СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ

РЕЖИМ РАБОТЫ И РАСЧЕТНЫЕ РАСХОДЫ

Режим работы оросительных каналов характеризуется тем, что расходы в них через определенные промежутки времени колеб­лются вследствие изменения во времени расходования воды на транспирацию и испарение и периодичности проведения поливов. По многим каналам и особенно по внутрихозяйственным распре­делителям младших порядков вода подается периодически. В зим­ний период в большинстве случаев подача воды по каналам пол­ностью прекращается. Расходы каналов изменяются не только в течение года, но и по годам при изменении влажности года, водо­носности источника орошения, при смене культур на полях и др.

Расход по длине канала уменьшается, поскольку он распреде­ляется между младшими каналами. В пределах участка между от­водами (младшими каналами) расход тоже уменьшается из-за по­терь воды на фильтрацию, испарение и утечки на данном участке. Расход в конце участка канала принято называть расходом нет­то, а в голове участка — расходом брутто, который равен:

Q_бр = Q_нт + Q_потери

Для всего канала

Q_нт = ∑Q_отв,

где ∑Q_отв — сумма расходов, одновременно забираемых из данного кана­

ла в младшие каналы;

∑Q_потери — сумма потерь воды на фильтрацию, испарение и утечки на всех участках канала.

Расход Q_бр для всего канала равен расходу в голове его Q_гол.

Для канала, схема которого показана на рисунке 58, расходы в различных сечениях по его длине составляют:

на участке I

Q_нт = Q_1’-1’ =Q₁ + Q₂; Q_бр = Q_1-1 = Q₁ + Q₂ + Q_{потери(1)};

на участке III

Q_нт = Q_3’-3’ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q_{потери(1)} + Q_{потери(II)};

Q_бр = Q_гол = Q_3-3 = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q_{потери(1)} + Q_{потери(II)} + Q_{потери(III).}

Рис. 58. Схема к определению расходов в различных сечениях

Канала с отводами.

При проектировании каналов устанавливают расчетные расхо­ды: нормальный Q_{норм.бр}, минимальным Q_{min бр}, форсированный Q_{форс бр}. По этим расходам определяют размеры поперечного се­чения каналов на различных участках.

Основной расчетный расход — нормальный. По нему подбирают все гидравлические элементы канала. По форсированному расходу находят отметки верха дамб и отметки берм, а по минимальному — местоположение водоподпорных сооружений.

Внутрихозяйственные распределители, работающие периодичес­ки, рассчитывают только на нормальный и минимальный расходы. Расчетные расходы межхозяйственных каналов определяют, исхо­дя из предположения, что вода в хозяйства в течение всего вегета­ционного периода подается в соответствии с расчетными графика­ми водоподачи.

Расходы Q_{норм.бр} и Q_{min бр} в каком-либо сечении межхозяйст­венного канала рассчитывают следующим образом:

Q_{норм.бр} = q_0max F_нт + ∑Q’_потери = Q’_пол + ∑Q’_потери ;

Q_{min бр} = q_0min F_нт + ∑Q’’_потери = Q’’_пол + ∑Q’’_потери ,

Где F_нт - орошаемая площадь нетто, на которую подается вода, прохо­

дящая через рассматриваемое сечение канала;

q_0max и q_0min –­­­ наибольшее и наименьшее значения гидромодуля для площади F_нт;

Q’_пол и Q’’_пол - наибольшее и наименьшее значения поливного рас­хода;

∑Q’_потери и ∑Q’’_потери - сумма потерь воды из всех одновременно рабо­тающих каналов (включая временные оросители), располо-

женных ниже рассматриваемого сечения, при Q’_пол и Q’’_пол.

В связи с тем, что при пропуске по каналам расходов, зна­чительно меньших Q_{норм.бр}, существенно увеличиваются относи­тельные потери на фильтрацию и затрудняется обеспечение необ­ходимой высоты командования, Q_{min бр} рекомендуется принимать не менее 0,4 Q_{норм.бр}.

В те же периоды, когда q_0min <0,4q_0max, вода между каналами и хозяйствами может распределяться путем введения водооборота. Под водооборотом понимается такое распределение воды, когда каналы или хозяйства получают воду не непрерывно, а в порядке определенной очередности. При водообороте часть каналов совер­шенно исключается из работы, а по другим подаются соответст­венно увеличенные расходы.

Оросительные каналы рассчитывают на пропуск не только нормальных, но и более высоких, так называемых форсированных расходов. Необходимость подачи по каналам таких расходов обу­словливается рядом причин: изменением поливных площадей или состава культур на площадях, обслуживаемых теми или иными каналами; отклонением в сроках и нормах полива от принятых при расчете водопотребления; возможностью перерыва в подаче воды из-за аварий на системе, большого содержания наносов в источ­нике орошения и др. Подача форсированного расхода позволяет также ускорить проведение поливов.

В соответствии с СНиП И-52—74 форсированные расходы опре­деляют умножением Q_{норм.бр} на коэффициент форсировки k_форc, который при Q_{норм.бр}<1 м³/с принимается 1,3—1,2, при Q_{норм.бр}=1—10 м³/с—1,2—1,15 и при Q_{норм.бр} >10 м³/с — 1,15—1,1.

В связи с тем, что внутрихозяйственные каналы или сами рабо­тают периодически, или подают воду в периодически действую­щие каналы, расчетные расходы для них устанавливаются на ос­новании схем распределения воды в хозяйствах.

Расход (л/с), поступающий на севооборотный участок для полива какой-либо культуры:

Q_пол = ,

или

Q_пол = q_0к F_нт.хоз,

где m — поливная норма, м³/га;

F_к — площадь, занимаемая данной культурой, га;

t — продолжительность полива, сут;

q_0к — ордината графика гидромодуля для рассматриваемого полива;

F_ит.хоз — поливная площадь в хозяйстве.

Если к поливному расходу прибавить потери воды из временных оросителей, то получается суммарный расход нетто всех одновременно работающих участковых распределителей:

∑Q_{нт.у .р}. = Q_пол + ∑Q_{потерн в.о}.

Исходя из принятой схемы разбивки полей на бригадные участ­ки и придерживаясь изложенного выше порядка распределения во­ды, можно установить поливные расходы отдельных участковых распределителей для различных поливов и расходы внутрихозяйст­венных распределителей.

Расход внутрихозяйственного распределителя на каждом из расчетных участков равен сумме расходов одновременно работаю­щих в данный момент времени участковых распределителей, рас­положенных ниже рассматриваемого участка:

Q_нт.вх.р ⁼⁼ ∑Q_бр.у.р.

