2. Оросительные мелиорации

Оросительные мелиорации применяются на сельскохозяйственных землях, где наблюдается постоянный или периодический недоста­ток влаги для развития культурных растений. Помимо этого оро­шение влияет на температурный режим почв, несколько их осту­жая; на баланс питательных веществ и гумуса в почве, так как уси­ливает промываемость почвенного слоя; на воздушный режим почв.

Орошение земель осуществляют при помощи оросительных систем - комплекса взаимосвязанных сооружений, зданий и устройств, предназначенных для забора воды из источника, транспортирования ее до орошаемого массива, распределения по поливным участкам, полива земель, а также отвода с орошаемого массива дренажных, сбросных и грунтовых вод.

В практической работе №3 выполняется проектирование магистрального канала оросительной системы.

Практическая работа №3 проектирование магистрального канала оросительной системы

В состав оросительной системы входят: орошаемая площадь, водохранилище, гидротехнические (водозаборные, водомерные, вододелительные, сопрягающие), рыбозащитные и рыбопропускные сооружения, отстойники, насосные станции, оросительная сеть, водосборно-сбросная и дренажная сети, поливная и дождевальная техника, средства управления и автоматизации, средства контроля за мелиоративным состоянием земель, объекты энергоснабжения и связи, жилые здания эксплуатационной службы, дороги, зеленые лесные насаждения.

При конструировании оросительной сети определяют высотное положение элементов по отношению к поверхности земли, форму поперечного сечения каналов, наличие и материал покрытия, экрана, материала труб.

Размеры конструктивных элементов оросительной сети, скорости, напоры, уклоны определяют из условий обеспечения требуемой пропускной способности, командования на всех водовыпусках, устойчивости и надежности, соответствия параметрам строительных машин и механизмов.

Выполняемая практическая работа является только частью общего расчета для технико-экономического обоснования выбора конструкции магистрального канала, так как для принятия решения необходимо знать полную сметную стоимость работ по устройству различных конструкций, а также ограничения по забору воды из источника в маловодные годы.

Цель практической работы – рассчитать потери воды при транспортировке ее от водозабора до оросительной сети для определения целесообразности устройства противофильтрационных конструкций оросительного канала. В случае если потери воды окажутся достаточно большими, потребуется больший объем земляных работ для устройства канала в земляном русле, также может возникнуть дефицит поставки воды потребителям в маловодные годы.

Порядок выполнения практической работы

1. Определение расхода воды для полива участка Q_нт по графику гидромодуля для орошаемого участка

Для проведения соответствующих расчетов необходимо определить расходы воды, подаваемой в каждый элемент оросительной сети, которые называют расходами брутто Q_бр. расходы брутто учитывают потребности орошаемых культур в воде (расходы нетто Q_нт) так и потери воды в процессе подачи ее по сети Q_пот.

Q_бр= Q_нт + Q_пот.

Основой для определения расхода нетто оросительной сети при поверхностном способе полива является график гидромодуля, построенный в результате разработки режима орошения сельскохозяйственных культур (рис.3.1).

Рис.3.1. Пример укомплектованного графика гидромодуля.

По максимальной и минимальной ординате графика гидромодуля находят максимальный и минимальный расходы воды, требующиеся для орошения участка, для которого составлен график гидромодуля.

где q_max и q_min – максимальная и минимальная ординаты графика гидромодуля, м³/с;

F_нт – площадь нетто орошаемого участка, м².

2. Определение потерь расхода воды при поливе по бороздам

Сельскохозяйственные культуры и другие зеленые насаждения поливают следующими способами: поверхностным самотечным, дождеванием, внутрипочвенным, подпочвенным, капельным. При поверхностном способе полива вода рас­пределяется по поверхности земли - бороздам, полосам, чекам и поступает к корням растений путем гравитационного и капилляр­ного впитывания. Этот способ можно применять на территориях со спокойным рельефом, уклонами 0,0005...0,01, достаточной мощностью почв.

В практической работе принимается оросительная система с поливом по бороздам. Для орошения участка общей площадью F га способом полива по бороздам запроектирована оросительная сеть, в состав которой входят постоянные и временные оросители, выводные, поливные борозды.

Требуется рассчитать сечение магистрального канала длиной l км, уклоном 0,0005, транспортирующего воду от водозабора до распределительных водопроводящих каналов для двух вариантов его конструкции: в земляном русле и с железобетонной облицовкой толщиной 6 см.

Результатом работы будет выбор наиболее целесообразной конструкции магистрального оросительного канала.

При поливе по бороздам потери воды при поливе на испарение, инфильтрацию и поверхностный сброс принимается в соответствии с табл. 10 Приложения 2.

Для магистральных каналов потери воды на испарение и эксплуатационные утечки лежат в пределах точности определения потерь и при расчетах обычно не учитываются. Фильтрационные потери в магистральных каналах рассчитываются в зависимости от их конструкции по различным формулам.

3. Определение КПД оросительной сети (без магистрального канала).

Потери оросительной воды снижают эффективность использования водных ресурсов. Полезное использование воды оценивают коэффициентом полезного действия оросительной сети (КПД):

η=Q_нт/Q_бр.

