Проектирование осушительно -оросительной системы

Содержание:

 

Введение	2
1 Природно-климатические условия  и хозяйственное использование  участка	4
2 Выбор метода и способа осушения	5
3 Требования, предъявляемые к элементам  осушительно-оросительной системы  при проектировании	6
4 Проектирование осушительной части системы	8
- расчет глубины заложения дрен	8
- расчет притока воды к дрене	8
- расчет расстояния между дренами	9
-гидравлический расчет дрен  и коллекторов	10
- глубина и вертикальное сопряжение  элементов осушительной сети	12
5. Проектирование оросительной части системы	14
-выбор типа дождевальной машины	14
-расчет полива дождеванием	14
-гидравлический расчет оросительной  сети	15
-подбор насосно-силового оборудования напорной оросительной сети	17
Вывод	21

 

 

Введение

 

Мелиорация – «melioratio», улучшение. Мелиорация это изменение природных условий путем регулирования водного и связанного с ним воздушного питательного и теплового режима в почве, которые направлены на улучшение плодородия почвы или общего оздоровления местности.

Сельскохозяйственная мелиорация – это система организационно-хозяйственных и технических мероприятий по коренному улучшению неблагоприятных гидрологических почвенных и агроклиматических условий с целью наиболее эффективного использования земельных ресурсов.

 

Виды мелиорации:

• агротехнические,
• культурно-технические,
• химические,
• биологические,
• водохозяйственные,
• гидротехнические.

Агротехнические – улучшение структуры водно-физических свойств почвы и микрорельефа.

Культурно-технические – улучшение поверхности и конфигурации полей, первичное освоение.

Химические – улучшение химических и водно-физических свойств почвы.

Биологические –  повышение плодородия почвы, предотвращение водной и ветровой эрозии с помощью травяной и древесно-кустарниковой растительности.

Водохозяйственные – улучшение состояния водных объектов и качества воды.

Гидротехнические –  регулирование и управление водным режимом почв. Это отдельная отрасль мелиорации, требующая больших капиталовложений.

 

По соотношению осадков (Р) и  испарения (Е) вся территория СНГ делится на 5 мелиоративных зон:

1. гумидная (избыточное увлажнение) Р>Е в 1,2-2раз, анаэробный процесс почвообразования, обширная площадь болот и заболоченных земель, необходимо осушение и химическая мелиорация;
2. лесостепная Р≈Е (500-600мм в год), самая благоприятная зона, теоретически мелиорация не нужна, используют орошение при возделывании особо ценных культур;
3. степная Е>Р в 1,2 – 1,5 раза, представлена выщелоченными черноземами и темно-каштановыми почвами, требуется орошение;
4. сухостепная Е>Р в 1,5 – 2 раза, представлена светло-каштановыми почвами, требуется орошение, а также химические и биологические мелиорации;
5. аридная (острозасушливая) Е>Р в 2 и более раз, почвы пустынные, полупустынные, сероземы, ведение сельского хозяйства без орошения невозможно, необходимы растительные и химические мелиорации.

 

1 Природно-климатические условия и хозяйственное использование участка.

Участок, предусмотренный для проведения мелиорации, расположен в Московской области,  которая относится к гумидной зоне.

Московская область расположена в центральной части русской равнины. По рельефу равнина не однородная представляет собой волнистое плато с заболоченными понижениями, рассечена глубокими и широкими долинами рек. Речная сеть области довольно густая. Большинство рек относятся к бассейну реки Ока и ее притоков, и только на севере области к бассейну верхней Волги. Общим для всех рек является затопление пойм в среднем на 10-20 суток.

Климат области  характеризуется теплым летом и  умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Среднемесячная температура воздуха самого теплого месяца июля +15 +23 ⁰С, самого холодного месяца января –10 –12 ⁰С. Теплый период со среднесуточной положительной температурой имеет продолжительность от 206 до 216 суток.

Московская область  относится к зоне достаточного увлажнения. Годовая сумма осадков 550-650 мм с колебаниями в отдельные годы 270-800 мм. Но данные осадки выпадают крайне неравномерно, поэтому возникает необходимость полива.

Изучаемый участок является частью поймы реки Карповка. На осушаемой почве предполагается ввести овощекормовой севооборот.

Так как Московская область относится к гумидной зоне, осадки в течение вегетации  выпадают неравномерно, поэтому целесообразно  использование двустороннего регулирования  водного режима.

