Коэффициент полезного действия оросительной системы рассчитывают по формуле

Каналы работают периодически

Когда каналы работают периодически, то грунт водой не насыщен, поэтому нет фильтрации, происходит впитывание и потери на фильтрацию , л/с, определяются по зависимости А.Н. Костякова:

(14)

Каналы периодического действия в единицу времени теряют воды на фильтрацию больше, чем каналы постоянного действия.

Коэффициенты полезного действия каналов и оросительной системы являются основными показателями работы системы и ее звеньев.

Значение коэффициента полезного действия зависит от величины непроизводительных потерь в системе: , м3 – потери из оросительных каналов на фильтрацию и испарение с водной поверхности; , м3 – потери с орошаемого поля на фильтрацию и испарение; , м3 – эксплуатационные потери (утечки, холостые сбросы); , м3 – технологические потери. При проектировании различают следующие КПД: всей оросительной системы; системы отдельных каналов и отдельного канала. Значение коэффициента полезного действия всей оросительной системы (см. рисунок 3) определяется по зависимости:

(15)

где – полезно используемый объем воды, м3;

– объем воды, забираемый в голове системы, м3;

– объем воды, используемый на системе повторно, м3.

Объем воды, забираемый в голове системы , м3, состоит из следующих:

. (16)

Полезно используемый объем (нетто) , м3,можно определить как:

(17)

где – расход нетто, поданный на поливные модули, м3/сут;

продолжительность подачи этого расхода, сут.

Объем, забираемый в голове (брутто) , м3, определяется:

(18)

где – расход (брутто) в голове системы, м3/сут;

– продолжительность подачи этого расхода, сут.

При правильном водопользовании, когда нет холостых сбросов:

(19)

Аналогично определяется коэффициент полезного действия системы отдельных каналов (хозяйственного распределителя) :

, (20)

где – расход нетто хозяйственного (другого) распределителя, л/с;

– расход брутто хозяйственного распределителя, л/с.

Коэффициент полезного действия отдельного канала равняется:

, (21)

где – расход в конце канала, л/с;

– расход в начале канала, л/с.

Значение коэффициентов полезного действия должно находиться в следующих пределах: системы=0,75-0,85; системы отдельных распределителей =0,80-0,85; внутрихозяйственных распределителей =0,85-0,90 для каналов в земляном русле.

Если в результате расчетов значения коэффициентов полезного действия системы или отдельного какого-то канала оказываются ниже, предусмотренным СНиП, тогда в проекте предусматриваются противофильтрационные мероприятия.

17.3 Проектирование противофильтрационных
экранов и одежд на каналах

При больших потерях воды на фильтрацию ухудшается мелиоративное состояние земель, они заболачиваются и засоляются, увеличиваются эксплуатационные затраты на очистку каналов от наносов, сорной растительности, на оплату электроэнергии при механическом орошении и др. Для уменьшения потерь воды из каналов применяются противофильтрационные мероприятия.

Все существующие меры уменьшения потерь делятся: на эксплуатационные и технические или строительные.

К эксплуатационным мерам относится своевременный ремонт каналов рыхление поверхности, уменьшение протяженности одновременно действующих каналов и т.д.

Мерами строительными предусматривается создание противофильтрационных одежд и или облицовок, гидроизоляций и экранов водонепроницаемых из естественного грунта, нефтяного битума и пластмассовых пленок. Жесткие облицовки строятся из бетона и железобетона сборного или монолитного.

Критерием для оценки и выбора противофильтрационных мероприятий служит слой воды, теряемый из канала через смоченный периметр в течение суток. Если из канала теряется слой воды более 30 см, то противофильтрационное мероприятие обязательно предусматривается; когда этот слой находится в пределах 5 – 10 см, то канал работает удовлетворительно и никакие мероприятия не проектируются; и если канал теряет 15 – 20 см, – на усмотрение специалиста, в зависимости от гидрогеологических условий района.

В отдельных случаях при весьма неблагоприятных инженерно-геологических условиях (просадочные, оползневые грунты, косогорные участки и др.) потери воды из оросительных каналов не допускаются.

