Водосток и его характеристики

         I – уклон грунтового потока

Коэффициент фильтрации зависит от водопроницаемости почвогрунта  и характеризует поросность почвы. Коэффициент фильтрации – это скорость фильтрации при уклоне равном 1.

Коэффициент фильтрации определяется двумя способами: полевым и лабораторным,

Полевые методы

1. Метод восстановления воды в скважине после откачки. Используется при неглубоком залегании грунтовых вод, например на торфяных почвах.
2. Метод инфильтрации (Способ Болдырева). Используется при глубоком залегании вод, например минеральные воды.

 

Определение коэффициента фильтрации методом инфильтрации.

  При определении коэффициента фильтрации на выбранном месте устраивают шурф сечением не менее 0,2х0,2 м или скважину диаметром не менее 0,2 м. Дно шурфа или скважины должно доходить до поверхности того слоя, водопроницаемость которого определяется. При глубоком залегании изучаемого слоя (глубже 0,5 — 0,6 м) сначала выкапывают обычный почвенный шурф (яму), а на дне его устраивают измерительный шурф или скважину. В неустойчивых грунтах шурфы или скважины закрепляются. В дно их забивают колышек, возвышающийся над дном на 5 — 10 см, и насыпают слой мелкого гравия или песка толщиною около 2 см. В шурф или скважину наливают воду до верха колышка. Затем выливают определенное количество воды (500 — 1000 см³) и отмечают время долива на часах.

  Когда уровень воды в скважине снизится до верха колышка, опять выливают то же количество воды и замечают время и т. д.

  В бланке специальной формы записывают время долива и объем вылитой воды.

  Так как сначала одновременно с фильтрацией  происходит и впитывание воды в почву  до определенной влажности, то поступление  воды в почву с течением времени  замедляется. Исследования продолжаются до тех пор, пока фильтрационный расход не стабилизируется (установившийся расход).

Коэффициент фильтрации вычисляют по формуле

   K = Q/F

          Q – установившийся расход воды,  см³/с = м/сутки

          F – площадь смоченной поверхности скважины, см²

     F= πr(r + 2Z)

                r- радиус скважины, см

                Z - высота постоянного слоя воды, см 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определение коэффициента фильтрации методом восстановления воды после откачки

   Тарелочным буром диаметром 10—20 см устраивают не менее двух скважин глубиной, приблизительно равной глубине осушительных каналов или дрен, приблизительно 1 м. После устройства скважины следует выждать, пока уровень воды в ней займет свое естественное положение, т. е. до тех пор, пока не прекратится подъем воды в скважине. Когда уровень воды в скважине установится, измеряют следующие величины:

  1) глубину стояния грунтовой воды от поверхности (начальный уровень);

2)  глубину  скважины Т;

3)  глубину  воды в скважине H;

4)  диаметр  скважины d.

  Все эти величины измеряют от нижнего  края доски длиной около 0,5 м, которую укладывают на поверхность почвы поперек скважины, несколько перекрывая ее.

  Когда измерения сделаны, воду из скважины вычерпывают почти до дна. Вычерпывание удобно производить специальным черпаком или консервной банкой емкостью 0,5 л, которая укрепляется на длинной деревянной ручке.

   После откачки воды быстро измеряют расстояние У₀' от поверхности почвы  до пониженного уровня воды в скважине и замечают время измерения по часам

  При дальнейшем подъеме воды эти измерения  периодически повторяют, при каждом измерении величины У_п' отмечают время. Эти измерения повторяют до тех пор, пока уровень воды в скважине не поднимется почти до первоначального положения (до откачки). Таких измерений делают от 6 до 8 и более. Время, через которое проводят измерения, зависит от скорости подъема воды в скважине.

  Когда уровень воды в скважине приблизительно займет свое первоначальное положение, нужно произвести вторую откачку из скважины и повторить измерения.

      

Определение уклона грунтового потока 

  Скорость  фильтрации грунтовых вод определяют по формуле Дарси. Для определения уклона грунтовых вод на местности по уклонам треугольника, близкого к равностороннему, устраивают три скважины. Стороны треугольника промеряют, а треугольник снимают инструментально.

   Нивелировкой определяют отметки поверхности земли у каждой скважины. Измеряют глубины грунтовых вод и вычисляют отметки уровней грунтовой воды; по этим данным (отметкам) проводят горизонтали, которые называются гидроизогипсами. По гидроизогипсам определяют уклоны грунтовой воды.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рельеф осушительного  участка представляет собой водораздел. 

Определение уклона осушительного  участка

I = h/l

I_мах = 0,4/300=0,0013

I_ср = 0,8/450=0,0017

I_маin = 0,4/150=0,0026

I_ср = 0,0013+0,0015+0,0026 =0,0018‰

                         3 

Определение типа заболачивания

Если заболоченность  > 10-15% - низинное заболачивание 

                                        < 4,5% - верховое заболачивание

                                        5-10% - переходное заболачивание

Если тип леса травяно-болотный, то низинное болото. Если зольность меньше 4,5%, но кроме сосны еще что-то растет, то это переходной тип. 