Если вода подается в хозяйство по одному хозяйственному кана­лу, то расход в голове этого канала:

Q_бр.x.р ⁼ q₀ F_нт + ∑Q_потери , (35)

где q₀ — ордината графика гидромодуля;

F_нт — поливная площадь в данном хозяйстве (включая земли, заня­тые под приусадебные участки и отдельные угодья — сады, виноградники, лесонасаждения и др.);

∑Q_потери — потери воды в хозяйственном канале и во всех одновременно работающих внутрихозяйственных и участковых распредели­телях.

Расчетные расходы на головном участке определяют по форму­ле (35) при q₀ = q_0max и при q₀ = q_0min.

Расход хозяйственного распределителя Q_нт.х.р на каком-либо расчетном участке слагается из суммы расходов, одновременно за­бираемых из него во внутрихозяйственные распределители, и по­терь воды на нижележащих участках канала:

Q_нт.х.р = ∑Q_{бр .вх.р} + ∑Q_потери .

Минимальный расчетный расход хозяйственных и внутрихозяй­ственных распределителей принимается не менее 0,4 Q_норм.

ПОТЕРИ ВОДЫ И К. П. Д. КАНАЛОВ

Потери воды из каналов складываются из потерь на фильтра­цию и испарение и различного рода эксплуатационных утечек (сбросы, утечки через сооружения и др.). В необлицованных кана­лах преобладают потери на фильтрацию, а на испарение обычно теряется не более 2—4% потерь на фильтрацию.

Фильтрационные потери в первую очередь зависят от водопро­ницаемости грунта, которая характеризуется коэффициентом филь­трации k_ф или коэффициентом капиллярной водопроницаемости k_в (при влажности W). Потери на фильтрацию увеличиваются при увеличении глубины наполнения и периметра канала и уменьшают­ся с повышением уровня грунтовых вод. По мере увеличения срока службы каналов фильтрация из них уменьшается вследствие естес­твенной кольматации и уплотнения ложа каналов. В каналах пери­одического действия потери значительно больше, чем в каналах длительного действия.

Фильтрацию из каналов разделяют на свободную и подпорную. В обоих случаях движение фильтрационных вод может быть уста­новившимся и неустановившимся.

Ниже приводятся основные зависимости для определения фильтрационных потерь воды из каналов.

Свободная фильтрация при установившемся режиме.Свобод­ная фильтрация наблюдается при сравнительно глубоком залега­нии уровня грунтовых вод, когда гидравлический градиент с доста­точной точностью можно принимать равным единице.

При свободной фильтрации фильтрационные потери обычно оп­ределяют по формуле:

Q_потери = k_ф l(В + 2h), (36)

где k_ф— коэффициент фильтрации грунта;

l — длина канала;

B — ширина живого сечения поверху;

h— глубина воды в канале.

Формула (36) получена Н. Н. Павловским путем гидромехани­ческого решения задачи о фильтрации воды из канала криволиней­ного сечения (очерченного по трахоиде) при бесконечно глубоком залегании водоупора.

Задача о фильтрации из каналов трапецеидального сtчения была решена В. В. Ведерниковым. Он получил зависимость:

Q_потери = k_ф l (В + Аh), (37)

где величина А зависит от m и .

Формулы (36) и (37) не учитывают движения воды в капиллярной зоне (рис. 59) и возможного наличия защемленного воздуха в зоне полного насыщения. Поэтому С. Ф. Аверьянов предложил пользоваться формулой:

Q_потери = k_в l (1 + 0,5 ) (В + 2h), (38)

где H_k — максимальная высота капиллярного поднятия для данного грунта.

Коэффициент капиллярной водопроницаемости определяется опытным путем (как скорость установившегося впитывания) или по формуле:

k_в =k_ф (1- )^3,5 (39)

где n— полная порозность грунта;

Wo— наименьшая влагоемкость по С. И. Долгову или максимальная молекулярная влагоемкость по А. Ф. Лебедеву;

p—содержание воздуха в почвогрунте при полной влагоемкости.

Величины п, Wo и р подставляют в формулу (39) в процентах объема грунта, а устанавливают их по результатам полевых наблюдений.

Рис. 59. Свободная фильтрация при установившемся (а) и неустановив­шемся (б) режимах:

[1] — капиллярная кайма; 2 — сильно проницаемый слой.

Приведенные выше зависимости справедливы только для одно­родных грунтов и не могут учитывать действительных геологичес­ких условий и естественную кольматацию русла каналов. Во мно­гих случаях потери получаются более близкими к действительным при расчете по эмпирическим зависимостям А. Н. Костякова, уста­новленным на основании обобщения опытных материалов.

По А. Н. Костякову относительные потери (% на 1 км длины канала):

σ=

где Q — расход канала, м³/с.

Коэффициент А и показатель степени зависят от вида грунта: для тяжелых грунтов A=0,7 и m=0,3, для средних A = 1,9 и m=0,4, для легких A=3,4 и m=0,5.

Абсолютная величина потерь (м³/с):

Q_потери = .

Свободная фильтрация при неустановившемся режиме. Харак­терна для каналов периодического действия (временных оросите­лей и внутрихозяйственных распределителей) при сравнительно глубоком залегании уровня грунтовых вод. В крупных каналах она имеется в начальный период их работы. Потери воды при неуста­новившемся режиме весьма значительны, так как фильтрация в этом случае происходит при градиенте I>1 (см. рис.59) и большом расходовании воды на насыщение грунта. В каналах периодическо­го действия потери рекомендуется определять по формулам для ус­тановившейся свободной фильтрации, введя в них вместо k_ф или k_в скорость впитывания, которая определяется на основании опы­тов в условиях, аналогичных условиям работы рассматриваемого канала.

Подпорная установившаяся фильтрация. Наблюдается в том случае, когда фильтрационные потери равны естественному или ис­кусственно созданному оттоку грунтовых вод. При подпоре грунто­выми водами потери из каналов меньше, чем при свободной филь­трации.

Рассмотрим случай, когда дно стока не доходит до водоупора (рис. 60). Если условно канал и дрену прорезать до водоупора, то односторонний отток из канала будет равен фильтрационному рас­ходу через перемычку (формула Дюпюи):

Q = k_ф (40)

Из-за потерь напора при выходе потока из канала и при входе в дрену действительный расход будет меньше подсчитанного по фор­муле (40).