Экраны из естественного грунта. Противофильтрационные экраны проектируются по периметру канала. Создается слабоводопроницаемый слой из естественного грунта путем уплотнения русла канала динамическим методом специальными машинами или ударами плиты весом от 0,5 – 3,0 т, которая сбрасывается экскаватором с высоты 1 -3 м несколько раз, в зависимости от толщины создаваемого экрана, свойств почвы и ее влажности. Желаемое уплотнение обеспечивается при оптимальной влажности почвы: на легких почвах 16 -18 %, средних – 20 – 22 %, тяжелых – 22 – 26 % от плотности сухой почвы. Допускается отклонение 4 – 5 % от оптимальной влажности. При повышенной влажности качество уплотнения значительно снижается. (На Азовской оросительной системе при строительстве применялся этот метод, но из-за близкого расположения уровня грунтовых вод достигнуть уменьшения потерь не удалось).

Противофильтрационная эффективность экрана определяется по следующей зависимости:

(22)

где – потери воды на фильтрацию до уплотнения, м3/с;

– потери воды на фильтрацию после уплотнения, м3/с.

Потери на фильтрацию до уплотнения , м3/с, и после , м3/с, определяются так:

где и – соответственно коэффициенты фильтрации до и после уплотнения, м/сут.;

и – градиенты напора до и после уплотнения, м/м.

При глубине воды в канале 3 м, толщина создаваемого экрана 1 м, градиент напора =1, а =4. Отношение и равняется 40, тогда – противофильтрационная эффективность экрана.

Основные показатели качества ударного уплотнения: водопроницаемость, которая характеризуется коэффициентом фильтрации Кф до и после уплотнения; плотность почвы, характеризующаяся объемной массой до и после уплотнения; толщина создаваемого экрана t, в м.

С увеличением толщины, потери уменьшаются, но она имеет свой экономический предел: для малых каналов (<1 м) толщина экрана принимается 50 -70 см, а для больших каналов (>1 м) – 70 – 100 см.

Экраны из нефтяного битума. Отрывается русло канала по длине с некоторым перебором по сечению, которое соответствует величине защитного слоя и зависит от условий эксплуатации, обычно 30 см.

Поверхность канала планируется, этим обеспечивается толщина создаваемого экрана в среднем 7 – 10 мм, для чего расходуется 6 – 7 кг битума на 1 квадратный метр. Поверхность канала обрабатывается гербицидами, чтобы не росли сорняки и не «пробивали» экран. Битум подвозят специальными машинами при T 0= 200 oС к месту укладки и с помощью специальных распылителей наносят на поверхность канала, по дну за один проход, а по откосу за 2 – 3 прохода. Битум быстро твердеет и через несколько часов приступают к укладке защитного слоя, вначале мелкозернистого грунта, чтобы не разрушить экран, на дно, а затем по откосу, двигаясь снизу вверх.

Для придания прочности экран может быть покрыт гравием.

Экраны из пластмассовых пленок в настоящее время проектируются для борьбы с потерями воды на фильтрацию. Это полиэтиленовые и полихлорвиниловые пленки. Технология строительства экрана зависит от размеров канала.

Большой канал отрывается с перебором по периметру на толщину создаваемого экрана (0,3 м), поверхность канала обрабатывается гербицидами, в русле канала укладывается пленка толщиной 0,2 мм, края пленки закрепляются выше максимального уровня воды, и создается защитный слой из мелкозернистого грунта, чтобы не порвать пленку сначала по дну, а затем – по откосам.

По водопроницаемости железобетонные облицовки делятся на 3 группы: 1 группа – сравнительно-водопроницаемые облицовки, в сутки теряется слой воды 1 – 5 см; 2 группа – слабоводопроницаемые – слой теряемой воды не более 1 см/сут.; 3 группа – практически водонепроницаемые, потери воды практически равны нулю.

Когда облицовки нужны для сокращения потерь воды на фильтрацию и повышения КПД, применяются облицовки первой группы.

Если основная цель – предотвращение подъема уровня грунтовых вод или борьба с оползнями и деформациями, то применяются облицовки 2-й или 3-й группы.

В конструктивном отношении все облицовки делятся на 2 типа: монолитные и сборные, которые могут быть однослойными и многослойными.

