МЕЛИОРАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ
И СООРУЖЕНИЯ

ДРЕНАЖ НА ОРОШАЕМЫХ
ЗЕМЛЯХ

НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ВСН 33-2.2.03-86

МИНИСТЕРСТВО МЕЛИОРАЦИИ И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКВА 1987

С введением в действие ВСН 33-2.2.03-86 «Мелиоративные системы и сооружения. Дренаж на орошаемых землях. Нормы проектирования» утрачивает силу «Инструкция по проектированию оросительных систем. Часть VIII. Дренаж на орошаемых землях» ВСН-П-8-74.

Согласованы с Госстроем СССР 11 марта 1986 г. № ДП-1206-1 и Госагропромом СССР 30 июня 1986 г. № 013-300-954.

МЕЛИОРАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ И СООРУЖЕНИЯ

ДРЕНАЖ НА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ

НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ВСН 33-2.2.03-86

МИНИСТЕРСТВО МЕЛИОРАЦИИ И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКВА 1987

Настоящие нормы разработаны в развитии СНиП 2.06.03-85 и распространяются на проектирование дренажных систем в зоне орошаемого земледелия на вновь осваиваемых засоленных или склонных к засолению и заболачиванию землях, а также на существующих оросительных системах, требующих мелиоративного улучшения.

Нормы не распространяются на проектирование дренажа в зоне избыточного увлажнения, промышленных площадок и населенных пунктов.

При проектировании дренажных систем, наряду с данными нормами, необходимо соблюдать требования государственных стандартов, строительных норм и правил, а также соответствующих нормативных документов, утвержденных Минводхозом СССР.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Тип дренажа следует назначать в соответствии с п. 2.200 СНиП 2.06.03-85. Размещение в плане коллекторно-дренажной сети (КДС) необходимо выполнять с учетом п. 1.11 СНиП 2.06.03-85, как правило, по понижениям рельефа.

1.2. Проектирование коллекторной сети должно проводиться в соответствии с требованиями пп. 2.204, 3.67 - 3.73 СНиП 2.06.03-85.

1.3. При выборе конструкций дрен и коллекторов следует исходить из условия применения новых строительных материалов, прогрессивных методов строительства, экономии материально-технических и трудовых ресурсов, обеспечения техники безопасности и охраны окружающей среды. Принятые конструктивные решения должны обеспечивать эксплуатационную надежность дренажных сооружений.

1.4. При невозможности использования дренажного стока и сброса его в существующие водоприемники необходимо предусматривать устройство искусственных сооружений или емкостей по аккумуляции дренажных вод.

1.5. Для контроля за мелиоративным состоянием земель и работой дренажа необходимо предусматривать сеть наблюдательных скважин и гидрометрических постов с контрольно-измерительными устройствами с учетом расположения региональной и внутрихозяйственной сети, типа дренажа и обеспечения необходимого объема информации.

Расположение и конструкцию наблюдательной сети на опытно-производственных участках следует проектировать по рекомендациям научно-исследовательских организаций.

1.6. Совмещение дренажной и сбросной функции для закрытых коллекторов и дрен не допускается. При поступлении в открытый коллектор поверхностных и сбросных оросительных вод прием их следует организовывать в определенных пунктах путем строительства специальных сооружений.

1.7. Проектные работы должны выполняться с применением средств вычислительной и организационной техники.

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ДРЕНАЖА

2.1. Дренаж в сочетании с комплексом мелиоративных и агротехнических мероприятий должен обеспечивать регулирование водно-солевого режима почв и грунтов аэрации для создания требуемого мелиоративного режима орошаемых земель, сохранения и улучшения плодородия почв.

2.2. Для расчета параметров дренажа необходимо схематизировать гидрогеологические и почвенно-мелиоративные условия массива орошения. При обосновании расчетных схем должны учитываться геометрические очертания области фильтрации, характер движения и питания подземных вод, граничные условия дренируемого водоносного горизонта в плане и разрезе, литологическое строение водосодержащих пород и их фильтрационные параметры, водно-физические и физико-химические свойства почв и грунтов.

2.3. Проектирование дренажа следует осуществлять на основе анализа водно-солевого режима мелиорируемой территории (региона, массива, участка) в существующих и прогнозируемых условиях с использованием имеющегося опыта эксплуатации оросительных систем. Водно-солевой режим необходимо обосновывать прогнозными расчетами. Пределы регулирования водного и солевого режимов приведены в рекомендуемом прил. 1.

2.4. На засоленных и солонцеватых или склонных к засолению и осолонцеванию землях величину интенсивности инфильтрационного питания подземных вод в различные поливные периоды для обеспечения промывного режима орошения следует устанавливать в каждом конкретном случае на основании расчета водно-солевого режима почв, результатов научных исследований, а также опыта орошения с учетом рекомендуемого прил. 1.

2.5. С целью прогнозирования направленности мелиоративных процессов и выявления источников поступления солей необходимо составлять общие и частные водные и солевые балансы для регионов, массивов, участков, с учетом характерных периодов их мелиоративного освоения согласно рекомендуемому прил. 2.

