Ограждающая осушительная сеть. Ее назначение, конструкция. Нагорные и ловчие каналы. Расчет ловчих каналов.

Оградительная осушительная сеть служит для перехвата избыточных вод, поступающих на осушаемую территорию с прилегающих водосборов, из рек, озер, водохранилищ и морей. К ней относятся нагорные каналы, ловчие каналы, нагорно-ловчие каналы, береговой дренаж, пограничные каналы и дамбы.

Нагорные каналы перехватывают поверхностные, делювиальные воды, стекающие с водосбора на осушаемую площадь во время снеготаяния, дождей и верховодки. Их проектируют в плане по границе осушаемой территории и водосбора.

Согласно классификации А.Д. Брудастова, можно выделить четыре основных типа нагорных каналов:

· Непрерывные (рис. 1), когда каналы располагаются непрерывно вдоль всего склона и непосредственно впадают в магистральный канал или водоприемник;

· Прерывистые (рис.2), служащие как бы продолжением открытых проводящих каналов. Такое расположение нагорных каналов возможно, когда притекающие поверхностные воды не содержат большого количества наносов и не представляют сосредоточенных потоков;

· Y - образные каналы (рис.3) устраивают в тех случаях, когда прилегающие склоны имеют большую изрезанность отдельными тальвегами;

· Пограничные (рис.4), перехватывающие воду из примыкающих к осушаемому массиву залесенных водосборов. При осушении болот такие каналы располагают по границе залежи торфа.

Трасса нагорных каналов в плане должна иметь плановое очертание, а дно - однообразный уклон. Нагорные каналы выполняют трапецеидального профиля с несимметричным сечением (рис. 5): верховой откос делают пологим (в 2...5 раз положе низового) и засевают травами, заложение низового откоса принимают в зависимости от характера грунта. Глубина нагорных каналов должна быть не более 1... 1, 2 м, причем грунт выемки следует размещать только на низовой стороне. Устройство такого обвалования значительно увеличивает площадь живого сечения канала. Чтобы предупредить заиление каналов наносами, поступающими вместе с водой, целесообразно вдоль верховой стороны их делать посадки кустарников.

Если трасса нагорного канала проходит через культурные сельскохозяйственные угодья (пашня, пастбище), то вместо открытых нагорных каналов можно применить закрытый собиратель, который для увеличения водозахватной способности можно совместить с ложбиной. Диаметр труб для такого собирателя подбирают расчетом.

Ловчие каналы. Ловчие каналы или дрены – разновидность оградительной сети, предназначенной для перехвата и понижения уровня грунтовых и грунтово-напорных вод, притекающих к осушаемой площади со стороны внешнего водосбора. Обычно их располагают в зоне выклинивания грунтовых вод в виде родников, а при наличии напорных грунтовых вод – вдоль линии наибольших пьезометрических напоров. Практически для речных долин это будет линия перехода коренного берега к пойме (рис. 7). При осушении болот в случае равномерного входа грунтового потока ловчие каналы следует располагать поперек потока грунтовых вод, вдоль границы торфяной залежи, а при сосредоточенных выходах - по воронкам минерального дна.

Для того чтобы ловчий канал наиболее эффективно перехватывал грунтовые воды и способствовал уменьшению их напора, нижняя часть его сечения должна врезаться в грунты, насыщенные водой. Поэтому, если ловчий канал трассирует по болоту или минеральным землям, то его глубину устанавливают в пределах 1, 5 – 2 м, но с обязательным условием заглубления в подстилающие, хорошо водопроницаемые водоносные грунты не менее чем на 0, 5 м.

При глубоком залегании напорного водоносного горизонта устройство открытых ловчих каналов по технико-экономическим соображениям нецелесообразно. В этом случае возможно применение самоизливающихся трубчатых колодцев, установленных через 20 – 40 м, устройство закрытого горизонтального головного дренажа, а в приемлемых гидрогеологических условиях – вертикального дренажа (рис. 6).

Сопряжение ловчих каналов с проводящими в случае, когда ловчий канал является последним впадающим каналом, может осуществляться дно в дно, то есть дно принимающего канала служит продолжением дна ловчего канала.

Поперечное сечение ловчих каналов глубиной до 2 м во всех грунтах, а в устойчивых и более 2 м обычно имеет трапецеидальную форму. Поскольку ловчие каналы, как правило, необходимо закреплять, то форма их сечения зависит от конструкции крепления. Если ловчий канал имеет глубину более 2...2, 5 м и проходит в хорошо разложившихся торфяниках (степень разложения торфа более 50°/о) или в смешанных, легких, иловатых и разжиженных грунтах, форма его сечения должна быть параболической.

Если прилегающий к ловчему каналу водосбор покрыт кустарником, а поступающие поверхностные воды имеют небольшие расходы и вода не содержит наносов, то нагорный канал совмещают с ловчим каналом. Он перехватывает поверхностные и грунтовые воды и называется нагорно-ловчим.

Теорию расчета осушительного действия ловчего канала, дно которого лежит на наклонном водоупоре, при внешнем питании грунтовых вод предложил Н. Н. Павловский (рисунок 7).

Форма кривой депрессии выше канала (по течению потока) определяется уравнением

,

ниже канала выражением

где i - уклон дня водоупора или i₁ и i₂ если разные уклоны; Н - толщина потока грунтовых вод при равномерном движении; Н=q/k - приток (м³/сут) грунтовых вод на 1 м длины канала с одной из сторон; k - коэффициент фильтрации, м/сут.

Когда дно ловчего канала не доходит до водоупора, то расчет ведут по способу Гопера и Треффтца (рисунок 8).

Между расходами Q₁, поступающим в канал Q₂, протекающим под каналом, глубиной патока Н выше канала, соответствующей расходу Q=Q₁+Q₂ и глубиной Н₂=Н-h ниже канала имеется соотношение

Для случая глубокого положения водоупора и установившегося потека имеется формула В. И. Аравина. не учитывающая испарение и осадки:

где x, y - координаты кривой депрессии; ch - гиперболический косинус; k - коэффициент фильтрации; q - расход грунтового потока на 1 и его ширины.

Расчет ловчих каналов и головных дрен по способу С. Ф. Аверьянова (рисунок 9) состоит в том, что по известному исходному положению уровня грунтовых вод или пьезометрическому уровню находят положение их при действии ловчего канала и определяют дальность осушительного действия.

Дальность действия ловчего канала определяют выше него и ниже .

Для притока грунтовых вод выше канала

ниже канала

или приближенно

где - уклон грунтовых вод выше и ниже канала; L - длина канала, D - расстояние от исходного положения припой депрессии до уровня воды в канале.

Ординаты кривой депрессии выше канала и ниже канала .

Этот способ расчета применим для ловчих каналов и глубоких дренажей в потоке любой мощности и в потоке со свободной поверхностью грунтовых вод при конечном залегании водоупора (при Т/D > 5 с ошибкой 10% и для Т/D > 2 с ошибкой 25%), где Т - глубина залегания водоупора от неподвижной поверхности грунтовых вод; D - искусственное понижение.

Вопрос23