18.1 Основные требования, предъявляемые к поперечному сечению оросительных каналов

К поперечному сечению канала предъявляются следующие требования, канал должен быть: а) - устойчив в отношении размыва и заиления и обладать статической устойчивостью; б) - обладать наибольшей пропускной способностью; в) - потери на фильтрацию должны быть минимальными.

1. Размыв в канале происходит в результате движения воды с большой скоростью, а величина скорости зависит от уклона.

Максимальная или критическая скорость зависит: от рода грунта и степени шероховатости, чем плотнее грунт и меньше шероховатость, тем больше критическая скорость; от величины гидравлического радиуса; от количества и качества наносов, мелкие глинистые наносы отлагаясь на дне канала, понижают шероховатость, а крупные наносы - повышают шероховатость и уменьшают критическую скорость.

Значение критической скорости на размыв , м/с, при гидравлическом радиусе, не равном единице, определяется по формуле Черкасова:

(1)

где .- табличное значение скорости при =1;

- гидравлический радиус;

 - показатель степени равен 0,3, но с увеличением связанности грунтов  увеличивается.

Если нет данных о гидравлических элементах канала, то критическая скорость на размыв , м/с, определяется по эмпирической зависимости Гиршкана:

(1а)

где – коэффициент, зависящий от рода грунта. Принимается для тяжелых почв - 0,60; для средних - 0,62; легких - 0,58. Можно воспользоваться и СНиПом 02-06-86 (с.23, таблица 2).

- расход нетто канала, м³/с.

Значение средней неразмывающей скорости потока , м/с, для связных грунтов при содержании солей от 0,2 до 3,0 % от массы плотного остатка абсолютно сухого грунта принимается по СНиП 02-06-86 или по таблице 1.

При движении потока по руслу канала наблюдается турбулентный режим. Наряду с горизонтальной составляющей имеется и вертикальная составляющая, которая и обуславливается взвешивание наносов.

Заиления не будет, если величина вертикальной составляющей окажется больше гидравлической крупности наносов - скорости оседания данной фракции на дно канала. Для определения транспортирующей способности потока и критической скорости в отношении заиления существует ряд эмпирических зависимостей.

Таблица 1 -Значение средней неразмывающей скорости

Примечание: Значение удельного сцепления грунта , Па/м² или кгс/см², для различных грунтов принято по рекомендации В.С. Алтунина и Т.А. Алиева.

Чаще других пользуются зависимостью Е.И. Замарина:

при , мм/с.

, (2)

при , мм/с.

, (3)

где - гидравлическая крупность частиц среднего диаметра, мм/с;

- скорость течения воды в канале, м/с;

- гидравлический радиус канала, м;

- уклон дна канала.

Величина незаиляющей скорости , м/с, вычисляется по формулам:

(4)

или (5)

где - эмпирический коэффициент (при равен 0,33) (СНиП 2.06.03-85, приложение 18, с.53).

Для каналов периодического действия принимается 0,3 м/с. Критическая скорость в отношении заиления зависит от глубины воды в канале, с увеличением глубины воды в канале - увеличивается, и при глубине 4 - 5 м достигает величины опасной для размыва. В глубоких каналах более 4 - 6 м может идти одновременно размыв и заиление, это неустойчивое русло. Если требуется пропустить большой расход, идут по пути увеличения ширины канала по дну.

В производственных условиях для определения коэффициента формы русла пользуются зависимостью:

(6)

где - расход, м³/с;

- коэффициент заложения откосов.

При равном 1 м³/с и равном 1, равен 2.

Русло, устойчивое в отношении размыва и заиления, имеет большую ширину и меньшую глубину, это широкое и неглубокое русло.

2. Канал может проектироваться гидравлически наивыгоднейшим, т.е. иметь максимальную пропускную способность, а это возможно при максимальном значении гидравлического радиуса.

Значение гидравлического радиуса , м, можно записать так:

(7)

Умножим и разделим выражение (7) на и обозначим через . Тогда получим: .

Обозначим через , тогда гидравлический радиус , м, запишется так:

. (8)

Но в формуле (8) имеется 2 неизвестных. Найдем значение , м, из зависимости площади живого сечения , м²:

;

и подставим в формулу (8). Тогда получим:

(9)

Чтобы найти максимальное значение гидравлического радиуса возьмем первую производную по , приравняем к нулю числитель и получим.

Подставим значение , тогда:

. (10)

При равном 1, равняется 0,82.

Русло, обеспечивающее максимальную пропускную способность, имеет большую глубину и меньшую ширину, т.е. это глубокий и узкий канал.

3. А русло, имеющее минимальный % потерь на фильтрацию, рассмотрено в лекции 17.

Все три требования противоречивы и при выборе формы поперечного сечения придерживаются одного, диктуемого конкретными условиями.