Проектирование осушительной системы

Проектирование осушительной системы 

Курсовая работа по  гидромелиорации студента Осокина Евгения

Санкт-Петербургский  Государственный  Технический  Университет

Санкт-Петербург  1999

Введение.

В данной курсовой работе запроектирована осушительная сеть для ускорения поверхностного стока.

Исходные данные.

Осушаемая площадь, с которой приходит поверхностный сток, F=190 га. Верхний слой грунта – супесь, мощностью 0,8 м, с коэффициентом фильтрации кф=0,4 м/сут, второй слой грунта – песок, мощностью 3,3 м, с коэффициентом фильтрации кф=0,6 м/сут.

Проводящая и оградительные части осушительной системы.

Проводящая часть осушительной системы состоит из закрытых коллекторов и открытых каналов. Оградительная сеть системы представлена нагорными каналами, служащих для перехвата поверхностных вод с прилегающей территории.

Закрытые коллекторы.

Для рассчитываемой сети принимаем гончарные трубы. Скорость потока в закрытом коллекторе находится в пределах 0,3-1,5 м/с, минимально допустимый уклон коллектора i=0,002. 

Закрытые коллектора оборудованы смотровыми колодцами, служащих для наблюдения за работой коллекторов и играющих роль отстойников. Места установки смотровых колодцев – при смене уклона коллектора, при повороте больше, чем на 60, при соединении двух коллекторов и через каждые 500-600 м.

Открытые каналы.

Каналы имеют трапецеидальное сечение. Ширина канала по дну 0,5 м, минимальный уклон i=0,003. Для каналов с большими уклонами и скоростями течения характерен тазмыв русла, в связи с этим производится укрепление дна канала и откосов. Для защиты откосов производится их одерновка, что обеспечивает их устойчивость и долговечность. Для защиты каналов от заиления в засушливые периоды необходимо очищать каналы от наносов и заиления.

Дренаж.

Используются закрытые дренажи по возожности равномерно распределенные по всей территории. Для осушения используется продольное и поперечное расположение дрен в плане. Дрены впадают в закрытые коллекторы. Дренаж выполнен из гончарных труб с внутренним диаметром 100 мм и длиной 333+5 мм. Приток воды осуществляется в щели между трубками. Глубина заложения дрен в=1,1 м, междренное расстояние В=10 м. Дрены расположены в нижнем слое грунта  и являются несовершенными, т.к. находятся выше водоупора. Для защиты дренажа от поступления в него вместе с водой частиц грунта используются рулонные фильтры.

Определение глубины заложения дрен и междренного расстояния.

При назначении глубины заложения дрены “в” учитывается, что в>hпромерзания, в>тах нормы осушения, т.е. дренаж должен поддерживать норму осушения.

Для нашего случая в=1,1 м.

Определим среднесуточную приточность воды в дрену при атмосферном типе осадков:

qp%=(P-E)p% +,

где (Р-Е)р% - среднесуточная интенсивность превышения осадков над испарением,

(Р-Е)р%=10 мм/сут – для весеннего периода,

(Р-Е)р%=17 мм/сут – для летнего периода,

 - коэффициент поглощения почвой атмосферных осадков, для песка =0,9,

 - составляющая водного балланса, учитывающий влагозаносы в осушаемом грунте и уровень грунтовых вод на начало периода осушения,

=0 – для летнего периода,

 - для весеннего периода,

где а’=0,6 м,

=0,056кф1/2а’1/3 – коэффициент водоотдачи,

t=5 сут – период осушения,

 .

       Следовательно, среднесуточная приточность воды в дрену

для лета: qp%= 0,017*0,9 + 0 = 0,0153 м/сут = 15,3 мм/сут,

для весны: qp%= 0,01*0,9 + 0,0044 = 0,0134 м/сут = 13,4 мм/сут 

Для определения междренных расстояний, воспользуемся следующими формулами:



 



  - расстояние между дренами,

где  - коэффициент висячести дрены.

