3.9 Гидрологический расчет осушительных каналов

В осушительную сеть с заболоченного участка поступает избыточная вода. Нагрузку по ее отводу с осушительной площади несут осушители, транспортирующие собиратели и, особенно, магистральные каналы. Для того, чтобы магистральный канал успешно функционировал, то есть вовремя отводил поступающую по нему воду в водоприемник, необходимо провести его гидрологический расчет, основной задачей которого является определение расчетного и поверочного модулей стока. Расчетный модуль стока зависит от гидрологических условий и характера использования осушаемой территории. По расчетным расходам определяются размеры поперечных сечений каналов. А по проверочным расходам воды определяется устойчивость русел против размыва и разрушения сооружений, затопления территории.

В зависимости от значения канала, они рассчитываются на пропуск канала, паводков определенной обеспеченности.

Проверка каналов на устойчивость русел на размыв производится на весенних паводках 25 % обеспеченности.

При расчете нагорно-ловчих и ловчих каналов к основному расчетному расходу прибавляют расход поступающих в канал грунтовых вод: 15 % при безнапорном и 20 % при напорном питании от основного расчетного расхода.

В нашем случае каналы будем рассчитывать на пропуск летне-осенних паводков 25 % обеспеченности.

Расчетный расход находится по формуле:

Q_p= q_p F (4)

где q_p – расчетный модуль стока, л/с∙га;

F – водосборная площадь канала, га.

В нашем случае расчетный модуль стока составляет 0,49 л/с∙га, а водосборная площадь магистрального канала – 3100 га.

Имея эти данные находим расчетный расход:

Q_p = 0,49∙3100=1519 л/с или 1,519 м³/с.

3.10 Гидравлический расчет магистрального канала

После вычисления расчетного расхода с учетом уклонов и допустимой скорости течения проводится гидравлический расчет, суть которого заключается в определении размеров поперечного сечения каналов и его пропускной способности или расхода (Q_n) воды в канале. Пропускная способность через канал не должна превышать расчетных расходов (Q_p) более чем на 5 % или быть меньше его на 2 %. Гидравлический расчет для магистрального канала ведется для его устья. При этом находятся следующие параметры:

1 Расстояние расчетного горизонта воды от бровки или глубину понижения (h₁)

2 Ширину канала по дну (b), зависящую от уклона дна, коэффициента откоса (т) и коэффициента шероховатости (n).

При расчете на пропуск летне-осенних паводков расчетный горизонт воды (h₁) в лесах лесохозяйственного назначения принимается ниже бровки канала на 0,4-0,5 м

Гидравлический расчет магистрального канала, в соответствии с расчетным расходом воды, начинают с определения путем подбора ширины его по дну (b). При этом выбирают такое значение (b), при котором пропускная способность канала (Q_n) равна или приблизительно равна расчетному расходу воды (Q_p).

Дано: глубина канала установленная – 1,3 м; уклон дна канала i =0,0037; коэффициент откоса т = 1,25; коэффициент шероховатости п = 0,03. Расчетный модуль стока летне-паводковых вод 0,49 л/с∙га, площадь водосбора F = 3100 га. В этом случае гидравлический расход воды с водосборной площади равен Q_p=1519 л/c или 1,519 м³/с.

Для дальнейшего расчета составляем таблицу 3.3, в которую входят основные показатели гидравлического расчета.

Таблица 3.3 − Основные показатели гидравлического расчета

hp	B	ω	Χ	R	C	C√R	К0	К
0,9	0,4	1,37	3,28	0,42	22,3	14,94	24,9	22,5

Рабочая глубина МК рассчитывается по формуле:

h_p = H-h₁ (5)

где H - установленная глубина канала, м;

h₁ - расчетное расстояние от зеркала воды до бровки канала

Отсюда находим рабочую глубину МК:

h_p =1,3-0,4=0,9 м.

Ширину канала по дну (b) берем 0,4 м. Площадь живого сечения (ω) определяется по формуле:

ω =(b + m∙h_p) ∙ h_p (6)

при т = 1,25, b=0,4 м, h_p=0,9 м имеем:

ω =(0,4 + 1,25∙0,9) ∙ 0,9=1,37 м²

Смоченный периметр (х) рассчитывается по формуле:

х=b+2h_p√(l+m²) (7)

при т = 1,25, b=0,4 м, h_p=0,9 м имеем:

x= 0,4+ 2∙0,9∙_√ (1+1,25²) =3,28 м.

Гидравлический радиус R = ω /х = 1,37/3,28 = 0,42.

Скоростной коэффициент С и модуль скорости C_√R определяются по таблице и берутся в зависимости от величины гидравлического радиуса и коэффициента шероховатости. В нашем случае гидравлический радиус − 0,42, а коэффициент шероховатости п, который берется из таблицы, будет равен 0,03. Устанавливаем, что С = 26,0 и С_√R = 16,45.

Расходная характеристика К_о представляет собой отношение расчетного расхода Q_p к корню квадратному уклона дна.

К₀ = Q_P/_√i = 1,519/_√ 0,0037 = 24,9

К = ω∙C_√R = 1,37∙16,45 =22,5;

Q_n = К∙_√i = 22,5∙_√ 0,0037 = 1,526 м³/с .

Таким образом спроектированный нами канал имеет водопропускную способность, которая может удовлетворить цели гидролесомелиорации в данных условиях.