Практическая работа №3 проектирование магистрального канала оросительной системы

Цель работы:

Проектирование конструкции магистрального канала оросительной системы.

Задачи:

Рассчитать конструкции магистрального оросительного канала в земляном русле без облицовки и с бетонной монолитной облицовкой, на основании полученных результатов выбрать наиболее целесообразную конструкцию, соответствующую СНиП.

Исходные данные:

Площадь нетто участка орошения F=950 га, уклон участка 0,004 м; среднее удельное впитывание воды в почву на участке 0,25 л/с.

Рис.3.1. Укомплектованный график гидромодуля.

Грунт трассы проектируемого магистрального канала – песок мелкий, коэффициент фильтрации k=3 м/сут., средний размер частиц грунта основания магистрального канала d=0,24 мм, плотность грунта =2650 кг/м³_, уклон местности по трассе канала – 0,0005. Мутность воды источника орошения 0,4 кг/м³, средний диаметр частиц взвешенных наносов 0,05-0,07 мм, содержание в воде глинистых частиц >0,1 кг/м³. Длина канала 2,5 км.

1. Определение расхода воды нетто для орошения участка площадью F Q_нт по укомплектованному графику гидромодуля

По укомплектованному по максимальной и минимальной ординате графика гидромодуля (рис.3.1) определяется находят максимальный и минимальный удельные расходы, затем находим требуемый на орошение максимальный и минимальный расход воды.

м³/с;

м³/с.

где q_max и q_min – максимальная и минимальная ординаты графика гидромодуля, л/с;

F_нт – площадь нетто орошаемого участка, га.

2. Определение потерь расхода воды при поливе по бороздам и КПД оросительной сети (без магистрального канала)

Определение потерь воды при поливе по бороздам проводится в соответствии с табл.10. Приложения 2. Уклон участка 0,004 м; среднее удельное впитывание воды в почву на участке 0,25 л/с, таким образом, потери воды на испарение составят 0,7%; на инфильтрацию – 15,8%; на сброс – 9,4%. Общие потери 25,9%.

Q_бр=Q_нт+Q_пот

м³/с;

м³/с.

КПД оросительной сети при поливе по бороздам в данном случае составит η_ос=Q_нт/Q_бр.=0,80.

3. Расчет конструкций магистрального канала:

а) в земляном русле.

Элементы поперечного сечения магистрального канала подбираются с учетом табл. 12, 13, 14 Приложения 2. Коэффициент заложения откосов (подводных и надводных) с учетом проектируемого расхода воды (около 1 м³/с) и грунта основания (песок мелкий) принимается m=2.

Отношение ширины по дну каналов трапецеидальной формы b/h к глубине наполнения принимаем с соответствии с табл.14. Предполагая, что глубина канала должна быть не более 1 м, ширину канала по дну назначаем 1 м.

Проводим гидравлический расчет канала в соответствии с выбранными параметрами конструкции.

Определение глубины канала выполняем в следующем порядке:

• задаемся глубиной в канале - h_i = 0,2 м;

• определяем площадь живого сечения канала по формуле:

- находим величину смоченного периметра по формуле:

- определяем гидравлический радиус, как отношение:

- определяем модуль расхода при глубине h_i:

n=0,0225 (по табл.1 Приложения 2).

Все вычисления сводим в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Таблица определения площади поперечного сечения канала

Глубина наполнения, h, м	Площадь поперечного сечения, ω, м2	Смоченный периметр χ, м	Гидравлический радиус, R м	Модуль расхода К м3/сек
0,2	0,28	1,89	0,10	3,36
0,4	0,72	2,79	0,26	12,16
0,6	1,32	3,68	0,36	27,26
0,8	2,08	4,58	0,45	49,27
1,0	3	5,47	0,55	80,55

По полученным значениям табл.3.1 строим график зависимости модуля расхода от глубины в канале (рис.3.2).

Рис.3.2. График зависимости модуля расхода от глубины в канале с земляным руслом без облицовки

Расход воды в канале K_max=Q_max/ =44 м³/с.

К_mах=44,0 м³/с; h_max=0,75 м, К_min=21,5 м³/с, h_min=0,55 м.

В_max=b+2hm=4 м, где В_max – ширина канала по урезу воды при максимальном уровне.

Фильтрационные потери из каналов с земляным руслом при b/h <4 определяются по формуле

Q_f = 0,0116 k (B + 2h)=0,0116∙3∙0,62(4+2∙0,75)=0,11 м³/с;

где Q_f - расход фильтрационных потерь, м³/с, на 1 км длины канала;

k - коэффициент фильтрации грунтов ложа канала, м/сут;

В - ширина канала по урезу воды, м;

b - ширина канала по дну, м;

h - глубина воды в канале, м;

µ - коэффициент фильтрационных потерь, находится по табл.18 Приложения 2.

Для всего канала длиной 2,5 км потери составят 2,5∙0,11=0,27 м³/с.

Таким образом, для канала в земляном русле Q_бр=Q_нт+Q_пот =0,98+0,27=1,25 м³/с.

КПД магистрального канала η_мк=Q_нт/Q_бр.=0,98/1,25=0,78. КПД оросительной системы с магистральным каналом, запроектированным в земляном русле,

η_ос∙η_мк=_.0,80∙0,78=0,62.

Определяем значение форсированного расхода (по табл.11 Приложения 2). Q_форс=1,15∙1.25=1,44 м³/с.

По значению расхода Q_форс определяем требуемую глубину магистрального канала К_форс= 1,44/ =64, h_мк.=0,90 м. Площадь поперечного сечения ω=2,52 м².

б) в земляном русле с применением противофильтрационного покрытия из монолитной бетонной облицовки толщиной 6 см.