В Q_бр должны быть учтены потери воды во всех одновременно действующих элементах сети. Для отдельных элементов сети КПД составляет: для временных оросителей – 0,95÷0,96; для выводных борозд и передвижных трубопроводов - 1,00; для младших внутрихозяйственных каналов в бетонированном русле – 0,97÷0,98; в земляном русле – 0,9÷0,92; для лотковых каналов – 0,98÷0,99. Для оросительной сети из элементов разного порядка КПД равен произведению КПД составляющих элементов.

Максимальный расход воды, на который нужно проектировать головное водозаборное сооружение и головной участок магистрального канала:

где n – число орошаемых участков оросительной системы; i – их номера; q_i^max – максимальная ордината укомплектованного графика гидромодуля каждого участка; F_i^нт – площади участков; η_i КПД сети.

4. Расчет конструкции магистрального канала:

а) в земляном русле;

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

Расчет элементов магистрального канала ведется в соответствии со СНиП 2.06.03-85 «Мелиоративные системы си сооружения».

Трассу каналов необходимо принимать с учетом рельефа, инженерно-геологических и гидрогеологических условий, требований рациональной организации сельскохозяйственного производства. Форму поперечного сечения каналов в земляном русле выбирают из условия устойчивости русла, экономичности сечения, возможности механизированного строительства и ремонта.

Каналы в земляном русле имеют наименьшую стоимость строительства, но их недостатки – неустойчивость русла, размывы дна и откосов, большие потери воды на фильтрацию в грунт. Поэтому применяют защитные покрытия (облицовки, одежды) и экраны (экран – слой непроницаемого материала, уложенный по периметру сечения под небольшим слоем грунта, защищающего экран). Крепление русла позволяет увеличить скорость течения воды и уменьшить площадь поперечного сечения канала; сделать откосы круче, уменьшить ширину канала поверху. Для покрытий каналов чаще всего используют монолитный и сборный бетон и железобетон, синтетические пленки, реже – асфальт, асфальтобетон, битум, глинистые грунты, каменную наброску и мощение и пр. Для экранов применяют глинистые грунты; синтетические пленки, асфальтовые и глинистые материалы. Применение защитных покрытий значительно уменьшает потери на фильтрацию, возможность полезного использования большего объема воды, отбираемой на орошение. Вместе с тем, их устройство требует дополнительных единовременных капиталовложений. В соответствии со СНиП 2.06.03-85 допускается устройство каналов без противофильтрационных покрытий при обеспечении КПД магистрального канала не менее 0,90.

Расчет магистральных каналов, их ветвей, распределителей различных порядков следует выполнять:

- для определения гидравлических элементов каналов — на максимальный расход;

- для определения превышения дамб и берм над уровнем воды в каналах и проверки их на неразмываемость - на форсированный расход;

- для проверки уровней воды, обеспечивающих водозабор из каналов, определения местоположения водоподпорных сооружений и проверки каналов на незаиляемость - на минимальный расход.

Максимальный расход воды должен определяться по максимальной ординате графика водоподачи.

Форсированный расход принимается, в соответствии со СНиП 2.06.03-85, в зависимости от величины максимального расхода по табл.11 Приложения 2.

Превышение гребней дамб должно определяться в соответствии со СНиП 2.06.03-85 (Таблица 12 Приложения 2).

При глубине каналов до 5 м заложение откосов выбирается в соответствии с табл.13 Приложения 2

Отношение ширины по дну каналов трапецеидальной формы к глубине их наполнения  следует принимать в зависимости от коэффициента заложения откосов m по табл.14 Приложения 2.

Средние скорости воды в канале должны быть в пределах:

,

где V_m — средняя скорость воды в канале, м/с;

V₁ — допускаемая незаиляющая скорость воды, м/с;

V₂ — допускаемая неразмывающая скорость воды. м/с.

Допускаемые неразмывающие скорости для каналов в земляном русле при расходах до 50 м³/с следует принимать в соответствии с табл.15 и табл.16 Приложения 2.

Допускаемые средние скорости для каналов с монолитными бетонными, сборными железобетонными и асфальтобетонными облицовками следует принимать по табл. 17 Приложения 2.

Проверка незаиляемости канала должна осуществляться по незаиляющей скорости воды в канале. Величину незаиляющей скорости V₁ м/с, необходимо вычислять по формуле

V₁ = 0,3 R^0,25,м³ /с;

где R — гидравлический радиус канала, м.

Расчет фильтрационных потерь из каналов непрерывного действия в земляном русле при установившейся свободной фильтрации следует выполнять по следующим зависимостям:

для каналов трапецеидальной формы при

Q_f = 0,0116 k_f (B + 2h);

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

k_f — 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;

 — коэффициент, определяемый по табл. 18 Приложения 2.

Расчет фильтрационных потерь из облицованного канала, м³/с на 1 км, при облицовке одинаковой толщины на дне и откосах при установившейся свободной фильтрации рекомендуется выполнять 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 (с учетом фильтрации через швы) следует принимать по табл. 19 Приложения 2.

4. Вывод о целесообразности применения противофильтрационного покрытия в данном случае.

Для обоснования применения креплений и различных противофильтрационных покрытий откосов каналов после расчета конструкций с покрытием и без него нужно определить КПД магистрального канала для двух вариантов. Затем на основании технико-экономического сравнения различных вариантов выбирается конструкция канала.

6. Начертить рекомендуемое сечение канала.