При l ≥ 2H₀ достаточно хорошие результаты в отношении сов­падения с опытными данными дает формула Н. К. Гиринского - С. Ф. Аверьянова:

Q = k_ф α^*β^* (на единицу длины канала), (41),

где h_ср = + α H_k (при а 0,3) — средняя глубина грунтовых вод с учетом капиллярной зоны;

α* — коэффициент «висячести» дрен;

β* — коэффициент уменьшения расхода вследствие потерь напора при вы­ходе потока из канала.

Коэффициенты α* и β* определяются по формулам:

Если пренебречь движением воды в капиллярной зоне и поло­жить коэффициенты α* и β* равными единице, то формула (41) приводится к формуле Дюпюи.

Таким образом, при симметрично расположенных дренирующих понижениях потери воды из канала при подпорной фильтрации на единицу длины:

Q_потери = 2k_ф α^*β^*.

Рис. 60. Схема к расчету подпорной фильтрации из канала.

Неустановившаяся подпорная фильтрация. При такой фильтра­ции потери воды, из каналов с течением времени изменяются вслед­ствие изменения или уровня грунтовых вод, или уровня воды в ка­налах и стоках. Характерный пример подпорной фильтрации с неустановившимся режимом — фильтрация из каналов в началь­ный период их работы при неглубоком залегании водоупора или уровня грунтовых вод. Фильтрационные потери при неустановив­шейся подпорной фильтрации с известным приближением можно определять по формулам для установившегося движения, рассмат­ривая установившийся режим как последовательную смену стацио­нарных режимов.

Потери воды в каналах на испарение. Их рассчитывают по фор­муле:

Q_{потери исп} ⁼⁼ Bel,

где B— ширина канала по урезу воды;

l — длина канала;

e — слой испарения с водной поверхности в единицу времени; принимается по данным наблюдений; изменяется в широких пределах и может дохо­дить до 20 мм/сут.

К. п. д. канала или его участка равен отношению расхода воды в конце канала (или участка) к расходу в голове этого канала (участка):

η= .

При заборе воды из канала в отводы к. п. д. его равен отноше­нию суммы расходов, подаваемых в отводы, к расходу в голове канала:

η= ,

где ∑Q_потери— сумма потерь воды на всех участках данного канала.

Различают к. п. д. собственно каналов и системы тех или иных каналов. К. п. д. какого-либо канала характеризует потери воды только из данного канала, а к. п. д. системы канала показывает, каковы потери воды не только в данном канале, но и во всех млад­ших каналах (включая и временные оросители), получающих из него воду. Например, к. п. д. системы хозяйственного распределите­ля зависит от потерь в самом хозяйственном канале и в одновре­менно работающих внутрихозяйственных распределителях и вре­менных оросителях. В общем виде величина его определяется вы­ражением:

η_с.х.р. = ,

где η_с.х.р — к. п. д. системы хозяйственного распределителя, равный к. п. д. всей хозяйственной сети;

Q_пол — расход, подаваемый на поля (поливной расход);

Q_гол.х.р — расход в голове хозяйственного распределителя;

Q_{потери х.р} — потери воды в хозяйственном распределителе;

∑Q_{потери вх.р} — сумма потерь в одновременно работающих внутрихозяй­ственных распределителях;

∑Qпотери в.о — сумма потерь во всех одновременно работающих времен­ных оросителях.

Если выразить потери воды в каналах через соответствующие коэффициенты полезного действия, то

η_с.х.р = η_х.р η_вх.р η_в.о = η_хоз,

где η_х.р η_вх.р η_в.о — соответственно к. п. д. хозяйственного распределителя,

внутрихозяйственных распределителей и временных оро­сителей;

η_хоз —к. п. д. внутрихозяйственной сети каналов.

К. п. д. оросительной системы равен к. п. д. системы магистраль­ного канала:

η_сист = η_с.м.к=

или

η_сист = η_с.м.к = η_хоз η_мх.р η_м.к = η_хоз η_мх.к,

где ∑Q_{потери хоз} — сумма потерь воды из всех одновременно работающих хо­зяйственных каналов;

∑Q_{потери мх.р}— сумма потерь воды из межхозяйственных распределителей;

Q_{потери м.к} - потери из магистрального канала;

η_мх.р η_м.к ^– к. п. д. межхозяйственных распределителей и магистрально­го канала;

η_мх.к— к. п. д. межхозяйственной сети каналов.

К. п. д. каналов, работающих без длительного перерыва, опре­деляют при нормальном расчетном расходе. При пропуске расхо­дов Q < Qнорм к. п. д. каналов несколько уменьшается. Приближен­но значения их в этом случае могут быть вычислены по формуле С. Р. Оффенгендена:

η_α =

где η— к. п. д. канала при Q = Q_норм;

η_α — к. п. д. канала при Q < Q_норм;

α = ;

m— показатель степени, зависящий от водопроницаемости грунта (значе­ния его принимаются такими же, как и в формуле А. Н. Костикова для определения потерь).

Формула С. Р. Оффенгендена может применяться при α ≥ 0,4. В соответствии с техническими указаниями по проектированию каналов оросительных систем. (1955 г.) к.п.д. каналов должны быть не менее следующих величин: для временных оросителей 0,9— 0,95; для систем внутрихозяйственных распределителей 0,85—0,9; для системы хозяйственных распределителей 0,8—0,9.

В СНиПН-52—74 указывается, что для системы магистрально­го канала и его ветвей к. п. д. должен быть не менее 0,8, а для меж­хозяйственных оаспоеделителей — не ниже 0,9.

СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ

При больших потерях бесполезно теряется значительное коли­чество воды, которая могла бы быть использована для дальнейшего расширения площади орошаемых земель; увеличиваются затраты на строительство каналов и сооружений; ухудшается мелиоратив­ное состояние земель (орошаемые земли заболачиваются и засоля­ются); возрастают эксплуатационные затраты (на очистку каналов от наносов, сорной растительности, на оплату электроэнергии при механическом орошении и др.). Поэтому, когда к. п. д. получаются меньше допускаемых, на каналах предусматривают противофильт- рационные мероприятия или же каналы заменяют лотками либо трубопроводами. Существует два способа борьбы с фильтрацион­ными потерями в каналах: уменьшение водопроницаемости грунтов ложа каналов и устройство одежд из маловодопроницаемых мате­риалов. Водопроницаемость грунтов можно уменьшить за счет уп­лотнения, кольматации, солонцевания, оглеения, силикатирования, битумизации, нефтевания и др. Антифильтрационные одежды уст­раивают из глины, глинобетона, бетона, железобетона, асфальтобе­тона и других материалов.

Наиболее широко в качестве противофильтрационных мероприя­тий применяются уплотнение и кольматация грунтов, бетонные, же­лезобетонные и асфальтобетонные облицовки.