 

2 Выбор метода и способа осушения

 

От метода и способа осушения зависит конструкция, расположение осушительной сети в плане.    

        Метод осушения  - это комплекс организационно-технических мероприятий, направленный на ликвидацию причины избыточного увлажнения или заболачивания.

По заданию источник переувлажнения – грунтовые воды, следовательно, имеется грунтовый тип водного  питания. Методом осушения будет  – понижение уровня грунтовых  вод.

Техническое осуществления метода осушения с целью создания оптимального водно-воздушного режима в осушаемом слое почвы для выращивания сельскохозяйственных культур называется способом осушения.

   Способ осушения принимаем закрытый горизонтальный дренаж. Достоинство способа: обеспечивает равномерное снижение уровня грунтовых вод, не препятствует проходу сельскохозяйственной техники и способствует высокому коэффициенту испарения.

 

 

 

 

 

 

a – норма осушения,

b – глубина заложения дрен,

В – расстояние между дренами.

 

      Основные элементы осушительной системы:

1. Осушаемая территория (часть поймы реки Карповка);
2. Водоприемник (река Карповка);
3. Регулирующая сеть (закрытые дрены);
4. Проводящая сеть (открытые магистральные каналы и закрытые коллекторы);
5. Ограждающая сеть (нагорные, нагорно-ловчие и ловчие каналы);
6. Гидротехнические сооружения (шлюзы-регуляторы, устьевые сооружения, смотровые колодцы);
7. Дороги, дорожные сооружения.

 

3 Требования, предъявляемые к элементам осушительно-оросительной системы при ее проектировании.

      Водоприемник должен полностью вмещать и своевременно отводить всю избыточную воду, поступающую из осушительной сети за пределы осушаемой территории.

      Закрытые дрены служат для приема избыточной воды из почвы и отвода ее в закрытые коллекторы. Дрены являются регулирующей сетью, поскольку непосредственно регулируют водно-воздушный режим.

Проектируют их с минимальным уклоном 0,002 и с длиной 50-250 м (опт. 150-200 м).

      Расстояние  между дренами (В) и глубина  заложения (в) определяются расчетами.

 

 

                                                                                               

 

 

 

 

 

   

 

 

НК – нагорный канал,

МК – магистральный канал,

К₁,К₂ – коллекторы,

В –расстояние между дренами,

l – длина дрены.

 

  Закрытые  коллекторы служат для приема воды из дрен и отвода ее в магистральные каналы.

 Их проектируют  с уклоном 0,0015-0,003 и длиной 400-1200 м. Расстояние между коллекторами определяется длиной дрен и способом подсоединения дрен к коллектору, углом подсоединения дрен к коллектору. Сопряжение дрен с коллектором, а также коллектора с магистральным каналом желательно устраивать под прямым углом и не острее 60°.

Коллекторы осушают  с обеих сторон по 20 м.

  

  Магистральный  канал служит для приема воды из открытых коллекторов и отвода ее в водоприемник. Магистральный канал проектируют по наименьшим отметкам местности. Русло канала должно совпадать с направлением паводка и иметь наименьшее число поворотов. 
      Открытые каналы проектируют только по границами полей либо севооборотов. Отрытые каналы осушают с обеих сторон по 50 м.

     

Ограждающая сеть служит для перехвата поверхностных и грунтовых вод, притекающих с соседних территорий. Может быть представлена нагорным, ловчим и нагорно-ловчим каналом.

 

 

 

Нагорный канал предназначен для  перехвата поверхностных вод. Глубина канала 1-1,5 м.

 

 

Ловчий канал –  ЛК – служит для  перехвата грунтовых вод. Глубина залегания более 1,5 метров.

 

 

 

 

 

 

Нагорно-ловчий канал предназначен для перехвата как поверхностных, так и грунтовых вод.

Ограждающие каналы проектируют только по границам севооборотов.

 

      Гидротехнические сооружения.

 

Шлюзы-регуляторы проектируют при  впадении магистрального канала в водоприемник, а также одного канала в другой для регулирования уровня воды.

Устьевое сооружение проектируют  при впадении коллекторов в магистральный  канал.

Смотровой колодец устанавливается  на закрытом коллекторе через каждые 400-600 метров, начиная от истока, для наблюдения за уровнем грунтовых вод.

     

Дороги и дорожные сооружения. Дороги проектируются по границам полей из расчета 1 дорога на 2 поля. В местах где дорожное полотно пересекает открытый водный поток устанавливаются трубы-переезды.

