Конструкції елементів зрошувальних систем, розрахунок і проектування
Зрошувальні системи та їх основні елементи
Зрошувальна система - гідромеліоративна система для зрошення земель. Основна технічна задача зрошувальної системи полягає в тому, щоб забрати воду з джерела зрошення і доставити її до зрошуваного масиву в потрібні терміни та в потрібних кількостях і розподілити між окремими господарствами і полями сівозмін, створити на полях потрібну для рослин вологість грунту.
До елементів зрошувальної системи відносяться:- Джерело зрошення.
- Головне (водозабірна) спорудження.
- Зрошувальна мережа.
- Водозбірно-скидна і колекторно-дренажна мережі.
- Гідротехнічні споруди на мережі.
- Лісові смуги і дорожня мережа.
- Зрошувані землі з міжгосподарської і внутрішньогосподарської організацією території.
Отже, зрошувальна система регулярного зрошення є комплексом з зрошуваних земель, джерела зрошення та різних споруд на них для докорінного поліпшення несприятливих природних умов і підвищення родючості грунтів з метою отримання високих врожаїв з найбільш ефективним використанням земельних і водних ресурсів, без негативного впливу на навколишні землі . Зрошувальну систему можна розглядати з агровиробничої точки зору як частина сільськогосподарського комплексу для штучного зволоження полів з метою отримання високих врожаїв.
Джерелами води для зрошення можуть бути річки в їх природному або зарегульованому стані, озера, місцевий поверхневий стік, що надходить у ставки; підземні води, промислові, господарсько-побутові і стічні повторно використовувані води систем.
Основні вимоги до джерела зрошення - дати воду в необхідній кількості і потрібної якості. Кількість води встановлюється шляхом гідрологічних та водогосподарських розрахунків. Вододжерела повинен розташовуватися поблизу зрошуваного масиву, бажано вище нього (для забезпечення подачі води самопливом).
При проектуванні зрошувальної системи необхідно знати гідрологічні характеристики джерела зрошення, гідрогеологію і топографію місцевості. Знаючи ці характеристики, можна встановити: можливу площа зрошення, необхідність регулювання джерела зрошення, необхідність освітлення води, схеми водозабору і подачі води на зрошувану масив.
Джерело зрошення повинен повністю забезпечувати потребу в воді за весь період зрошення. Узгодження режиму джерела зрошення та режиму зрошення досягається шляхом: 1 - регулювання вододжерела; 2 - пристосуванням режиму зрошення до режиму вододжерела; 3 - одночасним регулюванням вододжерела і режиму зрошення.
Головне (водозабірна) спорудження служить для забору води з джерела зрошення та подачі її в зрошувальну мережу.
Виділяють три типи водозабору:- бесплотинной;
- греблі;
- з механічним водопідйому.
За способом забору води з джерела зрошення розрізняють зрошувальні системи самопливні і з механічним підйомом.
Зрошувальна мережа за своїм призначенням ділиться на дві частини: провідну і регулюючу.
Провідна мережа будується постійною. В її завдання входить транспортування води від джерела зрошення до зрошуваних масивів і розподіл її в межах зрошуваних масивів між окремими господарствами, севооборотной ділянками і полями.
До проводять каналам ставляться: магістральний канал МК і його гілки 1-МК, 2-МК, міжгосподарські та господарські розподільники різних порядків 1-1.К, 1-2.К, 1-2.1.К, 1-2.1.1.К , внутрішньогосподарські розподільники 1-1.К 1, 1-1.К 1.1.
Магістральний канал і його гілки подають воду від водозабірної споруди до розподільників різних порядків.
Міжгосподарські розподільники подають воду з МК кільком господарствам, а господарські одному господарству.
Внутрішньогосподарські зрошувальні канали розподіляють воду між виробничими ділянками, сівозмінами, поливними ділянками всередині господарства. Внутрішньогосподарські розподільники наймолодшого порядку, що подають воду на поливні ділянки, називають дільничними розподільниками.
У завдання регулюючої мережі входить розподіл води по площі поля і перетворення її зі стану струму в стан грунтової вологості.