Уплотнение грунтов. Грунт вложе каналов уплотняется при по­мощи катков (гладких и кулачковых), трамбующих и вибрацион­ных машин. Уплотнейие как противофильтрационное мероприятие применяется только в каналах, проходящих в связных грунтах. При уплотнении уменьшается пористость грунта, водопроницаемость его падает во много раз, грунт становится более прочным и устойчивым к размыву.

Различают глубокое уплотнение грунта, когда глубина уплот­ненного слоя t ≥ 0,25—0,5 м, и мелкое при t <0,25 м.

С течением времени уплотненный слой разуплотняется в резуль­тате попеременного высыхания и увлажнения, замерзания и оттаи­вания, пронизывания его корнями растений и ходами землероев. Считается, что срок службы поверхностного уплотненного слоя ра­вен 2—4 годам. Срок службы экранов из уплотненного грунта может быть несколько большим. Достоинство уплотнения заключает­ся в том, что для осуществления его не требуется никаких материа­лов и, кроме того, работы по уплотнению могут быть полностью механизированы. Это одно из самых дешевых противофильтрадионных мероприятий.

Кольматация грунтов. Под кольматацией поднимается процесс вмывания глинистых или илистых частиц в поры грунта под дейст­вием фильтрационных токов. Частицы глины или ила, попадая в поры грунта, оседают там и уменьшают активную пористость. Кольматироваться могут пески различной крупности, а также связные и структурные грунты, изобилующие трещинами и ходами землероев.

Для получения заметного противофильтрационного эффекта необ­ходимо, чтобы диаметр частиц кольмататора (глины или ила) был в 10—20 раз меньше диаметра частиц кольматируемого грунта.

Глубина вмывания зависит от размера частиц грунта и коль­мататора и изменяется от 5 до 30 см. Кольматировать можно как вновь построенные каналы, так и уже бывшие в эксплуатации. Существует два способа кольматации — в движущейся и спокойной воде. Необходимое количество глины для кольматации песков определяется по зависимости:

p=18DS,

где p— количество глины, кг;

D — средний диаметр частиц песка, мм;

S—площадь кольматации, м².

Во многих случаях наблюдается естественная кольматация грунтов, когда по каналам пропускается вода, содержащая глинис­тые или илистые наносы.

Глиняные и глинобетонные покрытия и экраны. Положитель­ное свойство глиняных покрытий и экранов — почти полная их во­донепроницаемость, упругость и сравнительная дешевизна. Недо­статки — малые прочность и сопротивляемость размыву. Кроме того, покрытия из глины растрескиваются при высыхании и проби­ваются растительностью. Покрытия из чистой глины можно приме­нять только на непрерывно действующих каналах. Для каналов с расходом менее 10 м³/с толщина покрытий принимается равной 5— 10 см, а для каналов с расходом более 10 м³/с — 15—20 см. В пери­одически действующих каналах устраивают глиняные экраны или поверхностные покрытия из смеси глины с соломой толщиной 4— 6 см. Экраны целесообразно применять и в постоянно действующих каналах.

Покрытия получаются более устойчивыми и долговечными, ес­ли их делать не из глины, а из глинобетона. Глинобетон — это смесь глины, песка, гравия или щебня. Содержание глины в смеси 20— 30%, песка 40—45 и гравия или щебня 30—35% (крупностью 20— 30 мм). Средняя плотность смеси 2,2—2,3 т/м³. Обеспечивая почти полную водонепроницаемость (при толщине 10 см), глинобетонные покрытия не растрескиваются при высыхании, морозостойки, слабо пробиваются растительностью и достаточно устойчивы на размыв.

Бетонные и железобетонные облицовки. В настоящее время они наиболее надежны из всех противофильтрационных одежд. Обеспе­чивая значительное уменьшение фильтрационных потерь, они поз­воляют также снизить стоимость земляных работ (за счет увеличе­ния скорости течения воды в каналах) и улучшить общие условия эксплуатации каналов, поскольку облицованные каналы практи­чески не зарастают и мало заиляются. Особенно целесообразно при­менение бетонных облицовок при устройстве каналов в глубоких выемках, насыпях, сильно фильтрующих и просадочных грунтах.

Рис. 61. Монолитные бетонные (а) и железобетонные (б) облицовки:

1 — уплотненный грунт; 2 — бетонная облицовка; 3 — песчано-гравийная подготовка; же« лезобетонная облицовка; 5 —сетка из стержней диаметром 6—10 мм через 15—25 см.

Облицовки делают из неармированного и слабоармированного бе­тона (рис. 61) —монолитного и сборного, обычного и предвари» тельно напряженного железобетона.

Монолитные неармированные облицовки наиболее просты и эко­номичны, но они имеют недостаточную трещиноустойчивость. Что­бы избежать появления трещин, которые могут возникать в резуль­тате деформаций основания, усадки бетона и температурных нап­ряжений, в бетонных облицовках приходится устраивать большое число швов, что усложняет производство работ и ухудшает противофильтрационные свойства одежды. Бетонные неармированные одежды рекомендуется устраивать в каналах, проходящих в малодеформируемых грунтах. В целях борьбы с пучением связанных грунтов, проявляющимся при их замерзании, облицовки уклады­вают на песчано-гравийную подготовку толщиной 10—15 см. Тол­щина покрытий в зависимости от характера основания, качества бетона, способа производства работ и расхода канала назначается в пределах от 6 до 15 см. Облицовки разбивают швами на отдель­ные секции или панели. По своему назначению швы разделяются на усадочные, температурные и строительные. Часто одни и те же швы являются и усадочными, и температурными; лишь при устройстве несквозных (ложных) усадочных швов делают дополнительно еще и температурные швы. Строительные швы совмещают с темпера- турно-усадочными или омоноличивают. Деформационные швы рас­полагают на таком расстоянии друг от друга, чтобы напряжения в бетоне не превышали допускаемых. Чаще всего расстояния между поперечными швами назначают в пределах от 2,5 до 4 м. Если же усадочные швы делают ложными, то через 9—15 м рекомендуется

устраивать температурные швы. Продольные швы нарезают обыч­но только по линии сопряжения откосов и дна каналов. Ширина швов принимается 2—2,5 см, что значительно превышает возмож­ное удлинение плит.

Для заполнения швов применяют чаще всего асфальтовые мас­тики. Такое эластичное заполнение обеспечивает водонепроницае­мость швов при возможных горизонтальных и вертикальных пере­мещениях плит.

