Методы и способы осушения. Осушение участка закрытым дренажем

При выращивании  овощных культур приходится выполнять  большой объем работ с помощью  с/х машин, а из вышесказанного следует, что целесообразнее применять закрытую осушительную сеть. Уровень грунтовых вод на осушаемом участке лежит на глубине 0,3-0,6 м. Подтопление участка не сезонное, а постоянное, т.е. избыточное увлажнение происходит за счет грунтового питания, и поэтому применяем траншейный закрытый горизонтальный гончарный дренаж и нагорные канавы.

 

Рис.1 План осушаемого участка

 

 

 

6. Размещение на плане участка               осушительной системы

 

  Осушительная  система – комплекс инженерных  сооружений и устройств для улучшения водного режима переувлажненных земель.

В состав осушительной системы входят: осушаемая территория, ограждающая, регулирующая, транспортирующая или проводящая, дорожная сеть, водоприемник и различные гидротехнические сооружения.

 

Осушаемая территория предназначена для выращивания овощных культур. Ограждаем осушаемый участок двумя нагорно-ловчими каналами, идущими от точки А в обе стороны до речки Синички (рис. 1).

 

Нагорно-ловчими каналами перехватываем поверхностные воды, стекающие с вышележащего водосбора и часть грунтовых вод, отводя их в водоприемник.

Нагорно-ловчие каналы трассируем по повышенным границам осушаемой территории, создавая уклон  дна каналов не менее 0,0005-0,001 и  скорость течения воды не менее 0,5 м/с, так как при меньшей скорости мутная вода, поступающая в канал, быстро заиляет его, но скорость воды в канале должна быть не более величины размывающей.

Нагорно-ловчие каналы имеют глубину от 1,0 до 1,5 м, в поперечном разрезе представляют неравнобокую трапецию, у которой верховой откос делается более пологим (φ = 1,5-2,5) и одерновывается, а низовой откос равен естественному откосу данного грунта. Ширину канала по дну принимаем в = 0,4 м.

 

Регулирующая  сеть предназначена для отвода из корнеобитаемого слоя избыточных вод и поддержания в нем необходимого водно-воздушного режима.

В нашем случае регулирующая часть состоит из частой сети всасывающих дрен. Всасывающие  дрены представляют собой уложенные  встык в почве с определенным уклоном гончарные трубки из обожженной глины длиной 33 см каждая, d = 5 см (по ГОСТу 8411-74), которые отводят поступающую в них из почвы избыточную воду в коллектор.

Отступая от нагорно-ловчих канав 30-50 м с обеих  сторон участка, прокладываем к его  середине всасывающие дрены на расчетную  глубину. Они прокладываются под острым углом к горизонталям местности с уклоном i = 0,002-0,003, при этом длина их должна быть в пределах lq = 70-250 м, в среднем lq = 150 м.

 

Проводящая  сеть, или коллектор, предназначены для своевременного отвода в водоприемник избыточных вод, собираемых регулирующей сетью. Проводящая сеть представляет собой коллектор, состоящий из гончарных трубок диаметром от d = 10 см до d = 25 см, длиной 33 см каждая, соединенных встык в траншее, проложенной по дну тальвега. Закладываем коллектор на расчетную глубину (см. расчет ниже).

 

Водоприемник обеспечивает прием избыточной воды со всей осушаемой площади. Водоприемником для нашего осушаемого участка служит речка Синичка.

 

На  осушаемом участке предусмотрены только полевые дороги. Они расположены вдоль реки и нагорно-ловчих каналов. Такое расположение дорог позволит кратчайшим путем вывозить урожай с каждого поля.

Для проезда  через нагорно-ловчие каналы устраивают 3 деревянных моста грузоподъемностью  до 5 тонн (см. рис. 1).

Подземный дренаж портится редко, но исправление повреждений дорого, прежде всего потому, что трудно найти место повреждения. Для облегчения поисков предусматривают смотровые колодцы. Колодцы ставят в местах резких изломов направления коллектора, а на прямолинейных участках – на расстоянии 100-250 м один от другого. Эти же ремонтно-смотровые колодцы могут служить также песко- и илоуловителями. Для этого их закладывают на 40-50 см глубже дрены. В отдельных случаях, если уклон местности очень велик, смотровой колодец служит и перепадом по длине коллектора. Для этого надо отводящий конец коллектора поместить ниже подводящего на заданную длину перепада.