Однослойные облицовки сборной конструкции состоят из отдельных плит, имеют много швов, которые заделываются битумом. Они относятся к 1 группе и сравнительно водопроницаемые.

Когда требуется почти полная гидроизоляция, применяются облицовки многослойные.

Толщина облицовки зависит от размеров канала, климатических условий (промерзания, резких колебаний температуры), и от хозяйственно-экономических условий. Бетонная облицовка для крупных каналов делается толщиной 10-15 см, а для малых – 7-10 см (рисунок 4).

Облицовка сборной конструкции для крупных каналов делается 6-10 см, а для малых каналов 4-6 см.

Монолитная бетонная облицовка укладывается непосредственно на поверхность грунта, в котором выполнено русло (рисунок 4).

В больших каналах предусмотрены продольные швы.

На малых каналах применяется траншейный метод, при котором отрывается траншея, дно углубляется на толщину защитного слоя по сравнению с проектной отметкой, все обрабатывается гербицидами, по дну и откосам укладывается пленка, которая закрепляется и траншея полностью засыпается грунтом и по трассе канала канавокопателем отрывается нужное русло. Лучше, если пленка черного цвета, она не пробивается растениями. Потери при экранах из пленок равны нулю.

Жесткие облицовки. Облицовки из асфальтобетона (вяжущего нефтяного битума и заполнителя из песка и щебня). Отрывается канал нужного профиля с перебором на 5 – 10 см, что соответствует толщине облицовки.

Поверхность канала выравнивается и обрабатывается гербицидами. Асфальтобетон вырабатывается на заводе и при температуре 200 °С на самосвалах доставляется к месту укладки. Затем экскаватором с грейдерным ковшом переносится в асфальтобетоноукладчик и распределяется по периметру канала.

Излишки материала срезаются шаблоном, уплотнение производится вибратором, никаких швов не предусматривается. Стоимость зависит от наличия механизации и толщины создаваемого экрана.

К асфальтобетону предъявляются следующие требования: асфальтобетон должен быть жестким, чтобы удерживаться на откосах, которые должны иметь заложение не более чем 1:1,5, и пластичным, чтобы не образовывалось трещин.

Бетонные и железобетонные облицовки несмотря на высокую стоимость получили распространение в ирригационной практике строительства. При хорошем качестве и правильной эксплуатации служат долго.

Основное назначение облицовок – уменьшение потерь воды на фильтрацию и предотвращение размыва каналов, в которых скорость ожидается 2,4 – 4,0 м/с, в этом случае применяются бетонные облицовки, а если скорость может быть более 4,0 м/с, то тогда проектируется железобетонная облицовка.

Облицовка сборной конструкции на малых каналах также укладывается без предварительной подготовки на грунт, при облицовке крупных каналов плиты укладываются на тщательно спланированную песчано-гравелистую подготовку, чтобы они плотно опирались на поверхность (а если будут неровности – плиты лопнут, попадет вода и все размоется).

Многослойная облицовка. Ее конструкция не зависит от размеров канала. На поверхность канала наносится основание из железобетона и прокладывается гидроизоляция из рулонных материалов (толь, рубероид, пленка). Гидроизоляция покрывается защитным слоем из монолитного или сборного железобетона или бетона (рисунок 5). Если применяется сборный материал, то поверх гидроизоляции делается цементная стяжка, а затем на нее укладываются плиты. Необходимо учесть усадку и возможность образования трещин в результате изменения температуры, а поэтому предусматриваются усадочные швы, которые делаются по конструкции ложными, глубина шва равняется 1/3 толщины облицовки. Поперечные швы в монолитной облицовке делаются при сопряжении дна с откосами в больших каналах и по откосу, если длина его более 6 м. При близком залегании грунтовых вод возможно промерзание грунта, выпучивание, поэтому предусматривается дренаж. Дренажные трубки укладываются на гравелистую подготовку.

Лекция 18

Источник

Организация орошаемой территории при использовании различных способов орошения и типов дождевальных машин, агрегатов

Способ орошения – комплекс мер и приемов распределения воды на поливном участке и превращение водного потока в почвенную и атмосферную влагу. Способы орошения подразделяются на поверхностное, дождевание, аэрозольное, внутрипочвенное и капельное. В задании для курсового проекта принят способ орошения – дождевание.