       Для летнего периода:



а = 0,8 м

Нd=1,1-0,6*0,8=0,63 м

с=0,4 м

м



Задаемся значением В=11 м:



м

Для весеннего периода:

а'=0,6 м

Нd=1,1-0,6*0,6=0,74 м

с=0,4 м

м

Задаемся значением В=13 м:



м

       

Окончательно принимаем междренное расстояние В=11 м



Гидравлический расчет закрытого коллектора.



Расчетный расход закрытого коллектора определяется по формуле:

Q=qF,

где q=0,008 м/сут – для песка,

F – площадь водосброса.

Предварительно определяется глубина заложения конца дрен. Для этого составляется ведомость дрен, впадающих в закрытый коллектор (табл. 1).

 №

L

ПЗ

Iзем

iдр

в

Др





Нз

Кз





Н

К

Дрн

Дрк

1

200

65,70

66,27

0,003081

0,0030

1,1

1,1

64,60

65,17

2

200

65,72

66,29

0,003096

0,0030

1,1

1,1

64,62

65,19

3

200

65,75

66,32

0,003057

0,0030

1,1

1,1

64,65

65,22

4

200

65,78

66,34

0,003017

0,0030

1,1

1,1

64,68

65,24

5

200

65,81

66,36

0,002978

0,0029

1,1

1,1

64,71

65,26

6

200

65,84

66,38

0,002939

0,0029

1,1

1,1

64,74

65,28

7

200

65,87

66,41

0,002899

0,0028

1,1

1,1

64,77

65,31

8

200

65,90

66,43

0,002860

0,0028

1,1

1,1

64,80

65,33

9

200

65,93

66,45

0,002821

0,0028

1,1

1,1

64,83

65,35

10

200

65,96

66,47

0,002781

0,0027

1,1

1,1

64,86

65,37

11

200

66,00

66,50

0,002703

0,0027

1,1

1,1

64,90

65,40

12

200

66,04

66,54

0,002735

0,0027

1,1

1,1

64,94

65,44

13

200

66,07

66,58

0,002767

0,0027

1,1

1,1

64,97

65,48

14

200

66,11

66,63

0,002799

0,0027

1,1

1,1

65,01

65,53

15

200

66,14

66,67

0,002831

0,0028

1,1

1,1

65,04

65,57

16

200

66,18

66,71

0,002864

0,0028

1,1

1,1

65,08

65,61

17

200

66,21

66,75

0,002896

0,0028

1,1

1,1

65,11

65,65

18

200

66,25

66,77

0,002811

0,0028

1,1

1,1

65,15

65,67

19

200

66,29

66,82

0,002863

0,0028

1,1

1,1

65,19

65,72

20

200

66,32

66,86

0,002916

0,0029

1,1

1,1

65,22

65,76

21

200

66,36

66,91

0,002969

0,0029

1,1

1,1

65,26

65,81

22

200

66,39

66,95

0,003021

0,0030

1,1

1,1

65,29

65,85

23

200

66,43

66,98

0,002981

0,0029

1,1

1,1

65,33

65,88

24

200

66,46

67,02

0,003013

0,0030

1,1

1,1

65,36

65,92

25

200

66,50

67,06

0,003045

0,0030

1,1

1,1

65,40

65,96

26

200

66,54

67,11

0,003045

0,0030

1,1

1,1

65,44

66,01

27

200

66,58

67,15

0,003045

0,0030

1,1

1,1

65,48

66,05

28

200

66,63

67,19

0,003045

0,0030

1,1

1,1

65,53

66,09

29

200

66,67

67,23

0,003045

0,0030

1,1

1,1

65,57

66,13

30

200

66,72

67,27

0,002994

0,0029

1,1

1,1

65,62

66,17

31

200

66,78

67,32

0,002907

0,0029

1,1

1,1

65,68

66,22

32

200

66,84

67,36

0,002819

0,0028

1,1

1,1

65,74

66,26

33

200

66,90

67,41

0,002732

0,0027

1,1

1,1

65,80

66,31

34

200

66,95

67,45

0,002699

0,0026

1,1

1,1

65,85

66,35

35

200

67,05

67,50

0,002532

0,0025

1,1

1,1

65,95

66,40

36

200

67,08

67,54

0,002489

0,0025

1,1

1,1

65,98

66,44

37

200

67,11

67,59

0,002557

0,0025

