Розрахункові витрати каналів.У проектах зрошувальних систем встановлена така номенклатура розрахункових витрат води — максимальна, мінімальна і форсована

Максимальною витратою - називається найбільша витрата води, яку пропускає канал тривалий час.

Мінімальною витратою називається найменша витрата води, яку потрібно пропустити по каналу згідно з розрахунковим графіком гідромодуля і розрахунковим планом водоподачі і водообороту.

Форсованою витратою називається збільшена максимальна витрата, яку потрібно пропустити по каналу за короткий час в особливих умовах експлуатації.

Витратою неттоканалу називають витрату води в кінцевій його частині.

Витратою брутто називають витрату в голові каналу з врахуванням втрат води по його довжині.

Витратою нетто системи називають витрату, що подається на поля, а витратою брутто — витрату в голові магістрального каналу.

При визначенні розрахункових витрат зрошувальних каналів враховують потребу у воді окремих господарств та режим джерела зрошування.

Для визначення потреби господарства у воді розраховують режим зрошування сільськогосподарських культур, виходячи з біологічних особливостей, проектної врожайності, кліматичної характеристики та забезпеченості розрахункового року.

На основі режиму зрошування складають графік витрати води на сівозмінну ділянку або графік гідромодуля.

Головною розрахунковою витратою є максимальна витрата каналу, що подається на сівозмінну ділянку , її визначають за укомплектованим графіком водоподачі або обчислюють за залежністю де — максимальна витрата нетто на сівозмінній ділянці, л/с; q — розрахункова ордината укомплектованого графіка гідромодуля, л/с на 1 га; — площа сівозмінної ділянки нетто, га.

За розрахункову приймають максимальну ординату укомплектованого графіка гідромодуля в тому випадку, якщо ця ордината не менше однієї декади; в інших випадках за розрахункову приймають середню величину із значень, що наближаються до максимальної ординати за період не менше однієї декади.

Витрати всіх інших каналів зрошувальної мережі обчислюють через врахуванням загальносистемного плану водокористування.

Якщо витрата на сівозмінну ділянку перевищує 250 л/с, то її розподіляють між двома або більше ділянковими каналами.

Витрати всіх ланок зрошувальної мережі в межах сівозмінної ділянки повинні бути пов'язані послідовно від молодших ланок до старших з врахуванням втрат:

 

(3.24)

 

(3.25)

 

Розрахункові витрати зрошувальної мережі каналів при дощуванні визначаються згідно з графіком поливів, що враховує кількість і параметри дощувальної техніки. Витрати тимчасових зрошувачів призначають відповідно до витрати дощувальної машини

Кількість зрошувачів, що одночасно працюють на полі, а отже, і дощувальних машин визначають при складанні графіка поливів.

Максимальна витрата ділянкового каналу в цьому випадку дорівнює сумі витрат дощувальних машин (тимчасових зрошувачів), працюють на полі одночасно:

 

(3.26)

 

Мінімальна витрата води старших зрошувальних каналів визначається як сума цілого числа витрат ділянкових розподільників. Для забезпечення умов незамулюваності і незабрудненості каналів мінімальна витрата води в них повинна становити не менше 40 % максимальної витрати.

При зміні умов водообороту, складу культур або площі під вологолюбними культурами, а також у сильнозасушливі періоди виникає необхідність пропускати форсовані (підвищені) витрати води по каналах. Форсовану витрату води необхідно приймати такою, що дорівнює максимальній витраті, збільшеній на коефіцієнт форсування який: для міжгосподарських і господарських розподільників при витраті води менше 1м³/складає = 1, 2...1, 3, при витраті від 1 до 10м³ /с —1, 15...1, 2, а при витраті понад 10 м³/с- 1, 1...1, 15. Витрати внутрішньогосподарських розподільників і тимчасових зрошувачів, що працюють почергово, не форсуються.

Втрати води і к.к.д. каналів та зрошувальної системи. Під час пропуску води по каналах частина її втрачається: на фільтрацію (в окремих випадках 40...60% води, що подається); на випаровування (2...4%); на експлуатаційні скиди і витікання через споруди (2...5 %).