В качестве поливной техники выступает дождевальная машина Фрегат ДМ – 454.

Размеры орошаемых полей – 836,6х836,6 м.

В ходе выполнения курсового проекта проектируется закрытая оросительная сеть.

Проектирование регулирующей оросительной сети, дорог и лесополос. Определение КПД и КЗИ оросительной системы

При поливе дождеванием в закрытой оросительной системе регулирующей сетью являются поливные трубопроводы (ПТ) и дождевальные машины.

План размещения оросительной системы в масштабе 1:10000 представлен в приложении А.

План размещения системы лесозащитных насаждений на территории в масштабе 1:10000 представлен в приложении Б.

Определение КПД и КЗИ оросительной системы

Коэффициент полезного действия (КПД) оросительной системы рассчитывается по формуле:

, (25)

где WН – объем воды, подаваемый на поле для орошения, м3;

WБР – объем воды, подаваемый из источника,м3.

Объем воды, подаваемый на поле определяется по формуле:

WН=УSi·Мi(26)

где S – площадь поля орошаемого участка, га;

М – оросительная норма, м3/га;

i – номер поля.

Объем воды, подаваемый из источника определяется по формуле:

WБР= WН+ WГ+Wф+Wисп.(27)

где WН – объем воды, подаваемый на поле для орошения, м3;

WГ – потери воды с гидросооружений, м3;

Wисп – потери воды на испарение из каналов;

Wф – фильтрация воды на каналах.

Рассчитаем КПД орошаемого участка с восьмипольным севооборотом, обслуживаемым дождевальной машиной «Фрегат».

По формуле 26 определяем подаваемый на поле объем воды:

WН=70·4014,5+70?4114,5+70·4014,5+70·2485,5+70·5100,5+70·2564,75

+70?2737+70·4014,5=2033202,5 м3

Потери через гидросооружения составляют 5 %, а объем воды WГ=101660,1 м3, а потери воды на испарение и фильтрацию при орошении дождевальной машиной «Фрегат» не учитываются.

Тогда WБР= 2033202,5 + 101660,1= 1564920 м3

КПД = 2033202,5 / 2033202,5+101660,1 = 0,952

Для определения коэффициента земельного использования (КЗИ) участка ширину каналов принимают:

– магистрального – 6-10 м ( в зависимости от расхода воды);

– распределительного – 4 м;

– временного оросителя с полосой отчуждения – 5,5 м;

Ширина лесополос по периметру – 20 м;

– основных – 10 м;

– дополнительных – 10 м.

Ширину внутрихозяйственных дорог принимают равной 6,5 м, полевых – 5 м, эксплуатационных – 6 м.

Далее по формуле 28 и таблице 24 производится расчет КЗИ орошаемого участка.

КЗИ=,(28)

где – площадь участка по заданию, га;

– орошаемая площадь после отчуждения под каналы, лесополосы и т.д., га.

Коэффициент земельного использования (КЗИ) должен быть не ниже 90%, а на технически современных оросительных системах приближаться к 0,95.

Таблица 24

Результаты расчета площади нетто орошаемого участка

Наименование площади	Длина, м	Ширина, м	Площадь, га
Площадь орошения брутто	–	–	560
Магистральный канал (трубопровод)	3228,1	6	1,93
Распределительные каналы (трубопровод)	5019,6	4	2,01
Временные оросители (при открытой или комбинированной системе)	–	–	–
Дороги: внутрихозяйственные полевые эксплуатационные	4901,3 6692,8 5019,6	6,5 5 6	3,18 3,34 3,01
Лесополосы: по периметру основные дополнительные	10039,2 5019,6 3346,4	20 10 10	20,07 5,02 3,34
Общая площадь отчуждений	–	–	41,93
Площадь нетто	–	–	518,06

По формуле 28

КЗИ орошаемого участка =518,06/560·100=92,51%

Отчуждения занимают – 7,49% площади.

