Каналы работают длительное время

Расчет

Основные виды потерь воды в каналах и их

МЕРОПРИЯТИЙ НА КАНАЛАХ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ

При орошении вода из каналов теряется на впитывание и фильтрацию через дно и откосы, на испарение с водной и увлажненной поверхности почвы.

Все виды потерь можно объединить в следующие основные группы:
1 - потери воды из оросительных каналов на фильтрацию и испарение с водной поверхности, 2 - потери с орошаемого поля на фильтрацию и испарение, 3 - эксплуатационные потери, утечки и холостые сбросы из каналов, 4 - технологические потери.

Потери 3 группы не должны иметь место на системе, это показатель плохой службы водопользования, 2 группа потерь может быть значительно сокращена в результате строгого выполнения принятого режима орошения и применения высокой агротехники при качественно выполненной планировке, коэффициент использования воды принимается не менее 0,90 - 0,95, а потери 4 группы определяются технологией возделывания сельскохозяйственной культуры.

Следовательно, основные виды потерь - это потери из оросительных каналов (1 группа), от которых и зависит величина коэффициента полезного действия канала и всей системы и при проектировании они устанавливаются в результате расчета.

При расчете потерь воды на фильтрацию из оросительных каналов имеет место 2 основных случая: 1 - каналы работают длительное время; 2 - каналы работают периодически (внутрихозяйственные распределители).

Академиком А.Н. Костяковым для каналов, работающих длительное время при безнапорной фильтрации, установлено, что величина потерь воды на фильтрацию в единицу времени на единицу длины (удельный расход) , м³/с на 1 пм, в трапецеидальном русле пропорциональна смоченному периметру канала:

(1)

где - коэффициент фильтрации, м/с ;

- ширина канала по дну, м;

- коэффициент, учитывающий капиллярное боковое растекание, зависит от свойств почвы: легкие = 1,1;тяжелые = 1,4.

Но обычно потери даются на один километр.

(2)

Умножим и разделим выражение (2) на и обозначим через , тогда:

(3)

- коэффициент формы русла, от него зависит пропускная способность канала и величина потерь на фильтрацию.

Возьмем три сечения каналов, у которых площади поперечного сечения равны между собой, т.е. S₁=S₂=S₃ (рисунок 2), коэффициенты формы русла:

;;

получаются не равны т.е. . Выразим потери в % от расхода на 1 км:

и подставим в выражение (3), тогда получим:

(4)

Но в уравнении (4) неизвестна величина , найдем её значение из уравнения расходов:

Умножив и разделив уравнение расходов, заменив через , получим , отсюда , подставим в уравнение (4) , тогда:

(5)

Анализируя выражение (5), отмечаем: с увеличением расхода и скорости % потерь уменьшается; % потерь зависит от коэффициента формы русла и будет минимальным при минимальном его значении.

Определив минимальное значение коэффициента формы русла, устанавливаем форму поперечного сечения канала, при которой потери на фильтрацию будут минимальные. Для этого необходимо найти первую производную по и приравнять ее к нулю.

Переписываем из уравнения 5 ту часть, от которой зависят потери и берем производную:

Производная от дроби равна - производной числителя, умноженной на знаменатель, минус производная знаменателя, умноженная на числитель и деленная на квадрат знаменателя.

Приведем к общему знаменателю и приравняем к нулю числитель

,

,

(6)

Русло, отвечающее условиям минимальной фильтрации, имеет ширину немного больше, чем глубину.

Если нет данных о поперечном сечении канала, то потери на фильтрацию определяются по эмпирическим зависимостям Гиршкана:

где , % потерь на 1 км, , м/с; , м³/с.

Можно пользоваться так же эмпирическими зависимостями А.Н. Костякова, устанавливающими связь между величиной потерь и свойствами почв.

, (7)

где A и m - зависят от водопроницаемости почв.

Для легких почв % на 1 км,

Для средних почв % на 1 км,

Для тяжелых % на 1 км ,

где - расход, нетто, м³/с.

Для каналов трапецеидального сечения применяются зависимости Н.Н. Павловского.

При . (8)

При (9)

где - расход фильтрационных потерь, м³/с на 1 км длины канала;

- коэффициент фильтрации грунтов ложа канала, м/сут;

- ширина канала по урезу воды, м;

- ширина канала по дну, м;

- глубина воды в канале, м;

и - коэффициенты, зависящие от отношения и заложения откосов (СНиП 2.06.03-85, приложение, 19).

Для каналов полигональной и параболической формы потери на фильтрацию , л/с, определяются по зависимости В.В. Ведерникова:

. (10)

При близком залегании уровня грунтовых вод - при подпертой фильтрации создается подпор фильтрационного потока. Расчеты весьма сложны, поэтому ограничимся некоторыми зависимостями.

(11)

где - коэффициент, зависящий от глубины залегания грунтовых вод, меньше 1.

С.Ф. Аверьянов предлагает следующую зависимость:

(12)

где - максимальная высота капиллярного поднятия воды в грунте, м.

Потери воды в каналах на испарение , м³/с, составляют небольшую часть потерь на фильтрацию и определяются по зависимости:

(13)

где - глубина воды в канале, м;

- слой испарившейся воды за сутки, м/сут;

- коэффициент, учитывающий условия впитывания воды в почву.