Наконец, смотровой  колодец служит и регулятором  уровня грунтовых вод. Для этого  в боковых стенках колодца  устраивают пазы, в которые вставляют шандорные доски, так чтобы уровень воды в колодце оказался на требуемой высоте. Благодаря этому поднимается уровень грунтовых вод в почве. Этот прием является разновидностью шлюзования и применяется при получении прогноза засухи.

В нашем случае всасывающие дрены на осушаемом участке имеют длину не более 200 м, следовательно, на регулирующей сети не нужно устраивать смотровые колодцы.

 

Расстояния	95	110	75	80	80		60	50
Отметки минерального грунта	70,50     69,90     69,25     69,00     68,60     68,20   68,10   68,00
Диаметр коллектора	10,0 100	12,5 80	15,0 110	17,5 145		20,0 115

Рис. 2 Продольный профиль коллектора

 

Рис. 3 Схема к расчету глубины  заложения дрен

 

 

7. Определение глубины закладки дрен

 

Глубина закладки дрен находится по следующей формуле:           

                    Н_q = Z + t + dq + h_ос   (м)   ,     где

Н_q – глубина закладки дрен, м;

Z – норма осушения, м;

t – напор воды над дреной, м;

dq – внешний диаметр дрен, м;

h_ос – величина осадка осушенного грунта, м.

 

Норму осушения (Z) для овощных культур берем из приложения 1.

               Z = 80 см = 0,8 м

Находим напор  воды над дреной:

                  tq  α   (м)   ,     где                    

Д – расстояние между дренами, м;

tq  α  - градиент депрессионной кривой (см. рис. 3).

Для осушения низинного торфа  и среднего суглинка берем ориентировочную  величину расстояния между дренами  из приложения 2.

                  Д = 16 м

Градиент депрессионной  кривой для суглинка берем из приложения 3.

                 tq  α = 0,05 ,

тогда напор над дреной будет равен:

                tq  α  = = 0,4  м  

 

Внутренний диаметр дрен dq = 5 см = 0,05 м. Учитывая толщину стенок дрены, принимаем внешний диаметр дрен

dq = 7 см = 0,07 м (толщина стенок трубы d = 5 см, принимаем t = 21,0 = 2 см = 0,02 м).

 

Величину осадки осушенного грунта (h_ос) находим по формуле:

                 h_ос =       (м) ,    где

h_ос – величина осадки грунта;     

β   - коэффициент осадки принимается по приложению 5;  

Z – норма осушения, м.

Судя по горизонталям на рис. 1 и разрезу на рис. 2, толщина  торфа колеблется от 50 см до 125 см, т.е. зона осушения в основном размещается  в торфе. Поэтому коэффициент  осадки торфа принимаем  β = 0,20, тогда находим величину осадки:

                   h_ос = = = 0,16 м

Зная Z, t, dq, определим глубину закладки дрен:

                  h_ос = 0,8 + 0,4 + 0,07 + 0,16 = 1,43 м

Принимаем Н = 1,4 м

Так как глубина торфа не более 1,25 м, дрены ставим гончарные. Они более долговечны, и при укладке их на суглинке нет опасений за расстройство дренажных линий, вследствие осадки осушенного слоя грунта. Направляем дренажные линии приблизительно перпендикулярно коллектору.

Трассировку проводящей сети и дренажных линий производим следующим образом. Посредине участка  по дну тальвега закладываем коллектор  на глубине:

              Нк = Нq + (м)  ,  где

 

Н_к -  глубина закладки коллектора, м;

Н_q – глубина закладки дрен, м;

 d_к  - внешний диаметр коллектора, м.

Укладку коллектора проводим сверху вниз по течению. В начальной  части его внутренний диаметр  принимаем

               d_к  = 10 см = 0,10 м,

тогда внешний диаметр  будет равен:

             d_к  = 13 см = 0,13 м

(толщина стенок  трубы d = 10 см принимается t = 2 1,5 =   3 см = 0,03 м) 

 

 

 

8. Определение глубины закладки коллектора

 

Находим глубину закладки коллектора:

          

          Нк = Нq + = = 1,495 ≈ 1,5 м

 

Расчет расстояний между  дренами.