Источник

При конструировании оросительной сети определяют: высотное положение элементов по отношению к поверхности земли, форму поперечного сечения каналов, наличие и материал покрытия, экрана или искусственного русла канала, материал труб.

Сечение в неглубокой выемке устраивают, когда не требуется командование уровня воды в канале над поверхностью земли. Такие условия бывают на холостых (транзитных, без раздачи воды) участках магистральных и межхозяйственных каналов и на открытой сети при поливе дождеванием. Сечение в полувыемке-полунасыпи устраивают для рабочей части оросительных каналов при поверхностном способе полива, требующем командования уровня воды в канале над поверхностью земли. Сечение в насыпи необходимо для создания командования канала на малоуклонных местностях и при пересечении каналом пологих понижений. Сечение в глубокой выемке характерно для головных участков магистральных каналов и при пересечении каналом небольших возвышенностей, холмов. Канал на косогоре применяют при поперечном уклоне местности. Для повышения устойчивости таких каналов требуется крепление низовой дамбы и перехват поверхностных вод с верхнего склона.

Форма поперечного сечения каналов в земляном русле может быть различной. Её выбирают из условий устойчивости русла, экономичности сечения, возможности механизированного строительства и ремонта. Наиболее распространено трапецеидальное сечение. Для крупных каналов применяют параболические и сложные сечения. В слоистых грунтах возможно полигональное сечение. Для временной сети иногда применяют треугольное сечение.

Каналы в земляном русле имеют наименьшую стоимость строительства, но у них есть существенные недостатки: неустойчивость русла, размывы дна и откосов, обрушения и оползания откосов, большие потери воды на фильтрацию в грунт. Поэтому экономически и экологически целесообразно применять на каналах защитные покрытия и экраны или искусственные русла. Покрытием, облицовкой, одеждой канала называют слой защитного материала, уложенного на дно и откосы канала. В зависимости от материала покрытия оно может укреплять русло, снижать фильтрацию воды из канала или выполнять сразу обе функции. Экраном называют слой непроницаемого материала, уложенного по периметру сечения под небольшим слоем грунта, защищающего экран. Экраны устраивают для снижения фильтрации воды из канала.

Крепление русла позволяет увеличить скорость течения воды и соответственно уменьшить площадь поперечного сечения канала; сделать откосы более крутыми, уменьшить ширину канала по верху и площадь отчуждений под канал. Для покрытий каналов чаще всего используют монолитный и сборный бетон и железобетон, синтетические пленки, реже – асфальт, асфальтобетон, битум, глинистые грунты, гравийные и щебеночные отсыпки, каменную наброску и мощение, бутовую и кирпичную кладку. Для экранов применяют глинистые грунты, синтетические пленки, асфальтовые и глинистые материалы.

Поперечное сечение облицованных и экранированных каналов выполняют в основном трапецеидальной формы по условиям производства работ. Выбор защитного материала для канала зависит от его стоимости, прочности, долговечности, степени и надежности защиты, наличия местных материалов.

Часто оказывается технически и экономически целесообразным применение лотков. Лотковые каналы применяют для уменьшения фильтрации воды из канала, на участках в насыпи, на скальных грунтах, на неустойчивых, просадочных, пучинистых грунтах, на косогорах, при повышенных скоростях воды в канале, для устройства быстротоков и акведуков.

Лотковые каналы представляют собой сборные железобетонные конструкции, состоящие из отдельных лотковых звеньев длиной 5…8 м, установленных на опорах. Достоинствами лотковой сети являются: малые потери воды, отсутствие размыва русла и зарастания его, возможность обеспечить командование, индустриальные методы строительства. Недостатками лотковых каналов являются трудности транспортирования лотков, их хрупкость, несовершенство стыков между лотками, отсутствие средств механизации для очистки каналов от наносов.

Трубчатую стационарную сеть устраивают из труб различных материалов: асбестоцементных, железобетонных, стальных, чугунных, пластмассовых. Выбор материала труб зависит от напора воды в сети, характера и режима работы трубопроводов, района строительства, грунтов, стоимости труб, сложности монтажа. Значения предельно допустимых давлений для разных труб приводятся в каталогах, справочниках. Так, асбестоцементные и пластмассовые трубы могут выдерживать давление до 1 МПа и применяются при напорах в сети до 100 м. При более высоких напорах применяют железобетонные (на давление до 2 МПа), стальные (до 2,4 МПа), чугунные (до 1,6 МПа). На просадочных, пучинистых и других неустойчивых грунтах, а также в районах сейсмической опасности применяют только металлические трубы.

