Гидравлический расчет каналов

Введение

В процессе проектирования оросительных систем весьма ответственным моментом является правильное установление поливных режимов сельскохозяйственных культур. Оптимальный водно – воздушный режим орошаемых почв обеспечивает получение высоких урожаев, что ускоряет окупаемость затрат на мелиоративное строительство.

Недостаток влаги или несвоевременная ее подача на поля ведет к угнетению растений и снижению их продуктивности. Избыток оросительной воды также вреден для выращиваемых культур. Кроме того, он неизбежно приводит к увеличению пропускной способности каналов и трубопроводов, вследствие чего повышается стоимость строительства оросительной системы.

Расчетные расходы и потери воды в каналах

По всем каналам оросительной сети, кроме участковых распределителей, вода в течение вегетационного периода подается постоянно, но расходы ее изменяются во времени. По длине канала расходы воды уменьшаются, поскольку она распределяется между младшими каналами и теряется на фильтрацию. Расход в конце канала или его участка принято называть расходами нетто , а в голове - расходом брутто , который равен:

,

где  - сумма потерь воды на фильтрацию и испарение.

При проектировании постоянных оросительных каналов непрерывного действия устанавливаю следующие расчетные расходы: нормальный , минимальный , и форсированный . Основной расчетный расход - нормальный по нему определяю все гидравлические параметры канала. По форсированному расходу нахожу отметки верха дамб или берм, а также проверяю канал на неразмываемость. По минимальному расходу устанавливаю место подпорных сооружений и веду проверку канала на заиляемость. Внутрихозяйственные распределители и участковые каналы, работающие периодически, рассчитываю только на нормальный и минимальный расходы. Расчетные расходы нетто каналов определяю в соответствии с ординатой графика оросительного гидромодуля q и площадью орошения нетто .

,

,

где и - соответственно максимальное и минимальное значения оросительного гидромодуля для данной площади орошения нетто - :

л/(с·га),

л/(с·га),

га,

л/с=0,235м³/с,

л/с=0,092м³/с.

При неизвестных параметрах канала потери воды на фильтрацию нахожу по зависимости А. И. Костякова:

где l - длина канала или его участка, км;

 - потери воды на 1 км длины канала в процентах от .

Величину σ устанавливаю по эмпирической формуле:

,

где - расход воды в канале (нетто), м³/с.

Параметры Aи m, зависящие от водопроницаемости грунтов
принимаем по таблице 1 методических указаний.

А = 1,9

т = 0,4

l= 2,3 км

,

,

,

м³/с,

 м³/с,

 м³/с,

После установления нормальных и минимальных расходов брутто,

находим форсированные расходы

 м³/с,

где - коэффициент форсировки

Согласно СНиП 2.06.03-85 при  м³/с; К_форс=1,2;

 м³/с,

Коэффициент полезного действия каналов

Коэффициент полезного действия (КПД) каналов определяем по отношению нормальных расходов нетто к брутто:

Вывод: Так как значение КПД равно 0,93 мероприятия по борьбе с потерями воды на фильтрацию из оросительных каналов в проекте предусматривать не нужно.

Гидравлический расчет каналов

 Гидравлические расчеты проводим с целью установления параметров канала на отдельных участках и фактических скоростей движения воды в них при максимальных и минимальных расходах. Известными величинами при таких расчетах являются:

 м³/с,  м³/с,  м³/с,

Коэффициент заложения откосов ти коэффициент шероховатости русла n находим по таблице 2 и приложению Б1 методических указаний

m = 1,5 ; n = 0,0250

Уклон дна канала i принимается равным уклону линии горизонта воды в нем при ,которая вычерчивается на продольном профиле с учетом необходимой высоты командования.

Врезультате гидравлических расчетов следует установить ширину канала по дну b, глубину его наполнения h при , и и фактические скорости течения воды при максимальных и минимальных расходах.

