	220-240
	тростниковые	0,3-0,6	Пески среднезернистые	270-290
		0,6-1,0	Пески крупнозернистые	240-260
		> 1,0	Торф	210-230
		0,3-0,6	Глины, суглинки	110-120
	б) осоково-сфагновые,	0,6-1,0	Глины, суглинки	130-150
	тростниково-сфагновые,	0,6-1,0	Супеси и	150-170
	чернично-сфагновые,	0,6-1,0	мелкозернистые пески	150-170
	разнотравно-сфагновые	0,3-1,6	Пески среднезернистые	170-190
		0,6-1,0	Пески крупнозернистые	170-190
		> 1,0	Торф	140-160
	ΙΙ. Сосняки, ельники, сме-
	шанные леса в условиях пе-
	реходной и начальной ста-
	дии верхового типов забо-	0,3-0,6	Глины, суглинки	150-170
	лачивания:	0,6-1,0	Глины, суглинки	170-190
	а) долгомошниково-	0,3-0,6	Супеси и	190-210
	сфагновые	0,6-1,0	мелкозернистые пески	160-180

60

			Окончание табл. 14
		Глубина	Подстилающий	Расстояние
	Группы типов леса			между ка-
		торфа, м	грунт
				налами, м
		0,3-0,6	Пески среднезернистые	210-230
		0,6-1,0	Пески крупнозернистые	180-200
		> 1,0	Торф	170-200
	б) долгомошниково-	0,3-0,6	Глины, суглинки	130-150
	сфагновые, сфагново-	0,6-1,0	Глины, суглинки	140-160
	кустарничковые,	0,3-0,6	Супеси и	150-170
	сфагново-пушицевые	0,6-1,0	мелкозернистые пески	130-150
		0,3-0,6	Пески среднезернистые	160-180
		0,6-1,0	Пески крупнозернистые	150-170
		> 1,0	Торф	140-160
	ΙΙΙ.Сосняки сфагновые V-Vа кл	> 1,0	Торф	100-110

Примечание. Расстояние между осушителями дано при их глубине 1 м после осадки торфа; при изменении глубины осушителей на 0,2 м расстояние между ними изменяется на 10 - 15 %.

При использовании табл. 14 следует вводить следующие поправки: а) поправочный коэффициент на территориальное расположение

объекта осушения:

0,55 - 0,60 – для Мурманской области и северной части Архангельской области, северной части Карелии;

0,60 - 0,70 – для Архангельской области южнее полярного круга, северной части Республики Коми, южной части Карелии

(южнее 64о с. ш.);

0,70 - 0,85 – для Ленинградской, Вологодской областей, северных частей Кировской, Пермской областей, южной части Республики Коми;

0,80 - 0,90 – для Томской, Омской, Кемеровской, Новосибирской, Свердловской областей, Южной части Тюменской области;

0,90 - 0,95 – для Новгородской, Ярославской, Ивановской, Костромской областей, северных частей Тверской и Нижегородской областей, южной части Кировской области;