1,1

1,1

66,01

66,49

38

200

67,15

67,63

0,002626

0,0026

1,1

1,1

66,05

66,53

39

200

67,18

67,69

0,002745

0,0027

1,1

1,1

66,08

66,59

40

200

67,21

67,72

0,002766

0,0027

1,1

1,1

66,11

66,62

41

200

67,25

67,77

0,002796

0,0027

1,1

1,1

66,15

66,67

42

200

67,29

67,81

0,002825

0,0028

1,1

1,1

66,19

66,71

43

200

67,33

67,86

0,002855

0,0028

1,1

1,1

66,23

66,76

44

200

67,38

67,91

0,002885

0,0028

1,1

1,1

66,28

66,81

45

200

67,42

67,96

0,002914

0,0029

1,1

1,1

66,32

66,86

46

200

67,46

68,02

0,003036

0,0030

1,1

1,1

66,36

66,92

47

200

67,50

68,06

0,003048

0,0030

1,1

1,1

66,40

66,96

48

200

67,55

68,11

0,003015

0,0030

1,1

1,1

66,45

67,01

49

200

67,60

68,15

0,002982

0,0029

1,1

1,1

66,50

67,05

50

200

67,65

68,20

0,002948

0,0029

1,1

1,1

66,55

67,10

51

200

67,70

68,24

0,002915

0,0029

1,1

1,1

66,60

67,14

52

200

67,75

68,27

0,002811

0,0028

1,1

1,1

66,65

67,17

53

200

67,80

68,31

0,002755

0,0027

1,1

1,1

66,70

67,21

54

200

67,85

68,35

0,002699

0,0026

1,1

1,1

66,75

67,25

55

200

67,90

68,39

0,002644

0,0026

1,1

1,1

66,80

67,29

56

200

67,95

68,43

0,002588

0,0025

1,1

1,1

66,85

67,33

57

200

68,00

68,47

0,002532

0,0025

1,1

1,1

66,90

67,37

58

200

68,03

68,50

0,002523

0,0025

1,1

1,1

66,93

67,40

59

200

68,07

68,53

0,002511

0,0025

1,1

1,1

66,97

67,43

60

200

68,10

68,56

0,002500

0,0025

1,1

1,1

67,00

67,46

61

200

68,13

68,59

0,002514

0,0025

1,1

1,1

67,03

67,49

62

200

68,17

68,63

0,002518

0,0025

1,1

1,1

67,07

67,53

63

200

68,20

68,66

0,002540

0,0025

1,1

1,1

67,10

67,56

64

200

68,23

68,69

0,002584

0,0025

1,1

1,1

67,13

67,59

65

200

68,27

68,72

0,002551

0,0025

1,1

1,1

67,17

67,62

66

160

68,30

68,70

0,002774

0,0027

1,1

1,1

67,20

67,60

67

135

68,33

68,67

0,002870

0,0028

1,1

1,1

67,23

67,57

68

100

68,35

68,65

0,003490

0,0034

1,1

1,1

67,25

67,55

69

68

68,38

68,60

0,004130

0,0041

1,1

1,1

67,28

67,50

70

35

68,41

68,75

0,017056

0,0170

1,1

1,1

67,31

67,65

       По результатам таблицы на рисунке 1 наносим отметки начала дрен. Выделяем два расчетных участка закрытого коллектора.

Q1=0,008*78900 = 631,2 м3/сут = 631,2/86400=0,0073 м3/с

Q2=0,008*78950 + Q1=631,6 м3/сут+631,2 м3/сут =6316,7/86400+0,0073 =0,0146 м3/с

       Диаметр труб расчитывается по формуле Шези (полное сечение, безнапорный режим):

,

где Q – расчетный расход,

 - площадь живого сечения,

i – проектный уклон коллектора,

R – гидравлический радиус,

с – коэффициент Шези.

;  ; =2r=d ;   ;  ,

где п=0,016 – коэффициент шероховатости для гончарных труб.

       Выражаем из формулы Шези диаметр:







       Назначаем следующие стандартные значения: d1=100 мм  и d2=125 мм

      Скорость в коллекторе не должна превосходить 1,5 м/с (условия обеспечения устойчивости) и должна быть более 0,3 м/с (условие обеспечения незаиления).