Бетонные одежды армируют для уменьшения трещинообразования и предотвращения развития трещин. Арматуру из стержней диаметром 6—10 мм укладывают в виде сетки с размером ячеек 15—25 см. Часто применяют готовые сварные сетки. Арматуру рас­полагают в середине толщины плиты или ближе к наружной по­верхности одежды. Толщина железобетонных облицовок назначает­ся равной 6—12 см. Поперечные температурно-усадочные швы уст­раивают через 12—15 м.

Железобетонные облицовки применяют на каналах, проходя­щих в просадочных и суффозионно-неустойчивых грунтах, а также на участках с большой высотой насыпей. На участках, где вследст­вие увлажнения грунтов возможны значительные просадки или про­валы, облицовки устраивают с гидроизоляционным слоем из ас­фальтовых армированных и неармированных матов или других материалов. При макропористых грунтах перед бетонированием производится длительная замочка канала. В небольших каналах железобетонные облицовки можно укладывать непосредственно на спланированное грунтовое основание.

При устройстве облицовок из сборных элементов работы по ук­ладке плит могут проводиться в течение всего года. Площадь плит изменяется от 0,5 до 9 м². Плиты небольших размеров площадью до 1—2 м² делают малоармированными, большие же плиты арми­руют одиночной или двойной сеткой. Толщина плит в зависимости от их размеров 4—10 см. Плиты укладывают на тщательно спла­нированную песчано-гравийную подготовку.

Основной недостаток одежд из сборных элементов (плит) — большое число швов, но это характерно только для плит неболь­ших размеров.

Покрытия из асфальтовых материалов. Покрытия с использова­нием органических вяжущих материалов обладают высокой водо­упорностью, морозоустойчивостью и химической инертностью. Вследствие эластичности таких покрытий температурные швы не требуются. К достоинствам асфальтовых покрытий относится так­же и то, что работы по их устройству могут быть полностью меха­низированы. Применяются следующие виды покрытий: монолитные облицовки из неармированного и армированного асфальтобетона; облицовки из сборных асфальтобетонных плит; покрытия из ас­фальтовых армированных и неармированных матов по типу «по­гребенной мембраны» (рис. 62). Толщина асфальтобетонных обли­цовок 5—8 см.

Асфальтобетонные облицовки армируются для придания им большей механической прочности и трещиноустойчивости. Это осо­бенно необходимо в условиях возможного воздействия на покрытия ледяного покрова. В большинстве же случаев облицовки устраива­ют из неармированного асфальтобетона. Асфальтовые покрытия укладывают или на уплотненное основание, или на песчано-гравий- ную подготовку толщиной 10—15 см (при залегании в основании пучинистых грунтов).

Основной недостаток асфальтовых покрытий заключается в том, что в летний период они размягчаются и легко пробиваются тра­вянистой растительностью. Поэтому их целесообразно укладывать на слой тощего бетона или протравливать основание ядохимиката­ми (гербицидами).

Покрытия из пластических материалов. Пластмассовые пленки (полиэтиленовые, поливинилхлоридные и др.) в последние годы уже довольно широко применяют в качестве противофильтрацион- ных покрытий. На небольших временно действующих каналах пленки переносят с одного канала на другой, а на более или менее круп­ных каналах устраивают постоянные покрытия. Причем в одних случаях пленки прикрывают защитным слоем из местного грунта, а в других укладывают непосредственно по поверхности каналов. Имеются примеры, когда пластмассовые пленки применяют в ка­честве гидроизоляционных прослоек при устройстве бетонных или железобетонных облицовок. Толщина пленок 0,1—0,2 мм. Полиэти­леновые пленки в поверхностных покрытиях служат 2—3 сезона.

Рис. 62. Армированная асфальтобетонная облицовка (а) и покрытие по типу «погребенной мембраны» (б):

1 — асфальтобетонная облицовка; 2 — сетка из стержней диаметром 6 мм через 20X20 см; 3 — уплотненный грунт; 4 — втрамбованный щебень; 5 — армированный асфальтовый мат; 6 — защитный слой из местного грунта. (Размеры в см.)

С течением времени они стареют: теряют гибкость, становятся хрупкими и восприимчивыми к механическим воздействиям. Более устойчивыми в отношении старения оказались пленки из бутилового каучука, армированного нейлоновой тканью. Срок службы пленок можно увеличить защитным слоем грунта или бетона.

Противофильтрационная эффективность покрытий. Эффектовность действия противофильтрационных покрытий или мероприятий принято оценивать по размеру снижения фильтрационных потерь N в процентах от потерь, имеющихся в каналах без покрытий. Значе­ние N равно:

N = (

где Q_{потери необл}и Q_{потери обл}—потери воды из каналов без противофильтрацион­ных покрытий и с покрытиями.

При известных значенияхQ_{потери необл}и N фильтрационные по­тери в каналах с покрытиями определяют по зависимости:

Q_{потери обл}=Q_{потери необл}(1 - .

Если для необлицованного канала

η_необл= ,

то после устройства покрытия к. п. д. канала будет равен:

η_обл= .

Более или менее точно эффективность покрытий можно уста­навливать только на основании натурных наблюдений. Приближен­но для некоторых видов противофильтрационных мероприятий, та­ких, как уплотнение, кольматация, глиняные и глинобетонные одежды, ее можно определить и теоретически. При отсутствии в по­крытиях трещин и относительно глубоком залегании уровня грун­товых вод фильтрация из облицованных каналов происходит с раз­рывом сплошности потока в плоскости контакта покрытия с грун­том основания.

Расчетная схема фильтрации из облицованного канала показа­на на рисунке 63. При t фильтрационный расход из такого ка­нала:

Q_{потери обл}=k_ф.покр (b . (44)

Эффективность действия покрытий увеличивается с уменьшени­ем k_ф.покр и увеличением t.

Формула (44) неприменима для определения потерь из кана­лов с бетонными и асфальтобетонными облицовками. При правильно подобранном составе бетона или асфальтобетона и качественном производстве работ водопроницаемость облицовок будет зависеть главным образом от числа швов и их конструкции и от наличия трещин. Рекомендуется принимать следующие примерные значения показателя N: при уплотнении 30—80%, кольматации 30—50, гли­няных и глинобетонных покрытиях 60—80, бетонных и железобе-1 тонных облицовках 85—95, при покрытиях из асфальтовых и пластмассовых материалов 90—100% .

Рис. 63. Расчетная схема фильтрации из облицованного канала:

1 — покрытие; 2 — граница зоны движения потока с неполным заполнением водой

пор грунта.