Расстояния между всасывающими дренами находим по формуле академика  А.Н. Костякова:

     

                 Д =      (м)  ,   где

Д – расстояния между  дренами, м;

17,3 – постоянный коэффициент;

К – коэффициент фильтрации, м/сут;

Т – длительность затопления, сут;

Н – глубина закладки дрен, м;

Z – норма осушения;

S -  водоотдача грунта в % от объема грунта;

√ - корень квадратный.

Пример

Расчетные данные:

К = 0,6 м/сут; Z = 0,8 м; Т = 4 сут; Н = 1,4 м; S = 7 % от объема пор.

Находим расстояния между  всасывающими дренами:

Д = =   = 10,5 м

                           

Принимаем расстояния между  всасывающими дренами Д = 10,5 м.

 

 

9. Определение  модуля дренажного стока

 

Модуль дренажного стока  находим по формуле:

                     q_мах  =      (л/с га)  ,     где

                 

q_мах  -   максимальный модуль дренажного стока, л/с га;

А – осадки, мм/сут;

µ  - коэффициент впитывания;

Y  - коэффициент дренажного  стока;

8,64 – переводный коэффициент.

 

Пример

Расчетные данные:

А = 15 мм/сут; µ - 0,6; Y – 0,75

 

                    q_мах  = = = 0,78 л/с га

    

Примечания

1. Модуль дренажного стока следует принимать:

                                  для полевых севооборотов –  0,8 л/с га;

                                  для пастбищ – 0,6 л/с га;

                                  для сенокосов – 0,4 л/с га.

2. Для выполнения задания модуль дренажного стока принимать по варианту.

 

11. Гидравлический расчет коллектора

 

Диаметр дрен, работающих в режиме осушения, в практике принимают d = 5 см.

Определение Q_q – расход воды, поступающей из осушаемого слоя в дрену, по формуле:

                       Q_q =    (л/с)   ,    где

q_мах  - максимальный модуль дренажного стока, л/с га; 

ω  - площадь, осушаемая  дреной, га.

                         (га)  ,   где

                      

Lq – длина дрены, м;

Д – расстояние между дренами, м;

 

Пример

Расчетные данные:

q_мах  -  0,78 л/с га; lq = 200 м; Д = 10,5 м; dq = 5 см.

Находим:

                      = = 0,21  га

 

Так как дрены к  коллектору присоединены с двух сторон, то                ω = 2  0,21 = 0,42 га, тогда

 Q_q = = = 0,328 ≈ 0,33 л/с

Полученный Q_q = 0,33 л/с проверяем с Q_мах – максимальный пропускной способностью дрены = 5 см при минимальной Y = 0,002.

Зная d = 5 см, i = 0,002 находим по приложению 8   Q_мах = 0,39 л/с – максимальный расход, который могут пропустить дрены d = 5 см.

Q_мах = 0,39 > Q_q = 0,33 л/с, следовательно, принятый диаметр дрен и расстояния между ними достаточны для своевременного отвода избыточных вод, так как даже при минимальном уклоне дрены пропускная способность ее больше притока воды к ней.

Гидравлический расчет коллектора проводят с целью подбора  диаметра по его длине. По мере увеличения осушаемой им площади увеличивается  его длина, а следовательно, и отводимый им расход и диаметр коллекторных труб.

Диаметр труб коллектора рассчитывается по участкам.

Минимальный диаметр  коллектора принимают d = 10 см (по ГОСТу) в его истоке, он прокладывается длиной, равной расчетной, а затем укладывается следующий участок с большим диаметром. Максимальное сечение получается у устья коллектора.

Длину коллектора (Lк) с заданным диаметром рассчитываем по формуле:

                   Lк =      (м)  ,   где                         

Qmax  - максимальная пропускная способность дрены данного    

        диаметра, л/с;

Qq  - расход, поступающий из осушаемого слоя в дрену, л/с;

Д – расстояния между  дренами, м.

 

Пример

Расчет для 1 участка  коллектора (исток коллектора)

Расчетные данные:

d = 10,0 см (по ГОСТу); lq = 200,0 м; i = 0,003; Д = 10,5 м;