По стоимости наиболее дешевы асбестоцементные и железобетонные трубы. Их широко применяют на оросительных системах. Все чаще используют железобетонные трубы со стальным сердечником и тонкостенные стальные трубы с различными антикоррозийными покрытиями. Пластмассовые трубы в наибольшей степени отвечают требованиям оросительных сетей, так как они прочны, долговечны, легки, не подвержены коррозии, имеют малые гидравлические сопротивления.

Глубина укладки трубы стационарной сети зависит от промерзания грунтов и сохранности труб при переездах техникой. Передвижную трубчатую сеть монтируют на поверхности земли из облегченных труб с быстроразборными соединениями. Материал гибких переносных труб – капрон, полиэтилен, прорезиненная ткань. Для жестких передвижных трубопроводов применяют асбестоцементные, алюминиевые, тонкостенные стальные трубы.

Размеры конструктивных элементов оросительной сети, скорости, напоры, уклоны определяют из условий обеспечения требуемой пропускной способности сети, командования на всех водовыпусках, устойчивости и надежности, соответствия параметрам строительных машин и механизмов, возможности автоматизации управления работой сети. Для проведения соответствующих расчетов необходимо определить величины расходов воды, подаваемых в каждый элемент сети. Эти расходы называют расходами брутто Qбр, они учитывают как потребности орошаемых сельскохозяйственных культур в воде (расход нетто Qнт), так и потери воды в процессе ее подачи по сети Qпот:

Qбр = Qнт + Qпот

Основой для определения расходов нетто оросительной сети при поверхностном способе полива является график гидромодуля, построенный в результате разработки режима орошения сельскохозяйственных культур. По максимальной и минимальной ординатам графика гидромодуля определяют максимальный и минимальный расходы нетто в канале, обслуживающем орошаемый участок, для которого составлен график гидромодуля.

На крупных каналах кроме орошения могут быть и другие потребители воды, тогда соответственно учитывают подаваемые им расходы воды. Перечисленные выше каналы и более старшие распределители постоянно действуют в течение поливного сезона. Младшие каналы и трубопроводы обычно работают периодически в соответствии с графиком поливов отдельных полей. Расходы старших каналов распределяют на младшие каналы так, чтобы соблюдались сроки и продолжительность поливов, обеспечивалась работа поливной техники, выполнялись технологии поливов, допускались своевременные послеполивные обработки почвы и сельскохозяйственные работы.

При поливе дождеванием расход нетто на севооборотный участок определяют по числу одновременно работающих дождевальных машин. Расходы воды в распределительном трубопроводе, подающем воду к полям, обычно изменяют по участкам трубопровода и определяют для случая неблагоприятного расположения машин на участке. Расходы воды в поливных трубопроводах, проходящих по полям, из экономических соображений обычно принимают минимально возможными.

Потери воды из оросительной сети происходят на испарение, фильтрацию в грунт и различные эксплуатационные утечки. Потери на испарение и утечки составляют 4…8 % суммарных потерь, что находится в пределах точности определения потерь и обычно не учитывается. В трубопроводах нет потерь воды на испарение и фильтрацию, поэтому для трубчатой сети принимают запас (1…3 %) на случайные утечки.

В каналах основной объем потерь воды идет на фильтрацию в грунт через дно и откосы канала. Величина фильтрационных потерь зависит от водопроницаемости грунта, размеров и формы поперечного сечения канала, расхода воды в нем, глубины уровня грунтовых вод или водоупора под каналом. Расчетные формулы для определения фильтрационных потерь на единицу длины канала приведены в справочной литературе.

Потери оросительной воды снижают эффективность использования водных ресурсов. Степень полезного использования воды оценивают коэффициентом полезного действия оросительной сети (КПД):

‏η = Qнт/Qбр,

В Qбр должны быть учтены потери воды во всех одновременно действующих элементах сети.