Втрати води на фільтрацію залежно від водопроникності ґрунту досягають 98% загальних втрат, тому звичайно в розрахунках враховують тільки цей вид втрат і лише в деяких випадках — втрати на випаровування. Розрахункову витрату брутто каналу визначають за формулою:

 

(3.27)

де — втрати води в каналі, л/с або м³/с

Втрати води на фільтрацію. При невідомих розмірах перерізу каналу визначають за формулою О. М. Костякова , де
- втрати на фільтрацію на 1 км каналу, % від Q; Q — витрата в кінці каналу (нетто), м³/с; А і m — коефіцієнти, що залежать від водопроникності ґрунту (А - 0, 7..3, 4; m = 0, 3...0, 5) Втрати в абсолютних величинах, л/с (м/с), визначають за залежністю , де l- довжина каналу, км.

Втрати води в каналах на випаровування складають невелику частину втрат на фільтрацію, але для великих каналів їх потрібно враховувати.

Втрати води на скид та витікання через нещільні затвори гідротехнічних споруд залежать від умов експлуатації системи та конструкції затворів.

Великі витікання (до 10... 15 % від витрати каналу і більше) характерні для щитових і шандорних затворів старих конструкцій.

Нові конструкції затворів, що застосовуються зараз (циліндричні, дискові, тарілчасті та ін.), дають змогу повністю усунути такий вид втрат.

Коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) каналів дорівнює відношенню витрати води в кінці каналу (або ділянки) до витрати у голові цього каналу (ділянки)

При заборі води з каналу у відводи к.к.д. його дорівнює відношенню суми витрат, що подаються у відводи, до витрати у голові каналу.

При водогосподарських розрахунках доводиться визначати к.к.д. каналів або окремих ділянок каналів, а також системи тих чи інших каналів.

К.к.д. окремого каналу (ділянки каналу) характеризує втрати лише з даного каналу (ділянки):

 

, (3.28)

 

де , - відповідні витрати води в кінці і і голові канілу (ділянки).

К.к.д. системи каналів:

 

(3.29)

 

де - витрата, що подається на поля для поливу сільськогосподарських культур згідно з графіком водоподачі; - витрата у голові старшого каналу системи.

Якщо виразити втрати води у каналах через відповідні коефіцієнти корисної дії, то , де - середньозважений к.к.д. розподільників, що працюють одночасно; - середньозважений к.к.д. тимчасових зрошувачів та вивідних борозен, що працюють одночасно.

К.к.д. зрошувальної системи дорівнює к.к.д. системи магістрального каналу.

К.к.д. ycієї зрошувальної мережі або окремих каналів безперервної дії визначається при максимальній розрахунковій витраті води, при цьому він не повинен бути нижчим таких значень: для зрошувальної системи — 0, 8; для системи розподільників — 0, 9. Якщо к.к.д. виявляється нижче зазначених величин, то необхідно передбачити заходи по зменшенню втрат води на фільтрацію.

Конструкції і розрахунки поперечних перерізів зрошувальних каналів. Конструкція каналів у земляному руслі визначається: витратою каналу; необхідною величиною командування каналу; характером ґрунту, в якому він прокладається; призначенням каналу і розміщенням його на місцевості; формою поперечного перерізу; габаритними розмірами робочого органу механізмів, що застосовуються для прокладання каналів.

Форма поперечного перерізу каналів вибирається залежно від їхніх розмірів, характеру ґрунтів основи і способу виробництва робіт (рис. 3.21).

Канали середньої і малої пропускної здатності, як правило, мають трапецієвидну форму (а), найпростішу з точки зору виробництва робіт і в той же час таку, що забезпечує необхідну стійкість укосів.

 

Рис. 3.21. Поперечні перерізи каналів

 

а – трапецієвидний; б – прямокутний; в – полігональний;

г – параболічний; д, е – калібрований; ж – трикутний;

з – улоговиноподібний

 

Переріз параболічної форми (г) незручний для виконання, але в інших відношеннях є найкращим.

Канали з іншими формами поперечного перерізу застосовують дуже рідко, у виключних випадках.

За умовами виробництва робіт канали ділять на 3 типи: у виїмці, напіввиїмці-напівнасипу, в насипу.

Канали у виїмці (рис. 3.22). На ділянках, де непотрібно забезпечувати командування над поверхнею землі, а також у випадках, коли похил каналу приймають меншим, ніж похил місцевості на його трасі, канали бажано будувати у виїмці.