 Выполняем гидравлический расчет трапецеидальных каналов по методу И. И. Агроскина:

1. Находим предварительную глубину наполнения канала при по С. А. Гиршкану:

,

где А - параметр, зависящий от характера грунта (А = 0,70-1,00).

Принимаем А = 0,7, тогда

м.

2. Определяем вспомогательную функцию :

,

где  - гидравлический наивыгоднейший радиус;

,

,

.

3. Зная функцию и n, по приложению Б методических указаний устанавливаем :

.

4. Вычисляем отношение  и по приложению Б методических указаний при соответствующей величине m=1,5 находим отношение

.

5. Зная и отношения вычисляемbи округляем её до стандартной

,

,

м.

6. По округленному значению b уточняем, используя отношение и приложение Б.

,

 следовательно м.

7. Определяю вспомогательные функции для форсированного и минимального расходов:

,

R_гн=0,30

м,

R_гн=0,20

м.

8. По найденным функциям и коэффициенту шероховатости п = 0,0250 находим по таблицеБ2 значения для и

,

.

9. По отношению и таблице БЗ определяем отношения для форсированного и минимальных расходов, а затем вычисляем и зная соответствующие

м,

м,

м.

10. Находим живое сечение ω канала при и  по формуле:

где h - глубина наполнения канала, м;

b - ширина канала по дну, м;

м²,

м².

11. Устанавливаем фактические скорости V течения воды в канале при максимальных и минимальных расходах по формуле:

м²,

м/с,V_нр=0,8 м/с

м/с.

12. Проверяем канал на неразмываемость и заиляемость и сравниваем их с допускаемыми скоростями на размыв и заиление. При этом должно соблюдаться условие .

Вывод: Канал не будет размываться и заилятся.

м/с

4Расчет временной оросительной сети

Для составления схемы оросительной сети на поливном участке необходимо рассчитать количество и длину временных оросителей и выводных борозд, найти расстояние между ними и увязать эти показатели с размером поля, а расходы временной сети - с расходом участкового канала. Временную сеть можно проектировать по продольной или поперечной схеме в зависимости от конкретных условий.

Данные для расчета:

га (площадь поля);

m=920 м³/га (поливная норма);

л/с (расход нетто участкового оросителя).

Определяем продолжительность полива t_n всего поля по формуле:

,

Подставив в выражение числовые значения, получаем:

суток.

    По t_n устанавливаем площадь, обслуживаемую одним временным оросителем, используя зависимость

,

где 𝜂- КПД временного оросителя 𝜂= 0,97;

 - расход нетто временного оросителя.

Чтобы определить количество временных оросителей, необходимо увязать длину поливных борозд с размерами поля.

Принимаем м.

По длине поля 1100×400 принято 3 временных оросителя.

Тогда

 л/с;

га.

Уточняем расстояние между временными оросителями:

,

м.

Уточняем общее число временных оросителей:

.

Еще раз уточняем расстояние между оросителями:

м.

Число поливных борозд:

шт,

где 0,6 – стандартное расстояние между поливными бороздами.

Длина участкового оросителя 1100-367=733 м.

5 Коэффициент земельного использования оросительной сети (КЗИ)

,

где F_нт - площадь орошения земли, нетто (Га);

,

где F_отч - площадь, занятая каналами, дорогами, поселками, лесополосами.

,

,

где l_к - длина каналов;

В- ширина канала по верху вместе с дамбами;

,

где a - ширина канала поверху;

d - дамба, d = 1,5 м.

м;

м;

м;

,м²=3,02 га;

га,

где D – количество домов, D=18 домов;

F_ус – площадь земли, занятая одной усадьбой, F_ус=0,5 га.

м²=7,04 га,

где  - ширина лесополосы, В_лес=10 м;

 - длина лесополосы, l_лес=7040 м.

м²=10,26га,

где  - ширина дорог, В_дор=7 м;

 - длина дорог, l_дор=146500 м;

тогда

га,

га,

.