§ 44. РАСПОЛОЖЕНИЕ КАНАЛОВ В ПЛАНЕ И ИХ ПОПЕРЕЧНЫЕ СЕЧЕНИЯ

Для обеспечения условий командования и самотечного распре­деления воды каналы должны трассироваться по наиболее высоким отметкам местности (рис. 67).

Наименьшая стоимость работ по строительству канала получа­ется в том случае, когда на трассе его имеется однообразное паде­ние местности с уклоном, обеспечивающим получение в канале ско­рости, близкой к допускаемой скорости на размыв. При малых ук­лонах увеличивается поперечное сечение каналов и усложняется производство работ, а при больших уклонах приходится устраивать на каналах перепады или быстротоки.

Желательно, чтобы сетка каналов была близка к прямоуголь­ной, так как участки с острыми углами неудобны для обработки. В наибольшей степени это требование относится к внутрихозяйст­венным каналам.

При разбивке сети следует стремиться к тому, чтобы общая длина каналов была наименьшей? так как в противном случае уве­личивается стоимость строительства и эксплуатации и к тому же уменьшается к. п. д. оросительной системы. Старшие оросительные каналы поэтому рекомендуется трассировать так, чтобы обеспечи­валось двустороннее их командование. На каналах должно быть ми­нимальным число таких сооружений, как дюкеры, акведуки, ливне­спуски, мосты, трубы и др. Но нужно учитывать, что каналы явля­ются реальными границами земельных участков, поэтому трассы их должны совпадать с границами хозяйств, севооборотных, бригад­ных и других участков.

Необходимо, чтобы каждое хозяйство (колхоз, совхоз) получало воду из межхозяйственных распределителей не более чем в одной- двух точках отвода (точках водовыдела). Чем меньше таких точек, тем лучше может быть организован контроль за подачей воды и за использованием ее в хозяйствах. В пределах хозяйств на каждый севооборотный участок, в поселок и на другие участки вода должна подаваться по самостоятельным внутрихозяйственным распредели­телям. При трассировке каналов необходимо также предусматри­вать возможность подачи воды по каналам для водоснабжения на­селенных пунктов, промышленных предприятий и др.

Рис. 67. Расположение ороситель­ных каналов: 1 и 2 — оросительные и водосбросные каналы.

Выборы трассы магистрального канала. Задача магистрально­го канала — транспортирование воды от источника орошениядоорошаемых земель, вывод воды на командные отметки и распреде­ление ее между межхозяйственными распределителями. Кромето­го, он может служить для целей транспорта, водоснабжения, энер­гетики.

Магистральный канал (МК) принято делить на две части — хо­лостую и рабочую. Холостой частью МК называется участок кана­ла от головных сооружений до выпуска воды в первый самотечный распределитель. Холостая часть только транспортирует воду. В не­которых случаях вода из холостой части забирается для орошения высокорасположенных земель.

Очень часто на холостой части устраивают отстойники. Холостая часть МКГ в основном проходит в непосредственной близости от ре­ки, почти параллельно ей, и граничит с высоким коренным берегом, по которому постепенно выходит в степь. Коренной берег часто име­ет неправильное очертание в плане, изрезан оврагами, ручьями, реками, имеет выносы пород и др. Это удлиняет трассу канала и усложняет ее. Поэтому нередко на отдельных участках устраивают туннели, лотки, дюкеры, подпорные стенки и др. При бесплотинном водозаборе существует опасность затопления и подтопления кана­ла при паводках.

Начиная с пункта, где канал приобретает возможность самотеч­ного командования, он получает название рабочего. Рабочая часть МК распределяет воду между отходящими от него распределите­лями. Проходит она по водоразделам и наивысшим точкам, чтобы обеспечить подачу воды в любой пункт системы. Большое значение имеет выбор уклона МК. Чем больше уклон, тем длиннее холостая часть МК, но меньше размеры канала. При заданной верхней грани­це орошаемых земель с увеличением уклона магистрального канала может увеличиваться площадь зоны машинного орошения и умень­шаться площадь самотечного орошения, в связи с этим могут воз­расти не только затраты на строительство машинной зоны, но и эксплуатационные затраты по системе в целом. Вопрос о выборе оптимального уклона решается путем технико-экономического сравнения различных вариантов. В случае плотинного водозабора длина холостой части уменьшается. При заборе воды из водохра­нилищ для орошения нижерасположенных земель холостая часть МК может отсутствовать, как и в случа,е применения для водозабо­ра и подачи воды в сеть насосных станций.

Форма поперечного сечения каналов. Выбирается в зависимос­ти от их размеров, характера грунтов основания и способа произ­водства работ. Формы каналов показаны на, рисунке 68.

Большинство каналов имеет трапецеидальную форму (а), наи­более простую с точки зрения производства работ и в то же время обеспечивающую необходимую устойчивость откосов. Большие ка­налы часто строятся с полигональной формой сечения (б), устойчи­вой и гидравлически более выгодной, чем трапецеидальная. Сече­ния параболической формы (в) неудобны для выполнения, но во всех других отношениях они являются наилучшими. Сечения сос­тавной формы (г) целесообразны в тех случаях, когда по каналам в течение короткого периода времени пропускаются большие расхо­ды, а в остальное время — малые. Треугольная форма сечений (д) характерна только для самых младших оросительных каналов — выводных борозд и частично временных оросителей. Этим же кана­лам для удобства прохода через них сельскохозяйственных машин иногда придается ложбинообразный профиль (е).

Рис. 68. Формы поперечного сечения каналов.

Рис. 69. Поперечные сечения каналов в полувыемке-полунасыпи:

1 — выемка; 2— насыпь с послойным уплотнением; 3 —отвал или кавальер; 4 — срезка растительного слоя;5 — наружный резерв; 6— внутренний резерв.

По условиям производства работ каналы разделяются на три группы: каналы в полувыемке-полунасыпи (рис. 69); каналы в вы­емке (рис. 70); каналы в насыпи (рис.-71). Первую группу подраз­деляют еще на три подгруппы: каналы с объемом выемки V_в, рав­ным объему насыпи V_н; каналы с V_в<V_н. Наи­более рациональны, экономичны и просты в исполнении каналы в неглубоких выемкам (рис. 70, а) или же в полувыемках-полунасы пях с небольшой высотой насыпей. Большинство каналов по усло­виям командования делается в полувыемке-полунасыпи. Когда ка­налы пересекают возвышенности, а также когда уклоны каналов i принимают меньше, чем уклоны местности i_м по их трассам, от­дельные участки устраивают полностью в выемках. Весьма часто в глубоких выемках проходят холостые части магистральных кана­лов. При малых уклонах местности, когда i i_m, а также при пере­сечении понижений каналы приходится делать в насыпях.

