ОЦЕНКА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ

Пособие к СНиП 2.06.03-85 "Мелиоративные системы и сооружения"

Настоящее пособие разработано Депмелиоводхозом Минсельхозпрода РФ (к. с.-х. н. А.В.Колганов), ЮжНИИГиМом и НГМА (д.т.н., проф. Ю.М.Косиченко, д.т.н., проф. В.Н.Щедрин) совместно с ГП СНЦ "Госэкомелиовод" и ИНПЦ "Союзводпроект" (Е.П.Гусенков, А.Н.Крижижановский).

Пособие составлено в развитие СНиП 2.06.03-85 "Мелиоративные системы и сооружения" и предназначено для специалистов, занимающихся проектированием и эксплуатацией оросительных каналов.

Пособие утверждено приказом ГП СНЦ "Госэкомелиовод" от 10 августа 1998 г. N 11 по согласованию с Депмелиоводхозом Минсельхозпрода РФ.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Эксплуатация оросительных каналов в земляном русле приводит ко многим нежелательным экологическим последствиям, таким как подъем уровня грунтовых вод, заболачивание и засоление прилегающих территорий, интенсивное зарастание влаголюбивой сорной растительностью, размыв и заиление русел каналов. Малая гидравлическая эффективность каналов в земляном русле связана с невысокой пропускной способностью из-за значительной шероховатости русла.

1.2. Для устранения негативных явлений каналы выполняют с противофильтрационной облицовкой. Однако и облицовка каналов не всегда обеспечивает их достаточную гидравлическую эффективность и надежность при эксплуатации.

1.3. На гидравлическую эффективность и эксплуатационную надежность каналов оказывает влияние целый ряд факторов, среди которых: водопроницаемость русла и облицовки, пропускная способность, скорость течения, а также КПД, учитывающий в комплексе как фильтрационные, так и гидравлические показатели каналов.

1.4. Пропускная способность непосредственно связана со скоростями течения; фильтрация из русла канала и водопроницаемость облицовок определяют основные потери воды из каналов и вероятность подъема уровня грунтовых вод (УГВ) на прилегающих территориях; коэффициент полезного действия (КПД) учитывает в комплексе как фильтрационные, так и гидравлические показатели каналов. При этом на эксплуатационную надежность непосредственное влияние оказывают такие факторы, как подъем уровня грунтовых вод в результате потерь на фильтрацию из каналов, соблюдение скорости течения из условий незаиляемости и неразмываемости русел, обеспечение требуемого КПД каналов и вероятности эксплуатационной надежности, обеспечение качества воды и др.

1.5. Чтобы обеспечить работоспособное состояние оросительной сети, необходимо добиться стабильной пропускной и транспортирующей способности каналов. В связи с этим к факторам, влияющим на гидравлическую эффективность и надежность каналов, следует также отнести согласование транспортирующей способности между отдельными участками канала и каналами оросительной системы в целом.

1.6. Исправное состояние канала в значительной степени зависит от условий, в которых ему приходится работать. Ложе канала и сооружения, необходимые для его нормального функционирования, подвергаются воздействию климатических, биологических и других факторов.

1.7. К климатическим относятся - температура, влажность, давление, ветер, солнечная радиация, пыльные бури. С повышением температуры воздуха повышается температура воды, возрастает размывающая способность водного потока, активизируется его агрессивное влияние. Это способствует ухудшению свойств гидроизоляционных и других материалов. Понижение температуры увеличивает хрупкость, вызывает изменение, а нередко ухудшение физических свойств материалов. Особое влияние на изменение сопротивляемости размыву грунта и бетона, устойчивости и оползания откосов оказывает многократный переход температуры через 0 °С, достигающий за осенне-зимне-весенний период 150-300 циклов.

1.8. Сам канал и сооружения на нем подвергаются воздействию ветра и пыльных бурь. Пыльные бури, возникающие в результате эрозии почв, могут полностью занести канал, ухудшить физические и механические свойства материалов и оборудования. Солнечная радиация способствует более интенсивному старению материалов облицовок и сооружений, т.е. более быстрому их износу.

1.9. Основными причинами ненадежной работы каналов являются следующие отказы:

- конструктивные, обусловленные ошибками при проектировании (неправильный выбор схемы, конструкции и технических параметров);

- производственные, вызванные различными техническими недостатками в период строительства каналов (нарушение технологии строительства, недостаточный контроль качества работ);

- эксплуатационные, появляющиеся при нарушении требуемых режимов эксплуатации каналов и правил ухода за ними.

