5. Проектирование и гидравлический расчёт закрытого коллектора 2Др5

Проектирование коллектора начинается с построения продольного профиля поверхности земли по горизонталям на плане. Путем интерполяции вычисляются отметки поверхности в истоке и устье коллектора, определяются расстояния между точками пересечения трассы с горизонталями и по этим точкам строится продольный профиль от начала коллектора до принимающего воду канала. Отметки профильных точек и расстояния между ними указываются в "подвале" профиля в первых двух строках.

Горизонтальный масштаб сохраняется, как и на плане, равным 1:4000, вертикальный – принимается 1:25.

Так как стыковка дрен с коллектором производится обычно «внахлестку» или «вполунахлестку», то для выбора высотного положения коллектора необходимо знать отметки дна траншей примыкающих дрен. Для этого заполняется ведомость дрен (табл.5.1). В ней указываются отметки конца и начала дрен, примыкающих к рассматриваемому коллектору, Δh-разница отметок поверхности в начале и конце дрены, ΔН - превышение дна траншеи дрены в ее истоке по отношению к концу, необходимое для создания минимально допустимого уклона ΔН =0,003*l, где l-длина дрены.

Таблица 5.1 Ведомость дрен коллектора 2Др5 (b=1,1 м)

№ дрены	Длина, м	Отметки поверхности земли		Δh, м	ΔH, м	Δb, м	b кон, м	Конечная отметка траншеи дрены	Уклон дрены
		Начало дрены	Конец дрены
1	100	50.00	49.97	0.03	0.30	0.27	1.37	48.60	0.003
2	100	49.99	49.94	0.05	0.30	0.25	1.35	48.59	0.003
3	100	49.98	49.91	0.07	0.30	0.23	1.33	48.58	0.003
4	100	49.95	49.88	0.07	0.30	0.23	1.33	48.55	0.003
5	100	49.92	49.85	0.07	0.30	0.23	1.33	48.52	0.003
6	100	49.89	49.82	0.07	0.30	0.23	1.33	48.49	0.003
7	100	49.87	49.79	0.08	0.30	0.22	1.32	48.47	0.003
8	100	49.84	49.77	0.07	0.30	0.23	1.33	48.44	0.003
9	100	49.81	49.75	0.06	0.30	0.24	1.34	48.41	0.003
10	100	49.78	49.72	0.06	0.30	0.24	1.34	48.38	0.003
11	100	49.78	49.69	0.09	0.30	0.21	1.31	48.38	0.003
12	100	49.76	49.66	0.10	0.30	0.20	1.30	48.36	0.003
13	100	49.73	49.63	0.10	0.30	0.20	1.30	48.33	0.003
14	100	49.69	49.60	0.09	0.30	0.21	1.31	48.29	0.003
15	100	49.65	49.57	0.08	0.30	0.22	1.32	48.25	0.003
16	100	49.62	49.54	0.08	0.30	0.22	1.32	48.22	0.003
17	100	49.58	49.49	0.09	0.30	0.21	1.31	48.18	0.003
18	100	49.55	49.46	0.09	0.30	0.21	1.31	48.15	0.003
19	100	49.52	49.43	0.09	0.30	0.21	1.31	48.12	0.003
20	100	49.49	49.41	0.08	0.30	0.22	1.32	48.09	0.003
21	100	49.45	49.38	0.07	0.30	0.23	1.33	48.05	0.003
22	100	49.41	49.35	0.06	0.30	0.24	1.34	48.01	0.003
23	100	49.38	49.32	0.06	0.30	0.24	1.34	47.98	0.003
24	100	49.36	49.30	0.06	0.30	0.24	1.34	47.96	0.003
25	100	49.33	49.28	0.05	0.30	0.25	1.35	47.93	0.003

Поскольку общая длина коллектора (250м) не превышает 300м, то смотровой колодец на сети располагаем в месте стыка коллектора и канала.

Следующим шагом определяется возможное значение уклона коллектора на головном участке. Для этого проводится линия через «контролирующие дрены» и по отметкам этих дрен и расстоянию между ними определяется уклон. В данном случае контролирующими дренами на головном участке коллектора являются дрены 1 и 25. Тогда:

(5.1)

Гидравлический расчет коллектора базируется на нескольких допущениях:

1. Движение воды в коллекторе в расчетный период считают установившимся.

2. Движение воды в коллекторе уже в конце первого расчетного участка принимают равномерным.

3. Из-за искривленности осей отдельных дренажных трубок и всего коллектора (неровности дна траншеи) коллектор в местных его понижениях может заполняться до верхней шелыги трубы.

Указанные допущения позволяют считать, что коллектор работает полным сечением и для его гидравлического расчета использовать формулу Шези:

(5.2)

Где: - площадь живого сечения, м2;=πd²/4;

d – внутренний диаметр трубы, м;

i – уклон коллектора;

R – гидравлический радиус, м; R=ω/χ;

χ - смоченный периметр сечения; χ =πd; R=d/4;

С – коэффициент Шези; по простейшей формуле Маннинга С=R^1/6/n;

n – коэффициент относительной шероховатости трубы.

Подставляя указанные значения , R, С в формулу Шези и решая полученное выражение относительно диаметра, зависимость (5.2) можно привести к виду:

(5.3)

Как видно, для определения диаметра коллектора кроме уклона, порядок определения которого приведен выше, требуется установить расчетные значения n и Q.

Коэффициент шероховатости назначается в зависимости от материала труб (таб. 5.3 метод.указ.) и их диаметров.

В качестве исходного значения рекомендуется принимать n=0,015 (соответствует наиболее дешевым гончарным трубам диаметром до 175мм), а затем по результатам предварительного расчета корректировать величины коэффициента шероховатости и диаметра.

Расчетный расход закрытого коллектора вычисляется как произведение модуля дренажного стока q_др (м/с или л/с/га) на площадь (м2 или га), с которой коллектор принимает воду из дрен к своему j-му сечению

(5.4)

Ширина осушаемой односторонним коллектором полосы при длине дрен 100м с учетом радиусов влияния концов дрен (0,4В=0,4*10=4м) составляет 100+4=104м.

Поскольку к коллектору примыкает 25 дрен, длина водосборной площади участка равна 25В =250м и площадь = 104*250= 26 000 м² = 2,6 * 10⁴.

Выбрав максимальный модуль (из вегетационного и предпосевного, см п.3) q_пр = 0,015 м/сут (q_пр = 0,015/86400 = 1,74*10^-7 и зная , находят расчётный расход коллектора

Определяем необходимый диаметр гончарного коллектора (в первом приближении n₁=0,016) по зависимости:

По полученному значению принимаем стандартное значение диаметра труб коллектора, для асбестоцементных труб: d= 125 мм по [1,табл.5.1, с.29].

Далее проводим проверку на незаиляющую и неразмывающую скорости. Должно выполняться условие:

(0,2-0,3)≤ Vk ≤1,5

(5.5)

Скорость в коллекторе V_k вычисляется по формуле:

			(5.6)

Условие (5.5) выполнено и на этом расчёт окончен. По найденному диаметру определяются отметки дна коллекторной траншеи.

По построенному продольному профилю коллектора 2Др5 получается, что отметка дна траншеи коллектора в месте выхода его в проводящий канал 2Д равна 47,81м.