На данном участке тип заболачивания: низинное заболачивание 
 

Проектирование  осушительной системы

Осушительная  система состоит из:

• Гидротехнические сооружения (мосты, трубопереезды, труопереходы, перепады, быстротоки )
• Осушительные сети

- водоприемник (река)

-проводящая сеть (магистральный канал и собиратели)

-регулирующая  сеть (осушители)

-оградительная  сеть (нагорные каналы, ловчие каналы)

нагорные каналы – перехватывают только поверхностный  сток

ловчие каналы – перехватывают грунтовые воды, глубина 2 м 

На данном участке:

Водоприемник- река Тосна.

Магистральный канал отсутствует. Есть 4 собирателя. Осушители № 1-4 впадают в собиратель 1, осушители № 5-8 впадают в собиратель 2, осушители № 9-12 впадают в собиратель 3, осушители № 13-16 впадают в собиратель 4.

Оградительная сеть- 2 нагорных канала перехватывающие поверхностный сток с территории находящейся выше, осушаемого участка, по склону. Нагонный канал 1 впадает в осушитель 1, нагорный канал 2 впадает в осушитель 2.

Вместо просеки  строится проезжая дорога, поэтому осушители 9-16 делаются с поворотом.

Для проезда  по просекам и дороге предусматривается  устройство мостов и трубопереездов. 
 

Определение количества осушителей и конкретного  расстояния между  ними

 Так как  глубина торфа 0,6 м, подстилаемый  крупнозернистым песком. Заболачивание низинное, то расстояние между осушителями 250-340 м. Так как участок располагается в Вологодской области, то используется территориальный коэффициент равный 0,85.

Расстояние между  осушителями 212,5-289 м.

Так как уклон  меньше 0,005 ‰, то расстояние между осушителями увеличивать не надо.

Расчеты:

С-1: 930/250=4 осушителя

        930/4=233 м (расстояния между осушителями)

С-2: 910/250=4

        910/4=227,5 м

С-3: 920/250=4

        920/4=230

С-4: 910/250=4

        910/4=227,5 м 

     

Глубина осушительных каналов

Т_пр=Т₀+H₀

Т_пр- проектная глубина канала

Т₀- глубина канала после осадки торфа

H₀- осадка торфа

Т₀=1 м.

Т_пр=Т₀*m

m- коэффициент который учитывает плотность торфа

m=1,5

Т_пр=1*1,5=1,5 м. 

Так как глубина  торфа меньше проектной глубины канала, то расчет продолжаем через осадку торфа.

Т_т′=Т_т

       m

Т_т′- мощность торфа после осадки

Т_т- мощность торфа

Т_т′=06/1,5=0,4 м.

Н₀=Т_т-Т_т′

Н₀=0,6-0,4=0,2 м.

Т_пр=0,2+1,0=1,2 м. 

 
 
 
 
 

Коэффициенты  откосов осушительных каналов

Коэффициенты  откосов(m) характеризуют крутизну откосов.

Коэффициенты  откосов должны быть меньше m_ос<m_нк<m_соб<m_мк

m_ос=1,5  песок

m_нк=1,75 песок

m_соб=2,0 песок 

. Поперечный профиль  осушителя

В=в+2l

В- ширина осушителя

в- ширина осушителя  по дну (0,3 м)

L=Т_пр*m=1,5*1,2=1,8

В=0,3+2*1,8=3,9 м. 
 
 
 
 
 
 

Гидрологический и гидравлический расчеты 

Гидрологический расчет

• Расчет производится для вод максимального объема послепаводкого периода весны.

Водосборная площадь  транспортирующего собирателя 13175га.

• Положение расчетного горизонта воды в канале (h_р)

h_р=Т₀-0,3=1,15-0,3=0,85 м.

• Определение расчетного модуля стока методом Аналога

Река Тосна  F=131700 га

Обеспеченность  принимаем равную 20%

q=0,081 л/с га

Q_{водосбора}=qF

Для перехода от q наблюдаемого к q расчетное используют формулу: 

q_р=q_н   F_н       л/с га

            F_р

q_р=0,081*    131700/13175=0,14 л/с га 

Q_в=q_р*F_р

Q_в=0,14*13175=1780,1 л/с 
 

Гидравлический  расчет

Расход воды по каналу по формуле:

Q_к=wυ м³/с

Скорость течения  воды по формуле равномерного движения воды в открытых водотоках

υ=с√Ri         формула Шизи

i- уклон дна канала в рассчитываемом сечении

в=0,4 м.

m=2

Площадь живого сечения

w=(в+m*h_р)*h_р