 

4 Проектирование осушительной части системы

Расчет глубины заложения дрен

 

                                                                                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

 

 

                                         

 

 

 

 

b_др = a + h + d + bb_min, м

 

где а – норма осушения, т.е. требуемая глубина грунтовых вод, которая обеспечивает оптимальный водно-воздушный режим в корнеобитаемом слое (а = 0,5-0,6 м на начало вегетации) а=0,6м;

d – внешний диаметр дрен с учетом фильтрационной обсыпки (0,1 м);

h – прогиб кривой депрессии. Это кривая грунтовых вод, полученная в результате осушения, данная величина зависит от механического состава грунтов, так в моем примере почвы представлены средним суглинком, подстилаемым тяжёлым суглинком, следовательно h = 0,3 м;

b_min – мощность осушаемого слоя почвы, м

β - коэффициент уплотнения грунта;

bbmin - осадка грунта в результате осушения,

 

βb_min = β_с.с.* b + β_т.с.* b

βb_min = 0,07 * 0,5 + 0,03 * 0,5 = 0,05м

 

b_др = 0,6 + 0,3 + 0,1 + 0,05 = 1,05 м.

Расчет притока воды к дрене

 

      Приток воды к  дрене за расчетный период  определяется по формуле: 

          q = ; м/сут

q – приток воды к дрене (м/сут);

t _c – время сброса избыточных вод (10 суток);

m_c – избыточный слой воды, который необходимо удалить с поверхности и из активного слоя почвы за расчетный период (t).

                  m_c = H _b +  d + O – E, [м]

где H_b – слой воды, оставшейся на поверхности почвы в микропонижениях после снеготаяния. Для Московской области H_b = 0,02м;

d – коэффициент водоотдачи. Из бланка задания d = 0,08;

α - норма осушения (0,6м);

О – сумма выпавших осадков за расчетный период;

Е – испарение за расчетный  период.

О≈Е

m_с = 0,02 + 0,08 * 0,6/2 = 0,044 м.

 

q = м/сут

Расчет расстояния между дренами

 

   

                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 Н – средний напор воды над дреной за расчетный период,

      Н = b – 0.6a,  м

Н = 1.05 – (0,6 · 0,6) = 0,69м;

Т – расстояние от дрен до водоупора. Т = 6м;

d – внешний диаметр дрены;

В- расстояние между дренами. Зависит от миграционных свойств грунтов и гидрогеологии.

Расстояние между дренами может определяться по различным формулам, в зависимости от соотношения В/Т:

1. В/Т >3 – формула С.Ф. Аверьянова

 
В = 2 Н * ,

Кф – коэффициент фильтрации; 
a - коэффициент висячести, учитывающий положение дрены по отношению к водоупору. a = 0,9

 

2)   В/Т <3 – А.Н. Костякова.

 
В = π · К_Ф · Н / 2,3q(lgВ/d – 1); м

 

  > 3;  =3,3-5,0

      Расчет будем вести  по формуле С.Ф. Аверьяннова:

     

     

 

Гидравлический расчет дрен и коллекторов

 

Целью гидравлического  расчета является установление диаметра и пропускной способности труб.

Расчет ведут  по формуле Шези:

 

Q = ω C √ Ri = ω · V; л/с (м³/с), где

 

ω – площадь поперечного сечения

C – cкоростной коэффициент, зависящий от материала, из которого изготовлены трубы

R – гидравлический радиус

i – уклон трубы

V – скорость течения воды, определяется по формуле: V = с √ R.

ω =

      По гидравлической  таблице для стандартной керамической  дрены с диаметром 5 см и  уклоном 0,002 м расход устьевой части дрены будет равен Q_теор = 0,39 л/сек (теоретический), тогда фактический расход воды в дрене можно определить по формуле:

 

Q_факт = q _m * ω _др , л/с

 

где q _m – максимальный модуль дренажного стока.

 q _m = 116* 0,0044 = 0,5 л/сек

ω _др - площадь, обслуживаемая одной дреной,

ω _др = ,

       l _др – длина дрены (200 м);

 

 ω _др =                  = 0,48

 

 

      Q_факт = 0,5 * 0,48 = 0,24 л/сек

 

Вывод:

 Q_факт  ‹ Q_теор

Следовательно, можно считать, что  принятый диаметр дрен и расстояние между дренами обеспечивает достаточный отток грунтовых вод с осушаемой территории. Т.е. все параметры дренажа запроектированы верно.