  м/с

 м/с

       Cкорости воды в закрытом коллекторе на рассматриваемом участке соответствуют требованиям. Окончательно принимаю диаметр коллектора равный : d1=100   и d2=125 мм

Гидравлический расчет открытого канала.

     Определяем расход открытого канала. В нашем случае рассматриваем четыре сечения. Расчет ведется для летнего и весеннего периодов. Для лета в большей степени рассматривается дренажный сток, для весны – поверхностный.

Qок=qдрFдр+qповFпов

   

Для лета:  Qок1-1=(79,5+27,1) 0,8+(60,4+21,2)*1=166,88=0,166 м3/с

Qок2-2=(12,68+0,63) 0,8+(4,23+1,35)*1+166,88=183,11=0,183 м3/с

Qок3-3=(17,98+2,97) 0,8+18,25*1+183,11=218,12=0,218 м3/с

Qок4-4=(15,55+1,08) 0,8+14,58*1+218,12=246,002=0,246 м3/с



Для весны:  Qок1-1=(60,4+21,2)*7=571,2=0,571 м3/с

Qок2-2=(4,23+1,35)*7+571,2=610,26=0,61 м3/с

Qок3-3=18,25*7+610,26=738,01=0,738 м3/с

Qок4-4=14,58*7+738,01=840,07=0,84 м3/с





       Определяем гидравлическую глубину h по формуле Шези методом подбора.

h





R

c

k

0,100

0,065

0,774

0,050

20,254

0,295

0,200

0,180

1,148

0,207

25,631

2,098

0,300

0,345

1,522

0,525

29,942

7,487

0,400

0,560

1,897

1,062

33,670

19,432

0,500

0,825

2,271

1,873

37,010

41,792

0,600

1,140

2,645

3,015

40,065

79,312

0,700

1,505

3,019

4,544

42,899

137,625

0,800

1,920

3,393

6,515

45,555

223,253

0,900

2,385

3,767

8,985

48,062

343,606

1,000

2,900

4,142

12,011

50,444

506,981

       

По результатам таблицы строим график к=f(h).



        С помощью формулы Шези и графика к=f(h), определяем глубину, отвечающую летнему и весеннему расходу.

       Модуль расхода определяется по формуле:  

,

где i – уклон канала, i=0,003 – для сечения 1-1, 2-2; i=0,0033 для сечения 3-3; i=0,003 – для сечения 4-4.

Зная модули расхода по графику определяем глубину h:

Для летнего периода:

                                  h=0,22 м

                                  h=0,23 м

                                 h=0,25 м



Для весеннего периода:

                                  h=0,33 м   

                                   h=0,34 м

                                   h=0,36 м 



 Проверка по скоростям в канале.

       Скорость в канале должна быть больше заиляющей Vзаил=0,3м/с и меньше размывающей Vразм=0,6 м/с.

Для лета:



м/с

м/с

Для весны: 



м/с

м/с



Как видно из расчёта во всех случаях из-за больших расходов скорости в канале намного превышают размывающую.  Необходимо уменьшить уклоны канала.



i=0,00009 – для сечения 1-1, 2-2; i=0,00006 для сечения 3-3, 4-4.

Зная модули расхода по графику определяем глубину h:

Для летнего периода:

                                  h=0,39 м        w=0.536

                                  h=0,40 м        w=0.56

                                 h=0,45 м         w=0.686

                                  h=0,47 м        w=0.713



Для весеннего периода:

                                  h=0,56 м        w= 1.01

                                   h=0,565 м       w=1.024

                                   h=0,631 м     w=1.25

                                   h=0,655 м      w=1.35

 Проверка по скоростям в канале.

       Скорость в канале должна быть больше заиляющей Vзаил=0,3м/с и меньше размывающей Vразм=0,6 м/с.

Для лета:



м/с

м/с



Для весны: 



м/с

м/с



Как видно из расчёта во всех случаях cкорость в канале больше заиляющей Vзаил=0,3м/с и менше размывающей Vразм=0,6 м/с.

Проверка выполнена!