На рисунке 72 приведены характерные поперечные сечения ка­налов на косогорных участках.

Рис. 70. Сечения каналов в выемке: 1 — кавальер; 2 — берма.

Рис. 71. Сечения каналов в насыпи: а — без подсыпного дна; б — с подсыпным дном.

Рис. 72. Сечения каналов на косогорах.

Незаиляющая скорость. Допускаемой скоростью на заиление Узаил называется та минимальная скорость течения воды, при ко­торой наносы данного гранулометрического состава транспортиру­ются по каналам, не выпадая по пути потока. Незаиляющая ско­рость зависит главным образом от количества наносов, их грану­лометрического состава, размеров поперечного сечения канала и уклона его. В. В. Пославский и Г. С. Чекулаев ввели понятие о транспортирующей способности потока р как о максимальном ко­личестве наносов данного гранулометрического состава, которое может переносить поток при определенных гидравлических харак­теристиках русла. Строгого теоретического решения задачи о взве­шивании наносов в турбулентном потоке пока еще не имеется, поэтому для определения ρ и υ_заил используют преимущественно эм­пирические зависимости. Обычно применяют формулу Е. А. Зама- рина, полученную в результате анализа и обобщения опытного ма­териала по многим оросительными системам.

По Е. А. Замарину, удельная транспортирующая способность потока (кг/м³):

ρ = ,

где υ— средняя скорость течения, м/с;

R — гидравлический радиус, м;

I — гидравлический уклон потока;

W—средняя гидравлическая крупность взвешенных наносов, мм/с; W=Wo, еслиW 2 мм/с и Wo=2 мм/с, если W<2 мм/с.

Средняя гидравлическая крупность наносов:

W = ,

где p_i — процентное содержание наносов той или иной фракции;

W_i— средняя гидравлическая крупность фракций, принимаемая по А.Н.Гостунскому равной:

W_i =

где W₁ и W₂ — наибольшее и наименьшее предельные значения гидравлической крупности для данной фракции.

Для состояния, соответствующего незаиляющей скорости, справедливо равенство р=р_м, где р_м — мутность потока, и тогда из формулы Е. А. Замарина получается выражение для допустимой скорости на заиление (м/с):

В последнее время для определения удельной транспортируй щей способности (кг/м³) применяется формула М. А. Великана ва — С. X. Абальянца:

ρ= k

где υ — средняя скорость, м/с;

W — средняя гидравлическая крупность взвешенных наносов, мм/с; R— гидравлический радиус, м;

k— коэффициент, численное значение которого по С. X. Абальянцу при указанных размерностях равно 18.

Для постоянных оросительных каналов минимальные скорости! рекомендуется принимать не менее 0,3 м/с и только при заборе осветленной воды из водохранилищ они могут быть снижены до 0,2 м/с.

ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ КАНАЛОВ.

Заложение откосов каналов и дамб. Для каналов, проходящих в выемках глубиной до 5 м, и дамб высотой до 3 м заложениеот­косов принимается обычно в соответствии с рекомендациями СНиП (табл. 4 и 5). Устойчивость откосов проверяется лишь при слож­ных геологических условиях.

Таблица 4. Заложение откосов каналов

Таблица 5. Заложение наружных откосов дамб

Рис. 73. Схема к расчету общей устойчивости откоса:

1 — возможная поверхность обрушения; 2 - эпюра нормального давления; 3 — эпюра гидродинамического давления.

Для каналов, проходящих в выемках глубиной более 5 м, вы­бранное очертание откосов подтверждается расчетом на устойчи­вость. Дамбы высотой более 3 м рассчитываются, как земляные плотины. Для проверки общей устойчивости откосов применяется графоаналитический метод расчета, при котором предполагается, что поверхность обрушения является круглоцилиндрической (рис. 73). Эта поверхность в некоторых случаях может проходить только через откос, а в других захватывает и основание.

Отношение момента удерживающих сил к моменту обрушающих:

k_c =

принято называть коэффициентом общей устойчивости откоса.

Для заданного откоса путем многократных попыток устанавли­вается положение наиболее вероятной или опасной поверхности обрушения, для которой значение k_с будет минимальным. Откос считается устойчивым при k_{с min} 1,1—1,2.

На устойчивость откосов и дамб влияют характер залегания грунтов, их технические характеристики, глубина воды в ороси­тельном канале, режим работы канала, положение кривой депрес­сии и др.

Усточивость откосов каналов и дамб может нарушаться не толь­ко в результате образования оползней, но и в результате местных выпоров грунта, оплывов и внешней суффозии. Эти виды дефор­маций определяются воздействием на откос фильтрационного по­тока и проявляются они на участках высачивания или выклинива­ния. Схема движения фильтрационного потока на участке выса­чивания показана на рисунке 74.

Рис. 74. Схема к расчету местной устойчивости откоса: 1 — кривая депрессии; 2 — линия тока; 3 — водоупор.

Практика показывает, что высачивание потока на откосы, сло­женные из связных грунтов, особой опасности не представляет. Расчетные значения градиента для откосов из мелкозернистых несвязных грунтов следовало бы принимать с учетом толщины слоя - грунта, соизмеримого с диаметром частиц.

Вопрос о суффозии грунтов на участках высачивания почти не изучен. Можно только отметить, что чем больше неоднородность грунта, тем при меньших градиентах начинается суффозия.

Для обеспечения местной устойчивости сухих откосов плотин на участках высачивания часто устраивают наслонный дренаж. В дамбах каналов его можно заменить отсыпкой слоя песчано-гравийной смеси. Вопрос о местной устойчивости наружных откосов дамб отпадает при устройстве в них обычного дренажа.

Для каналов с наружными защитными покрытиями или одеждами установлены следующие примерные значения минимальных коэффициентов заложения откосов: с глиняными покрытиями или асфальтобетонной одеждой 1,5—2; с каменной мостовой 1,5; с бе­тонной или железобетонной монолитной одеждой 1,25—1,5; с облицовкой из сборных железобетонных элементов 1—1,5. Эти коэффициенты отвечают условиям устойчивости покрытий или произ­водства работ.

Если противофильтрационные покрытия выполняются в виде экранов, то коэффициенты заложения определяются по расчету устойчивости защитного слоя.

По данным практики, экранированные откосы устойчивы с глиняными экранами при m 1,5 с экранами из асфальтовых матов | при m ≥1,5—2 и с экранами из пластмасс при m≥З.

Расчет каналов трапецеидального сечения. Чаще всего приходится сталки­ваться с задачей, когда необходимо определить три неизвестные величины b, h и i при заданных или предварительно установленных; значениях Q, т, п.

