1.4 Трассирование канала
Трассу канала в зависимости от его назначения выбирают в результате проведения топографических, инженерно-геологических и гидрологических изысканий; она должна быть рентабельной (экономически выгодной). При выборе трассы необходимо обратить внимание на уклон дна канала (iдна), поскольку слишком малые уклоны могут значительно увеличить его поперечное сечение и повысить его стоимость.
Трасса склона на повороте должна иметь радиус закругления, м:
- для оросительных и осушительных каналов:
- для энергетических:
- для судоходных:
B – ширина канала по урезу воды при нормальном расходе, м
ω – площадь живого сечения потока, м2
Lc – длина максимального расчетного судна, м
Трасса не должна проходить по участкам с оползневыми явлениями или по склонам, на которых возможна возникновение оползней в результате фильтрации воды из канала.
1.5 Фильтрационные расчеты канала
Недостатком водопроводящих каналов является значительная потеря воды (через дно и откосы), которая зависит от фильтрационных свойств грунта и условий прохождения (выемка или насыпь). Потери до 50% от расхода воды увеличивают стоимость сооружения.
Рисунок 9 – Фильтрация воды из канала
Фильтрационный расход можно определить по формуле:
kф – коэффициент фильтрации грунта, м/с
B – ширина канала по верху, м
b – ширина канала по дну, м
А – функция формы поперечного сечения канала (отношение заложения откоса, m)
L – длина канала, м
h – глубина воды в канале, м
при b/h > 4, А – табличный коэффициент, зависит от b/h (находиться по таблице 3)
Таблица 3 – Значение коэффициента А
h, м |
Значения А при b/h |
|||||
5 |
6 |
7 |
10 |
15 |
20 |
|
1 |
3,0 |
3,2 |
3,4 |
3,7 |
4,0 |
4,2 |
1,5 |
2,5 |
2,7 |
3,0 |
3,2 |
3,6 |
3,9 |
2,0 |
2,1 |
2,3 |
2,7 |
2,9 |
3,3 |
3,6 |
Формула применима для случая, когда на фильтрацию воды из канала не влияет водоносный горизонт (смотри рисунок 9).
Фильтрационные расчеты каналов заключаются в определении фильтрационных потерь воды из каналов и выполняются в соответствии со СНиП 2.06.03-85.
Для каналов в земляном русле при установившейся свободной фильтрации Qф на 1 км длины определяются по формулам:
,
при b/h0
<
4
,
при b/h0
>
4
где
kф – коэффициент фильтрации, м/сутки
В – ширина по урезу воды, м
μ и А коэффициенты из таблицы 4 и 5
Таблица 4 – Значение коэффициента μ
-
h0, м
Значения μ при b/h0
b/h0=2
b/h0=3
b/h0=4
1,0
0,98
1,0
1,14
1,5
0,78
0,98
1,04
2,0
0,62
0,82
0,94
Таблица 5 – Значения коэффициента А
-
h0, м
Значения А при b/h0
b/h0=5
b/h0=6
b/h0=7
b/h0=10
b/h0=15
b/h0=20
1,0
3,0
3,2
3,4
3,7
4,0
4,2
1,5
2,5
2,7
3,0
3,2
3,6
3,9
2,0
2,1
2,3
2,7
2,9
3,3
3,6
Рисунок 10 – Фильтрация воды из канала с облицовкой
Для каналов с облицовкой одинаковой толщины на дне и откосах при установившейся свободной фильтрации расчет выполняют по формуле:
,
где kэ – коэффициент фильтрации экрана, м/сут
tэ – толщина экрана, м
Коэффициент фильтрации kэ для некоторых видов облицовок:
сборные и ж/б плиты: kэ = 0,0007 – 0,0003 м/сут
асфальтобетон: kэ = 0,0004 – 0,0002 м/сут
грунтово-полимерные пленки: kэ = 0,00035 – 0,00025 м/сут
Пример расчета фильтрационных потерь в канале.
Дано: Q0 = 5 м3/с, b = 3 м, m = 1,5, n = 0,025 h0 = 1,3 м,
i = 0,00049, kф = 0,034 м/сут
Решение: канал в земляном русле без облицовки.
Так
как
, то используя формулу
μ = 0,85 (находится интерполяцией по таблице 4), определяем потери воды на фильтрацию.
При влиянии водоносного горизонта (при конечном положении уровня грунтовых вод – Т, м) величину фильтрационного расхода воды (м3/с), вычисляют по формуле:
где H – разность отметок уровня воды в канале и уровня фильтрационного потока
K и Ki – эллиптические интегралы первого рода, т. е.
Рисунок 11 – Фильтрационный поток с конечным водоупором
Теоретические формулы не позволяют точно определить фильтрационные потери, так как коэффициенты фильтрации на основании данных инженерно-геологических изысканий не могут быть точными по всей длине канала.
В облицованных каналах потеря воды на фильтрацию определяют по формуле:
где α – коэффициент, рекомендуемый техническими условиями
α = 0,13 – для бетона; α = 0,34 – для цемента.
qф - фильтрационные потери в канале без облицовки.