 

 

Коллекторы проектируют телескопического поперечного сечения, т.е. с увеличивающимся диаметром от истока к устью по мере увеличения числа дрен, впадающих в коллектор.     

Коллекторы выпускает следующих диаметров: 10; 12,5; 15; 17,5; 20; 25см….1м.

 

 

 

                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Участок длины коллектора  заданного диметра известного уклона определяем по формуле:

где Qk – пропускная способность коллектора заданного диаметра и известного уклона определяемая по гидравлической таблице;

В – расстояние между дренами, В=24;

Q_ф – расход воды в л/с (фатк.0,24).

 

Расчет коллектора ведем в табличной  форме.

 

 

Lк = 890м

 

 

Таблица №3

Сводная таблица расчета коллекторов 

 

Диаметр коллектора (dk),см	Пропускная способность коллектора (Qk), л/сек	Длина коллектора, м		Кол-во коллекторов	Общая длина труб
		Расчетная (ln)	Принимаемая (an)
10,0	3,54	354	354	14	4956
12,5	6,59	659	305	14	4270
15,0	10,47	1047	231	9	2079
Сумма	-	-	890	-	-

 

 

Глубина и вертикальное сопряжение элементов осушительной сети

 

      При  вертикальном сопряжении каналов,  коллекторов и дрен следует  соблюдать условия бесподпорной  работы каждого элемента сети  в расчетные периоды. 

Первый   этап: Определение глубины залегания дрены от ее истока до устья.

При определении глубины заложения дрен в истоке и устье может быть 2 случая:

1) i_м ≥0,002

 

 

 

 

 

 

 

b_ист = b_уст = b_{ср дрен}, т.е. дрена параллельна поверхности земли.

2) i_м < 0,002

 

 

 

 

 

 

 

В этом случае дрены закладываются  с искусственным уклоном:

b ист = b др – r, м

b ист = b др + r, м,

где I – искусственный уклон дрены;

      L – длина дрены.

 

Т.к. уклон местности  равен 0,002, дрены параллельны поверхности, поэтому диаметр в истоке будет  равен диаметру в устье = 1,05.

 

Второй этап: определение глубины коллектора

 

 

 

 

 

 

 

b_к = b + d _k, м

d_k – внешний диаметр коллектора, d_k  = d + 2τ, где

 где  t - толщина стенок коллектора;

  d – внутренний  диаметр коллектора.

 

Определим диаметр коллектора в источнике:

^b_k^{= b + d}_{k min,} ^м

d_{k min}= 0,1 + 2 · 0,01 = 0,12м

^b_k^{= 1,05 + 0,12 = 1,17м}

 

Определим диаметр коллектора в устье:

^b_k  ^{= b + d}_{k min} ^;м

d_{k min}  = 0,15 + 2 · 0,02 = 0,19м

^b_k ^{= 1,05 + 0,19 = 1,24м}

 

Третий этап: определение глубины магистрального канала

 

 

 

 

 

 

 

 

При сопряжении коллектора с магистральным каналом необходимо, чтобы дно коллектора было на 10-20 см (Z) выше уровня воды в канале.

B _м.к= b _k.уст + Z + h; м

Z = 10-20 см = 0,1-0,2 м

B _м.к. = 1,24 + 0,15 + 0,5 = 1,44 м.

 

Четвертый этап: сопряжение магистрального канала с водоприемником

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При сопряжении магистрального канала с водоприемником необходимо, чтобы дно канала было не ниже уровня воды в водоприемнике.

По задания, уровень воды в водоприемнике  на 2 м ниже поверхности земли.

 

   ПЗ=72,5 следовательно    УВ-В_м.к=70,5м

 

   МК=72,5 – 1,44 = 71,06

Из выше приведенных вычислений можно сделать вывод, что отметка магистрального канала на 0,56м выше уровня воды в водоприемнике. Следовательно, будет обеспечена бесподпорная работа всех элементов осушительной сети.

 

 

5 Проектирование оросительной части системы

Выбор типа дождевальной машины

 

      При  выборе дождевальной машины для  орошения с.-х. культур руководствуются  следующими правилами:

1. Интенсивность дождя дождевальной машины должна соответствовать скорости впитывания воды в почву;
2. Габариты машины должны соответствовать размеру и конфигурации орошаемого участка;
3. Необходимо проанализировать технико-экономические показатель машины, качество обслуживаемого персонала,  возможность работы от закрытой оросительной сети, влияния ветра на равномерность распределения дождя по площади, маневренность и проходимость машины по полю.