В общем случае для решения этой задачи используются формула Шези и два дополнительных условия: устойчивости русла υ_запл<.υ<.υ_разм и минимума капитальных затрат К=К_min.

Устойчивость русла и стоимость работ во многом зависят от выбора отношения β=b/h и уклона i.

Наибольшую пропускную способность имеют каналы гидравлически наивыгоднейшего сечения, для которых

Каналы гидравлически наивыгоднейшего сечения — это сравнительно узкие и глубокие русла. Для оросительных каналов обычно принимают β> β₀. Так, в последнее время при проектировании каналов широко применяется формула:

где Q— расход канала, м³/с;

т — коэффициент заложения откосов.

Она отражает существующую в настоящее время в практике проектирования и строительства тенденцию увеличивать β с увеличением размера канала. Не­смотря на некоторое увеличение объемов работ, это обосновывается следующими соображениями: в широких каналах лучше обеспечиваются условия командова­ния при пропуске расходов Q<Qнорм, так как уровни воды в них при уменьше­нии расходов снижаются меньше, чем в узких каналах; широкие каналы более удобны с точки зрения производства работ, так как при строительстве большой объем их выемки может быть выполнен экономически эффективными механизма­ми: скреперами, бульдозерами, грейдер-элеваторами.

А. А. Угинчус показал, что даже при значительном отклонении β от β₀ ско­рость течения незначительно отличается от скорости υ_г._н. Так, для канала при т=2 β₀=0,48, а при β=3 υ=0,97υ_г.н. А. М. Латышенков получил зависимость,позволяющую устанавливать значение β по заданному отношению А_b = .

Эта зависимость имеет вид: β= -m,

где A_{h = =}

где у — показатель степени в формуле Н. Н. Павловского для определения коэффициента Шези.

При у=

A_h = .

Если принять, что A_b=0,97, то отношение A_h при расчете его по вышеприве­денной формуле получется равным 0,71, а при Аь=0,98 отношение A_h=0,76. При Аь =0,97—0,98 сечения будут весьма близкими к гидравлически наивыгодней­шим.

Оптимальное решение при выборе значения р для любого канала можно по­лучить только после сравнения различных вариантов. Очень широкие каналы не­устойчивы на поворотах (на сопрягающих кривых), а при β>12 в них наблюда­ются сбойные течения. Наиболее устойчивыми и во многих случаях наиболее экономичными будут каналы параболического и полигонального очертания. Для сравнительно небольших внутрихозяйственных каналов, особенно облицованных, применяются сечения, близкие к гидравлически наивыгоднейшим. Объем экскава­торных работ при строительстве этих каналов в большинстве случаев незначи­телен. Каналы внутрихозяйственной сети проходят преимущественно в полувыем­ке-полунасыпи, поэтому стоимость их определяется главным образом стоимостью насыпи, а не выемки. Условия командования на них при пропуске малых расхо­дов обеспечиваются сравнительно просто при любых значениях β, так как по­перечные преграждения ставятся обычно за каждым водовыпуском. Кроме того, более глубокие каналы несколько удобнее и с точки зрения эксплуатации, так как они меньше зарастают сорной растительностью.

Когда говорится о сечениях, близких к гидравлически наивыгоднейшим, то имеется в виду, что при подборе сечений небольших каналов следует учитывать не только гидравлику, но и условия производства работ. Если используется ка- налокопатель, то ширина канала по дну определяется шириной ножа машины (0,2—1 м). Когда применяют экскаватор с обратной лопатой, то минимальная ширина по дну канала не может быть менее ширины ковша при продольной раз работке и длины ковша при поперечной. Если же канал отрывается драглайном, то ширина его по дну должна быть не менее полуторной ширины ковша при про­дольной разработке и не менее полуторной длины ковша при поперечной. Если расходы каналов более 1 м³/с, ширину каналов по дну рекомендуется округлять до 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0 м и т. д.

Задачу о подборе размеров живого сечения и уклона канала в общем случае начинают решать с выбора отношёния β. Далее ее решают следующим образом.

При большом уклоне местности по трассе канала уклон его принимается рав­ным или близким к предельному, при. котором средняя скорость течения равна допускаемой скорости на размыв. Если принять по А. А. Черкасову υ_разм=υ_oR, то в этом случае будет иметь место равенство:

(45)

После подстановки вместо R и ω их значений оно приводится к виду:

(46)

В уравнении (46) неизвестная величина — только глубина наполнения h. После определения h можно вычислить ширину канала по дну, площадь живого сечения, среднюю скорость и предельный уклон канала:

i_пред=

Если допускаемую неразмывающую скорость находить в соответствии с ука­заниями СНиП II-52—74, то рассмотренную выше задачу можно решить только подбором.

При уклоне местности по трассе канала i_м<i_пред расчетный уклон следует принимать равным:

при отсутствии за вышележащим водовыпуском перегораживающего соору­жения

i= ;

при наличии перегораживающего сооружения

i=

где ^и — отметки командных уровней воды у вышележащего и нижележа­щего водовыпусков;

— перепад в перегораживающем сооружении;

l — расстояние между водовыпусками.

Если на длине l уклон местности изменяется весьма резко, то, возможно, наиболее целесообразным решением будет такое, когда участки канала прокла­дываются с разными уклонами.

При заданных значениях Q, m, n, β и i неизвестными величинами будут b и h, но так как они связаны между собой через β, то фактически требуется най­ти только h или b. Основное уравнение равномерного движения при этом можно представить в виде:

(47)

где К — модуль расхода.

После того как будут найдены размеры живого сечения, средняя скорость сравнивается с заиляющей или определяется транспортирующая способность по­тока. Если окажется, что υ<υ_заил, то существенно увеличить среднюю скорость можно, во-первых, применением облицовок с малой шероховатостью, во-вторых, назначением уклона канала i i_m, хотя это может привести к значительному уве­личению объема насыпи не только на данном, но и на старших каналах. Имеется еще и третий путь — изменение трассы канала.

Рассмотрим теперь задачу, когда найденная в результате предварительных расчетов ширина канала по дну b не отвечает условиям производства работ. В этом случае канал рассчитывается заново при заданной ширине b_п, подобран­ной в соответствии с требованиями производства работ. Когда известен уклон канала г, задача эта сводится к вычислению-из формулы Шези глубины наполне­ния h:

(48)

Решается она путем подбора, построения кривой K=f(h), использования имеющихся в литературе графиков [например, графика = f ( )] или линейки В. Ф. Пояркова.