1.10. Причинами отказа канала и составляющих его элементов могут быть различные процессы, воздействующие на них: скорость течения, превосходящая в данном месте значения, допускаемые для данного грунта; местные размывы у отдельных сооружений; силы, нарушающие устойчивость откосов канала; грунтовые воды; повышенная фильтрация; большая скорость опускания уровня воды в канале; размыв берегов и оползание откосов; эрозия и просадка дамб; просадка дна; карстово-суффозионные процессы, развивающиеся в грунтовой толще ложа канала; морозное пучение; зарастаемость и т.д.

2. ПОКАЗАТЕЛИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ КАНАЛОВ

2.1. К показателям гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов могут быть отнесены следующие:

- величина потерь на фильтрацию ;

- глубина залегания уровня грунтовых вод ;

- средняя скорость течения потока ;

- пропускная способность (расход) каналов ;

- коэффициент шероховатости русла канала ;

- потери на сбросы, испарение и утечки через уплотнения ;

- коэффициент полезного действия каналов ;

- вероятность обеспечения гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности работы каналов .

2.2. В качестве комплексных показателей гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности могут служить коэффициент полезного действия и вероятность обеспечения эксплуатационной надежности , которые характеризуют в комплексе как гидравлические, фильтрационные, так и эксплуатационные свойства.

2.3. Потери на фильтрацию при наличии данных натурных наблюдений (объема потерь на фильтрацию) определяются по формуле:

,                                                           (2.1)

где - объем потерь на фильтрацию за время наблюдения , л; - время наблюдения, сут; - смоченный периметр канала, м; - длина участка канала, м.

2.4. Для каналов с противофильтрационной одеждой в качестве показателя гидравлической эффективности может быть использован осредненный коэффициент фильтрации облицовки

,                                                     (2.2)

где - фильтрационный расход через облицовку на площади ; - единичный фильтрационный расход через отдельные дефекты и повреждения облицовки; - толщина облицовки; - глубина воды.

2.5. Глубину залегания уровня грунтовых вод относительно уровня воды в канале находим из соотношения:

,                                               (2.3)

где - глубина от водоупора до уровня воды в канале; - бытовая глубина грунтовых вод в створе канала; - подъем уровня грунтовых вод относительно бытового уровня.

2.6. Средняя скорость потока находится из уравнения равномерного движения

,                                                       (2.4)

где - коэффициент Шези; - гидравлический радиус; - уклон дна канала; - коэффициент шероховатости русла.

Пропускная способность (расход) канала вычисляется по зависимости

,                                                        (2.5)

где - площадь живого сечения потока.

2.7. Коэффициент шероховатости русла канала по данным натурных исследований при равномерном движении определяется из формулы Шези (2.4), как

.                                         (2.6)

2.8. Потери на сбросы, испарение и утечки через уплотнения находятся для конкретного сооружения по данным натурных наблюдений или по объектам-аналогам.

2.9. Коэффициент полезного действия канала вычисляется по формуле

;                                                       (2.7)

     
,                                                   (2.8)

где - общие потери воды в канале, складывающиеся из потерь на фильтрацию и испарение с водной поверхности :

;                                           (2.9)

- слой испарившейся воды за сутки; - отношение ширины по дну к глубине воды в канале.

2.10. Вероятность обеспечения гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности работы оросительных каналов находим по зависимости

,                                                  (2.10)

где - фактический КПД оросительных каналов; - требуемый КПД оросительных каналов, назначаемый по СНиП или по данным обобщения натурных наблюдений.

2.11. Вероятность пропуска по каналу требуемого расхода потребителю вычисляем по формуле

,                                             (2.11)

где - максимальный расход в канале в период эксплуатации; - проектный расход канала.

2.12. Технические требования к гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности проводящих и распределительных каналов в земляном русле, с противофильтрационными одеждами и из сборных железобетонных лотков представлены в табл.2.1-2.3.

Ряд из представленных технических требований к гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности обосновывается результатами натурных исследований облицованных и необлицованных каналов в различных зонах страны.

2.13. Выполнение указанных требований к гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности оросительных каналов обеспечит поддержание в процессе их эксплуатации пропускной способности на уровне проектной, снизит затраты на очистку от наносов и растительности, исключит значительный подъем уровня грунтовых вод выше критического уровня и обеспечит высокий КПД каналов не ниже требований СНиП 2.06.03-85.

Таблица 2.1

     
Технические требования к гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности оросительных каналов в земляном русле