Для отдельных элементов сети КПД составляет: для временных оросителей 0,95…0,96; для выводных борозд и передвижных трубопроводов 1,0; для стационарных трубопроводов 0,98…0,99; для младших внутрихозяйственных (участковых) каналов в бетонированном русле 0,97…0,98; в земляном русле 0,90…0,92; для лотковых каналов на 1 км длины 0,98…0,99. Для оросительной сети, состоящей из элементов разного порядка, КПД равен произведению КПД составляющих элементов.

В зависимости от протяженности для открытой сети с противофильтрационными мероприятиями ориентировочно КПД = 0,80…0,85, для трубчатой сети – 0,96…0,97.

Размеры поперечных сечений элементов оросительной сети определяют гидравлическим расчетом, для чего необходимы: расходы воды, уклоны каналов, отметки поверхности воды в них для обеспечения командования, требуемые напоры на водовыпусках из трубчатой сети, заложение откосов каналов, коэффициенты шероховатости русел и труб.

Для постоянно действующих каналов в земляном и облицованном руслах расчетными расходами воды являются нормальные, форсированные и минимальные. Нормальным называют максимальный расход брутто в начале рассчитываемого канала или участка, полученный исходя из максимальной ординаты графика гидромодуля. По нормальному расходу определяют размеры поперечного сечения, проверяют скорости воды, проектируют вертикальное сопряжение элементов сети.

Форсированный расход равен Qфорс = Qнорм Кфорс, где Кфорс – коэффициент форсирования (запаса), определяемый нормативами. По форсированному уровню воды в канале назначают высоту дамбы или глубину каналов.

Минимальным считают расход брутто, полученный расчетом по минимальной ординате графика гидромодуля. По минимальному расходу проверяют условия командования канала на водовыпусках в младшие каналы, при необходимости размещают подпорные сооружения.

Для каналов периодического действия расчетными являются нормальные расходы, для всех лотковых каналов – форсированные, для трубопроводов – нормальные.

Расчетные геодезические уклоны для каналов определяют по линии нормального уровня воды в канале. Эту линию проектируют на продольном профиле канала из условия командования на водовыпусках. Превышение уровня воды в старшем канале над уровнем воды в голове младшего канала должно быть не менее величины потерь напора в водовыпуске.

На водовыпусках из трубчатой сети в открытую регулирующую сеть достаточны свободные напоры 0,3…0,5 м. При поливе дождеванием на гидрантах-водовыпусках требуются напоры, соответствующие техническим характеристикам дождевальных устройств.

Заложение откосов каналов зависит от угла естественного откоса грунтов или прочности покрытия канала и определяется по справочникам, нормативам или специальными расчетами. Коэффициент шероховатости влияет на скорости движения воды и потери напора. Он зависит от материала и состояния русла канала или трубопровода, его значения приведены в справочниках.

Гидравлические расчеты каналов и трубопроводов проводят по формулам равномерного установившегося движения воды. Скорости течения воды в каналах и трубопроводах должны быть в допустимых пределах: vмин<v<vмакс. Минимальный предел скорости установлен для предотвращения процессов зарастания и заиления. По условию зарастания русел каналов vмин = 0,3 м/с. Предел скорости по условию заиления зависит от крупности наносов, содержащихся в воде. Для определения скорости начала осаждения наносов сравнивают мутность воды (содержание наносов в единице объема воды) и транспортирующую способность потока (количество наносов в единице объема воды, которое может транспортировать поток без их осаждения). Транспортирующую способность потоков определяют по формулам, приведенным в справочниках. Для каналов минимальная скорость бывает порядка 0,3…0,5 м/с. Для трубопроводов обычно принимается vмин = 0,8 м/с.

Максимальную допустимую скорость в земляных руслах принимают по условию неразмываемости грунта. Для различных грунтов эти скорости приведены в справочниках. В облицованных и лотковых каналах максимальная скорость воды ограничена условием спокойного течения на поворотах и водовыпусках, обычно vмакс = 6 м/с.