 

 

Рис.3.22. Поперечні перерізи каналів у виїмці

 

1 – кавальєр; 2 – берма

 

Відстань від бровки каналу до підошви кавальєру слід приймати 3 м при глибині виїмки до 2, 5 м і 5 м при глибині виїмки від 2, 5 до 5 м.

Канали у напіввиїмці-напівнасипу (рис. 3.23) - найбільш поширена конструкція, яка забезпечує командування каналу над зрошуваною площею; здебільшого застосовуюється для робочої частини каналів.

За співвідношенням об’єму виїмки і насипу найбільш поширені канали з об’ємом виїмки V_в, що дорівнює об’єму насипу V_н.

 

 

Рис. 3.23. Поперечний переріз каналу у напіввиїмці-напівнасипу

 

1 – виїмка; 2 – насип з пошаровим ущільненням

 

Канали у насипу (рис. 3.24) влаштовують, коли траса каналу проходить по понижених місцях рельєфу або по плоскому рельєфу і потрібно забезпечити командування над зрошуваною територією.

 

 

Рис. 3.24. Поперечний переріз каналу у насипу

 

Відстань між підошвою укосу дамби і бровкою зовнішнього резерву ґрунту по винна бути не менше 1, 5 м при глибині резерву до 0, 5 м і не менше 3 м при глибині резерву 0, 5 м і більше.

Укоси постійних каналів зрошувальних систем закладають з врахуванням стійкості укосів існуючих каналів, що експлуатуються в аналогічних умовах. При відсутності таких аналогів величини закладання укосів каналів глибиною до 5 м приймають згідно з рекомендаціями нормативних документів, а більш глибоких каналів — на основі розрахунків.

Величина радіуса повороту каналу повинна бути не менше п'ятикратної ширини каналу по урізу води. Допустимі перевищення гребеня дамб каналів над максимальним рівнем води при витраті до 10 м³ /с назначаються згідно рекомендацій нормативних документів, а при більшій витраті встановлюються розрахунком.

Мінімальна ширина гребеня дамб повинна забезпечувати виконання будівельних та експлуатаційних робіт.

При витраті до 10 м³/с приймають уніфіковані поперечні перерізи каналів, а при витраті понад 10 м³/с елементи профілю каналу визначають розрахунком.

Гідравлічний розрахунок каналів. Розрахунок зрошувальних каналів проводять за формулами рівномірного руху води, основною з яких є формула витрати:

 

(3.30)
Розрахунок провадять на пропуск максимальної витрати брутто після чого перевіряють переріз на пропуск мінімальної і форсованої витрат.

За форсованою витратою Q_ф визначають необхідне перевищення дамб і берм над рівнем води у каналі і перевіряють канал на нерозмивання. За мінімальною витратою перевіряють умови командування над відводами, визначають місця побудови підпірних споруд і перевіряють канал на незамулюваність.

Внутрішньогосподарські розподільники, що працюють періодично, і ділянкові розраховуються тільки на .

При гідравлічному розрахунку зрошувальних каналів вирішують такі завдання: призначають форми і розміри поперечного перерізу каналу; визначають глибину води у каналі і швидкості в ньому при пропуску витрати Q_ф і при значеннях b і m, розрахованих на пропуск максимальної витрати; визначають максимально і мінімально допустимі похили каналу на пропуск максимальної розрахункової витрати; визначають пропускну здатність каналу заданого перерізу з похилом.

Значення коефіцієнтів шорсткості для розрахунку каналів, що експлуатуються нормально, приймають у межах 0, 01...0, 03 залежно від ґрунту ложа каналів і протифільтраційних покрить. Середня швидкість руху води в каналі повинна задовольняти умову:

 

(3.31)

 

Допустима нерозмивна швидкість потоку для незв'язних ґрунтів рекомендується залежно від середнього діаметра і щільності часточок ґрунту, глибини потоку, вмісту у воді глинистих частинок, різнозернистості ґрунту, типу і режиму роботи каналів.

Наближене її значення, м/с, можна визначити за формулою С.А. Гіршкана:

 

(3.32)

 

де приймають від 0, 53 для супісків до 0, 85 для глин.