Регулююча мережу при поверхневому зрошенні складається з тимчасових зрошувачів, вивідних і розподільних борозен, поливних трубопроводів, поливних машин, поливних смуг, борозен, чеків, при поливі дощуванням - з дощувальних машин і трубопроводів, при внутріпочвенного зрошенні - з підземних зволожувачів. Регулюючу мережу, щоб не утрудняти умови механізації сільськогосподарських полів, влаштовують тимчасової, переносний або пересувний, або постійною, покладеної на певну глибину в землю.
За конструкцією зрошувальна мережа буває трьох типів:- відкрита, що складається з каналів у земляному руслі або в облицюванні, якщо потрібно зменшити фільтрацію або збільшити швидкість, або з лотків, що застосовуються в складних топографічних і геологічних умовах;
- закрита, що складається з напірних або безнапірних трубопроводів, покладених в землі; на поверхні землі вода подається через гідранти;
- комбінована, в якій основні великі канали роблять відкриті, основна мережа закрита, або вода від водозабору до господарства подається по трубах, а внутрихозяйственная мережу зроблена у вигляді відкритих каналів і трубопроводів.
- з аварійних і кінцевих скидів;
- водозбірних каналів різних порядків;
- горішніх каналів, що оберігають зрошувані землі від надходження на них поверхневих вод з вищерозміщеної території.
Дренажна мережа служить для відводу надлишкових грунтових вод з території зрошувальної системи. Вона складається з міжгосподарських і внутрішньогосподарських колекторів і дрен.
Зрошувальна система оснащується гідротехнічними спорудами. Для регулювання рівнів і витрат води в каналах влаштовують регулятори, для транспортування води через штучні і природні перешкоди - водопровідні споруди (акведуки, дюкери, тунелі), для сполучення бьефов - перепади і швидкотоки. Гідротехнічні споруди оснащують автоматами з обліку води, регулювання її рівнів і витрат, засобами централізованого дистанційного контролю і управління. Для спостереження за рівнем ґрунтових вод на зрошуваних території влаштовується мережа спостережних свердловин.
Дороги проектують для обслуговування системи, пересування сільськогосподарських машин, підвезення насіння, вивезення врожаю. Польові дороги влаштовують для повідомлення з кожним полем; внутрішньогосподарські - для сполучення між полями, з садибами і польовими станами, міжгосподарські - для зв'язку кожного господарства з залізничними станціями, пристанями, адміністративними центрами; експлуатаційні - для обслуговування системи.
Лісові смуги скорочують швидкість вітру і зменшують випаровування, а також накопичують сніг в зимовий період. На меліорованих території розміщують такі види лісових смуг: полезахисні, пріканальних, дренажні, придорожні, прибережні, пріводоемние, Пасовищезахисна, озеленювальні та прикордонні.
Зрошувані землі з усіма їх особливостями (рельєф, грунт, гідрогеологічні умови) є основним елементом зрошувальної системи. Від них значною мірою залежать склад, число і конструкція інших елементів.
До складу зрошувальної системи входять землі одного (внутрихозяйственная зрошувальна система) або декількох (міжгосподарська зрошувальна система) господарств, асоціації селянських господарств і сільськогосподарських підприємств, і навіть кількох адміністративних районів.
Площа в межах зрошувальної системи, зайнята посівами сільськогосподарських культур і насадженнями, полив яких передбачений проектом, є зрошуваною площею нетто. Площа під каналами, спорудами, дорогами, лісосмугами, будівлями, а також під невеликими ділянками в межах зрошуваної площі, але не зрошуваними по грунтово-меліоративних і інших умов, називається площею відчужень.
Розрахунок і проектування елементів зрошувальної системи
Розрахунок і проектування елементів зрошувальної системи здійснюється відповідно до чинних нормативних документів, що встановлюють правила і порядок їх проектування.
У базу вихідних даних досліджень для подальшого проектування включають:- характеристику вододжерела і його гідрологічний режим;
- топографічний план ділянки зрошення;
- грунтово-меліоративну і ботаніко-культуртехнічного карти;
- дані інженерно-геологічного, гідрогеологічного та гідротехнічного обстежень ділянки зрошення;
- технічні умови на електропостачання;
- метеорологічні дані по опадам, температурі і дефіциту вологості повітря протягом вегетації за багаторічний період з опорної (прилеглої до об'єкта) метеостанції.