В трубопроводах максимальная скорость ограничена опасностью гидравлического удара и допустимой величиной потерь напора в трубчатой сети. Для обеспечения требуемых напоров на водовыпусках определяют необходимый напор в начале сети

H = Hсв + Hгеод + hпот,

где Hсв – свободный напор на расчетном гидранте-водовыпуске; Hгеод – геодезическое превышение, т. е. высота подъема воды от уровня или напора в начале сети до отметки земли у расчетного водовыпуска; hпот – сумма потерь напора по длине и местных от начала сети до расчетного водовыпуска.

Необходимые напоры в сети могут образоваться за счет понижения местности по трассам трубопроводов, т. е. когда Hгеод < 0. Такие трубчатые сети или отдельные трубопроводы называются самонапорными. В противном случае нужна насосная станция.

Изменением диаметров труб на участках трубчатой сети в пределах допустимых скоростей можно изменять hпот и напор H в начале сети. Например, при больших уклонах местности и запасах по напорам в самонапорной сети могут быть уменьшены диаметры труб и снижена стоимость сети. В системах с механическим подъемом воды (с насосной станцией) некоторое увеличение диаметров (повышение капиталовложений) позволяет снизить напор и мощность насосной станции и соответственно затраты энергии на подачу воды.

На отдельных участках крупных каналов скорости рассчитывают при неравномерном режиме работы канала, создаваемом работой гидротехнических сооружений (подпоры и спады уровней). Трубчатую сеть проверяют на опасность возникновения гидравлического удара, в результате чего могут быть выбраны противоударные устройства или более прочный материал труб.

В период эксплуатации оросительной сети при нарушениях проектных условий или недостаточно детальном учете условий при проектировании возможны нарушения формы и размеров поперечных сечений каналов, называемые деформациями. Наиболее часто различные деформации происходят на каналах в земляном русле: заиление, зарастание, размыв, оползание и обрушение откосов, просадочные явления.

Заиление возможно при малых скоростях и большой мутности воды. Если при проектировании канала нет возможности обеспечить достаточные уклоны и скорости, то в период эксплуатации приходится выполнять большие объемы работ по очистке каналов от наносов. Возможно также понижение мутности воды путем устройства в начале оросительной сети бассейна-отстойника или перехвата наносов в конструкции головного водозаборного сооружения.

При зарастании дна и откосов канала в период эксплуатации необходимо косить или сжигать (что нежелательно) растительность, применять ядохимикаты (что тоже нежелательно), разводить травоядные виды рыб. Последний способ приносит двойную пользу, но требует изменения режима работы канала. Предотвращает зарастание каналов применение покрытий и экранов, при устройстве которых основание обрабатывается гербицидами.

Размывы русла можно предотвратить, если при проектировании уменьшить уклоны (путем устройства перепадов, быстротоков) или предусмотреть облицовку канала, возможно также и повышение шероховатости русла.

Обрушения и оползания откосов происходят из-за нарушения угла естественного откоса грунта, из-за неоднородности грунтов по трассе каналов. Для предотвращения таких деформаций устраивают более пологие откосы, что увеличивает ширину канала по верху, или крепят откосы . Просадки грунтов проявляются в виде неравномерных осадок и трещин при увлажнении лессовых грунтов. При строительстве каналов и сооружений на лессовых грунтах нужны надежные противофильтрационные меры, предварительное замачивание грунта перед строительством, замена лессового грунта на устойчивый, изменение размеров сечений и сооружений с учетом будущих просадок.

При выборе конструкций и расчетах каналов большое внимание уделяют снижению фильтрационных потерь из каналов, повышению их КПД. Выше говорилось об отрицательных последствиях таких потерь: излишние затраты воды, увеличение подаваемых расходов и размеров поперечных сечений каналов и сооружений, опасность подъема уровня грунтовых вод, заболачивания и засоления земель. Снизить фильтрационные потери из каналов можно уменьшением водопроницаемости грунтов путем их уплотнения, кольматации, химической обработки, пропитывания битумом и др. Против фильтрации широко применяют облицовки и экраны, замену каналов в земляном русле на лотковые или на трубопроводы при реконструкции. При эксплуатации оросительной сети снижению потерь воды способствует четкое соблюдение планов водоподачи.