     Вышеперечисленным требованиям отвечает дождевальная машина марки ДКГ-80 «Ока», которая предназначена для механизации полива дождеванием низкостебельных сельскохозяйственных культур и имеет следующие технические характеристики:

• ширина захвата дождем 800м;
• радиус разбрызгивания 36м;
• орошаемая площадь 2,88га;
• расход воды 100л/с.

Расчет полива дождеванием

 

 При расчете полива дождеванием определяется интенсивность дождя, время стоянки машин на одной позиции, суточная и сезонная производительность машины, а также количество машин, необходимых для полива заданной площади.

 

1. Интенсивность дождя 

; мм/мин,

 

 

      Q_м – расход воды машиной в л/с, (100 л/сек)

К – коэффициент учитывающий условия работы машины. К = 0,95

W_ст - площадь полива с одной позиции. W_ст = 2,88 га = 28800 м²

 

 

2. Время стоянки  на одной позиции

      Тст  =          ; мин

 

 

m_бр – расчетная поливная норма (из задания = 300 м³/га).

 

 или 2ч 16 мин

 

3. Суточная производительность дождевальной машины

 

     

 

3,6 – коэффициент перевода из часов в сутки;   

t – продолжительность рабочего дня (16 часов);

η_сут – использование рабочего времени за смену, η_сут = 0,8;

 

 

4. Сезонная производительность машины

 

;га

 

η_сез-коэффициент использования рабочего времени в течение сезона, η_сез=0,8;

Т– межполивной период (из бланка задания 10 суток).

га

 

5. Число машин необходимых для полива всего участка

     

 

 

Кз – коэффициент  запаса, Кз=1,2;

Sор – орошаемая площадь

 

Sор = Sсев · КЗИ

 

Sсев – площадь севооборота;

КЗИ – коэффициент земельного использования, КЗИ = 0,8.

 

Sор = 288 · 0,8 = 230,4 га

 

т.е. для полива севооборота будет использовано 2 машины.

Гидравлический расчет оросительной сети

 

1 Расчет полевого  трубопровода

1.1 Расход воды, подаваемой в полевой трубопровод

    , м³/с

 

Q_м – расход воды машиной;

η_сети – КПД оросительной сети, η_{сети =} 0,98;

1000 – коэффициент перевода  из литров в м³.

 

 м³/с

 

1.2 Диаметр полевого  трубопровода

d_пт = 1,13 ,м

V – объем воды в трубопроводе (0,75-1,5 м/с), V=1м/с

 

d_пт = 1,13 = 0,361м = 0,361мм

 

По ГОСТУ 539-48 определяем подходящую для получившихся значений марку трубопровода: Марка ВНД-8 асбест с диаметром 368мм.

 

1.3 Скорость воды в полевом  трубопроводе

, м/с

 

2 Расчет распределительного трубопровода

 

2.1 Расход воды, подаваемой  в распределительный трубопровод

 

Расход поливой воды от конца  по направлению к главному трубопроводу увеличивается по мере увеличения числа подсоединяемых дождевальных машин:

 

 

n – число машин на полевом трубопроводе, n = 2.

 

 

  2.2 Диаметр распределительного трубопровода

 

 

Принимаем по ГОСТ трубу диаметром 0,482м.

2.3 Скорость воды в распределительном трубопроводе: 

Полученная скорость находится  в допустимых пределах.

 

3 Расчет магистрального трубопровода

 

Расход поливной воды этого трубопровода равен полному расходу насосной станции,

т.к. по расчету число машин необходимых для полива всего севооборота равно числу машин работающих на распределительном трубопроводе (n = 2), то диаметр магистрального трубопровода равен диаметру распределительного трубопровода:

 

Q_мт = 0,208 м³/с

d_мт = 0,515м, ГОСТ 0,482м

V_мт = 1,47 м/с

Подбор насосно-силового оборудования напорной оросительной сети

 

К насосно-силовому оборудованию относится насос и двигатель. Двигатель подбирается по мощности насоса. Для подбора марки насоса   необходимо знать расчетный расход и полный напор в оросительной сети.

Q_{расчетное} = Q_МТ = Q_РТ = 0,208 м³/с = 208 л/с

 

Расчет полного  напора насоса

 

Н_полн = Н_в.л. + Н_н.л.

 

Н_в.л  - напор всасывающей линии;

Н_н.л. – напор нагнетательной линии

 

 

.