Проектування зрошувальної системи базується на розробленому режимі і обгрунтованою техніко-економічними розрахунками техніці зрошення.
Зрошувальну мережу проектують з урахуванням забезпечення:- своєчасної подачі зрошувальної води на поливні ділянки;
- заданих техніко-економічними розрахунками (оптимальних) коефіцієнтів земельного використання і корисної дії системи;
- умов для використання високопродуктивних сільськогосподарських машин і знарядь і застосування передових технологій вирощування сільськогосподарських культур;
- високопродуктивної роботи автоматизованої дощувальної техніки.
Трубчаста зрошувальна мережа проектується, як правило, тупикової з одно- або двостороннім відгалуженням трубопроводів нижчих порядків. Перевагу слід віддавати тупикової схемою з двостороннім розташуванням розподільних і поливних трубопроводів.
Зрошувальна мережа в плані повинна проектуватися в ув'язці з рельєфом місцевості, інженерно-геологічними умовами, прийнятими способами і технікою поливу, вимогами раціональної організації зрошуваною території і мінімальної протяжності мережі.
У технічному завданні на проектування великої меліоративної системи, як правило, вказується:- підставу для розробки проекту (генеральна схема, генеральний план розвитку району, цільова програма охорони природи, обґрунтування інвестицій і ін.);
- місце розташування, межі, площі;
- призначення, вимоги зацікавлених галузей - сільського господарства, гідроенергетики, водного транспорту і ін .;
- орієнтовні параметри об'єктів проектування (площі, витрати, потужності і т.д .;
- вимоги до конструктивних рішень і способи регулювання водного режиму;
- терміни, черговість будівництва;
- інші відомості, необхідні для проектування.
Головними характеристиками каналу є форма і розмір його живого перетину, тобто поперечного перерізу потоку. Форма каналів може бути різноманітною. Часто застосовуються канали трапецеидального і полігонального обриси. Також перетин може бути прямокутним, напівкруглим, параболічних, окресленим більш складної кривої або складовим.
Поперечні перерізи каналів
Закладення укосу m, рівне
залежить від грунту, в якому проходить канал. Якщо для скельних грунтів закладення укосу наближається до нуля, то, наприклад, для пилуватих пісків воно може досягати 3-3,5. Зміцнення укосів дозволяє призначати закладення необхідної величини.
На відміну від природних русел існує можливість надати перетину каналу гідравлічно найвигідніше перетин (тобто підібрати відповідні величини ширини каналу по дну і глибини потоку). При такому перетині при заданої шорсткості русла забезпечується максимальна пропускна здатність при мінімальній площі перетину. Однак для діапазону найбільш поширених закладення укосів виходить, що такі канали мають велику глибину і малу ширину по дну, що часто недоцільно за технологією пристрою і вартості робіт. На додачу до цього відбувається збільшення розмиває швидкості потоку. Тому ширину каналів по дну збільшують в порівнянні з гідравлічно найвигіднішої.
У загальному випадку невеликі канали розраховуються в припущенні рівномірного руху води. Для визначення швидкості і витрати використовують формули Шезі:
V - середня швидкість потоку, м / с;
C - коефіцієнт опору тертя по довжині (коефіцієнт Шезі), м 0,5 / с, що є інтегральною характеристикою сил опору;
R - гідравлічний радіус, м;
I - гідравлічний ухил, який при рівномірному русі потоку з вільною поверхнею дорівнює ухилу дна і вільної поверхні.
# 969; - площа живого перетину, м 2.
Витрата води в каналі визначається водогосподарськими розрахунками. Завдання зводиться до визначення перетину каналу і його розмірів при порівняно вузькому діапазоні можливої швидкості потоку. Вузькість діапазону швидкості диктується тим, що русло з одного боку не повинно розмиватися, а з іншого - не повинно замулюватися. Розрахунок граничних швидкостей по замулення і розмивання є складним завданням і вирішується наближеними методами. Для більшості матеріалів розмивають швидкості визначені і наводяться у відповідних таблицях залежно від глибини потоку.