Допустима швидкість на замулювання залежить, головним чином, від кількості наносів, їхнього гранулометричного складу, розмірів поперечного перерізу каналу і його похилу.

Величину незамулюючої швидкості визначають за формулою С.Х. Абальянца:

, або (3.33)

 

С. А. Гіршкана (наближено) , де R — гідравлічний радіус, м; Q -максимальна витрата брутто, м³/с; А — коефіцієнт залежить від середньозваженої гідравлічної крупності наносів фракцій у, які несуться потоком (А=0, 33 при W < 1, 5 мм/с; А=0, 44 при W =1, 5...3, 5 мм/с і А =0, 55 при W =3, 5мм/с).

У тих випадках, коли у вододжерелі багато наносів, необхідно передбачати заходи, що запобігають попаданню в систему донних наносів і осадженню крупних фракцій наносів у відстійниках з гідравлічним промиванням або механічною очисткою.

Для постійних зрошувальних каналів мінімальні швидкості рекомендується приймати не менше 0, 3 м/с, а при заборі освітленої води із водосховищ вони можуть бути знижені до 0, 2 м/с.

Ув'язування рівня води у каналах і проектування поздовжніх профілів. У зрошувальних каналах постійної і тривалої дії розрізняють три характерні глибини наповнення: h_min, h_max, h_фор. Ці глибини відповідають трьом розрахунковим витратам: Q_min, Q_max, Q_фор.

Рівні води у мережі каналів, починаючи з МК і закінчуючи тимчасовим зрошувачем на полі, повинні бути ув'язані так, щоб при різних режимах роботи забезпечувалася самопливна подача води на поля. Це можливо лише при командуванні старших каналів над молодшими.

Командуванням називають перевищення рівня води у старшому каналі над рівнем води у молодшому або у зрошувачі над поверхнею землі.

Рівні води у каналах ув'язують послідовно від молодших каналів до старших.

При поверхневих самопливних способах поливу для подачі води у поливну мережу або в чеки рівень у тимчасових зрошувачах повинен бути вище поверхні землі: при поливі по борознах — на 0, 05...0, 1м; при поливі по смугах — на 0, 1...0, 15 м, при подачі води у чеки — на 0, 3 м.

При дощуванні командування рівня води у тимчасових зрошувачах необов'язкове.

Рівні води у кожному тимчасовому зрошувачі відмічають на профілі крапками і графічно визначають найвищі за умовами командування (диктуючі) тимчасові зрошувачі. Оскільки у голові кожного тимчасового зрошувача розміщуються водовипуски, то рівень води у ділянковому каналі у точці відводу в тимчасовий зрошувач повинен бути вище рівня води у цьому зрошувачі на величину втрат напору у водовипуску.

Якщо канали прокладають на місцевості з малим похилом, то вигідніше приймати значення перепаду порядку 0, 05...0, 1 м; при великих похилах перепади збільшують до 0, 2...0, 3 м і більше.

Оскільки канали періодичної дії не розраховуються пропуск форсованої витрати, то характерними глибинами в них є h_min, і h_max, за якими і проектують поздовжній профіль.

Відмітки дна каналу визначають як різницю відміток рівня води при максимальній витраті і глибині h_max. Похил дна каналу приймають однаковим з похилом рівня води.

Відмітка бровки дамби каналу визначаються як відмітка максимального розрахункового рівня плюс перевищення, значення якого приймають за відповідними нормативними документами.

Після цього встановлюють положення рівня води у каналі при пропуску мінімальної витрати як відмітки дна каналу плюс h_min. Якщо виявиться, що при мінімальних рівнях старший канал втрачає командування над максимальними рівнями в молодших, то в цих місцях на старшому каналі проектують перегороджувальні споруди для підпору води.

Для каналів, які розраховуються на пропуск Q_фор. розрізняють дві висоти командування — при максимальній h_max і форсованій h_фор витратах. Тому у міжгосподарських розподільниках ув'язування рівня води здійснюють з врахуванням висоти командування h_фор.

Відмітки дамби в каналах з Q_фор встановлюють від рівня води при пропуску форсованої витрати.

Дно бокових каналів слід розміщувати на одному рівні з дном старшого каналу або нижче його. У цьому випадку наноси не затримуються у старшому каналі і виносяться водою на поля.