Параметры конструкции канала (заложение откосов, ширина по дну) оставляем те же, что и для земляного канала.

Коэффициент шероховатости для бетонной облицовки n=0,013 (табл.3 Приложения 2).

Все вычисления сводим в табл.3.2.

Таблица 3.2

Таблица определения площади поперечного сечения канала

Глубина наполнения, h м	Площадь поперечного сечения, ω м2	Смоченный периметр χ, м	Гидравлический радиус, R м	Модуль расхода К м3/сек
0,2	0,28	1,89	0,10	5,81
0,4	0,72	2,79	0,26	21,04
0,6	1,32	3,68	0,36	47,18
0,8	2,08	4,58	0,45	85,27
1,0	3	5,47	0,55	139,4

По полученным значениям табл. 2 строим график зависимости модуля расхода от глубины в канале (рис.3.3).

К_mах=44,0 м³/с; h_max=0,60 м, К_min=21,5 м³/с, h_min=0,40 м.

Рис.3.3. График зависимости модуля расхода от глубины в канале с облицовкой

Расчет фильтрационных потерь из облицованного канала, м³/с на 1 км, при облицовке одинаковой толщины на дне и откосах при установившейся свободной фильтрации проводится по формуле

где k_s — коэффициент фильтрации экрана, м/сут;

t — толщина облицовки, м;

b — ширина канала по дну, м;

h— глубина наполнения канала при расчетном расходе м;

m — коэффициент заложения откосов.

Усредненные коэффициенты фильтрации противофильтрационных покрытий каналов следует принимать по табл. 19. Приложения 2

Q_f=0,0001 м³/с.

Для всего канала длиной 2,5 км потери составят 2,5∙0,0001 =0,00025 м³/с, что не превышает погрешность расчетов.

Таким образом, для канала в земляном русле с бетонной монолитной облицовкой Q_бр=Q_нт=0,98 м³/с.

Глубина магистрального канала h_мк.=0,60 м.

КПД магистрального канала η_мк=Q_нт/Q_бр.=1,00. КПД оросительной системы с магистральным каналом, запроектированным в земляном русле,

η_ос∙η_мк=_.0,80∙1,00=0,80.

Форсированный расход Q_форс=1,2∙0,98=1,18 м³/с.; К=52 м³/с;

При этом глубина канала h_к=0,65 м.

4. Проверка скорости воды в канале по условиям незаиляемости и неразмываемости.

Для земляного русла неразмывающие скорости определяются по табл.15 и табл.16 Приложения 2 в зависимости от среднего размера частиц грунта, плотности грунта и содержания в потоке глинистых частиц для максимального форсированного расхода. При среднем размере частиц грунта основания магистрального канала d=0,24 мм, плотности грунта =2650 кг/м³_, содержании в воде глинистых частиц >0,1 кг/м³ неразмывающая скорость

V=0,39∙ =0,44 м/с.

Для земляного русла с бетонной облицовкой неразмывающая скорость определяется по табл.17 Приложения 2.

Незаиляющая скорость определяется по формуле

V=0,3R^0,25=0,24 м/с.

Полученные результаты сведены в табл.3.3.

Таблица 3.3

Таблица проверки скоростей в канале по условиям неразмываемости и незаиляемости

Тип канала	Расход воды в канале, м3/с		Глубина воды в канале, м		Скорости критические, м/с		Площадь поперечного сечения, м2		Скорость в канале, V м/с
	макс. форс.	мин.	макс. форс	мин.	Неразм.	Незаил.	макс. форс	мин.	макс. форс	мин.
Земл. русло	1,44	0,48	0,85	0,40	0,44	0,25	2,52	0,86	0,57	0,54
С облицовкой	1,17	0,48	0,65	0,40	10,6	0,21	1,49	0,72	0,78	0,66

5. Анализ полученных результатов

При проектировании магистрального канала были рассмотрены две конструкции канала в земляном русле: с бетонной монолитной облицовкой и без нее. В результате проведенных расчетов установлено:

- площадь поперечного сечения канала в земляном русле в 1,7 раз больше, чем в русле с бетонной облицовкой;

- КПД магистрального канала в земляном русле η=0,62 (что не соответствует требованию СНиП), так как большие потери приходятся на фильтрацию в грунт, в русле с бетонной монолитной облицовкой η=1;

- при устройстве русла канала в земляном русле без облицовки с уклоном, соответствующем уклону территории трассирования, неразмывающие скорости воды не обеспечиваются как при максимальных, так и при минимальных уровнях воды в канале;

- при устройстве канала в земляном русле с бетонной облицовкой неразмывающие и незаиляющие скорости обеспечиваются при любых уровнях воды в канале.

Таким образом, в данном случае целесообразно строительство канала с бетонной облицовкой.

Превышение бровки канала над расчетным уровнем задается в соответствии с табл.11 Приложения 2 в зависимости от форсированного расхода в канале, h_бр=15 см.

6. Конструкция магистрального канала

Тип канала – открытый земляной канал трапецеидального сечения с монолитной бетонной облицовкой толщиной 6 см.

Грунты – пески мелкозернистые, коэффициент фильтрации 3 м/сут. Ширина канала по дну – 1,0 м, ширина по урезу воды – 3,6 м, ширина по бровке – 7,2 м. Проектная глубина канала 0,65 м. Высота бровки над расчетным уровнем воды - 0,15 м. Заложение откосов канала 1:2. Расчетный расход воды в канале 0,98 м³/с, расчетная скорость воды 0,74 м/с. Форсированный расход воды 1,17 м³/с.

На рис.3.4 представлено сечение канала рекомендуемой конструкции.

Рис.3.4. Сечение магистрального оросительного канала