2.6. Водный и солевой баланс, а также расчет водно-солевого режима следует составлять для каждой выделенной по гидрогеологическому и почвенно-мелиоративному районированию территории с учетом природно-хозяйственных условий, техники и режима орошения, состава основных сельскохозяйственных культур.

2.7. Солевой баланс следует составлять для типовых балансовых участков с целью выявления основных источников поступления солей и определения направленности процессов солепереноса в активном слое почвы (1 ... 3 м). Составляющие солевого баланса должны определяться на основе водного баланса, по результатам натурных исследований за солевым режимом, а также на основании солевых съемок.

2.8. Прогноз водно-солевого режима зоны аэрации и интенсивности инфильтрационного питания подземных вод следует выполнять в соответствии с рекомендуемыми прил. 3, 4 для расчетных периодов (вегетационного, невегетационного, годового). Водно-солевой прогноз должен составляться на период не менее двух ротаций полевого севооборота.

2.9. По результатам прогноза водного режима должны быть установлены значения восходящих и нисходящих скоростей движения влаги в зоне аэрации и величина интенсивности инфильтрационного питания в соответствии с рекомендуемым прил. 4.

2.10. Для засоленных и подверженных засолению почв пустынной зоны при невысокой емкости ионного обмена почвенного поглощающего комплекса (ППК £ 10 мг-экв/100 г почвы) прогноз солевого режима следует выполнять по ионам хлора, натрия или сумме токсичных солей.

2.11. Для орошаемых земель в степной и сухостепной зонах, почвы которых обладают высоким содержанием гумуса и емкостью ионного обмена (ППК > 10 ... 15 мг-экв/100 г. почвы) и склонны к осолонцеванию, прогноз необходимо выполнять по ионам хлора и натрия, магния и кальция с учетом ионно-обменных процессов между почвенным раствором и ППК.

2.12. По результатам прогноза должны обосновываться мелиоративные режимы и рассчитываться нагрузка на дренаж и модуль дренажного стока.

Модуль дренажного стока g_d за расчетный период следует определять по формуле:

, м³/сут с 1 м²,                                              (1)

где      W - нагрузка на дренаж, м³/га, определяемая согласно рекомендуемому прил. 2, формула 9;

            t - продолжительность расчетного периода, сут.

2.13. Интенсивность инфильтрационного питания за расчетный период должна определяться по формуле:

g = g_d ± g_v = g_l ± g_v,a,                                                   (2)

где      g_l - интенсивность питания подземных вод за счет фильтрационных потерь из каналов;

            g_v - интенсивность вертикального водообмена балансового слоя с нижележащими водоносными слоями;

            g_v,a - интенсивность вертикального водообмена между зоной аэрации и подземными водами (без учета потерь из каналов).

2.14. Параметры постоянного горизонтального, вертикального, комбинированного дренажа необходимо рассчитывать на среднегодовую нагрузку с учетом пп. 2.206; 2.207 СНиП 2.06.03-85. Для проверки динамики подземных вод в характерные периоды (после полива, промывки и др.) следует использовать формулы неустановившегося режима фильтрации.

Окончательный вариант типа и параметров дренажа необходимо принимать на основании технико-экономических расчетов по минимуму приведенных затрат.

2.15. На основе данных водно-солевого режима следует составлять прогноз динамики подземных вод в условиях орошения и устанавливать необходимость устройства дренажа и сроки его строительства. При наличии исходного засоления (до начала орошения) и прогнозе подъема уровня подземных вод до отметки заложения дрен в срок до 10 лет строительство дренажа должно проводиться одновременно или опережать строительство оросительной сети. При сроке подъема подземных вод более 10 лет проектирование дренажа следует осуществлять отдельным проектом, при этом сроки его строительства, должны быть определены при условии недопущения подъема подземных вод выше допустимой глубины 4 ¸ 5 м.

2.16. При проектировании дренажных систем должен выполняться прогноз минерализации дренажного стока согласно рекомендуемому прил. 5 и оцениваться возможность его повторного использования.

3. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ДРЕНАЖ

3.1. Горизонтальный дренаж следует проектировать в виде закрытых искусственных водотоков, выполненных из дренажных труб, которые должны удовлетворять требованиям п. 2.205 СНиП 2.06.03-85.

3.2. Размещение коллекторно-дренажной сети необходимо увязывать с размещением оросительной сети, организацией территории, гидрографической сетью и должно выполняться с учетом перспективного развития орошения и дренажа.

3.3. Расположение коллекторов и дрен в зоне фильтрационного потока из оросительных каналов допускается в следующих случаях:

оросительный канат должен иметь противофильтрационные устройства;

коллектор предусмотрен в виде трубопровода без перфорации («глухим»);

ороситель выполнен в виде трубопровода или лотка;

расстояние между оросительными каналами и дреной (коллектором) превышает 10d_d, где d_d - глубина заложения дрены.

В местах пересечения с постоянными оросительными каналами, дорогами и лесополосами закрытые дрены (коллекторы) необходимо устраивать в виде трубы без перфорации на длине не менее l_d ⁼ 10b, где b - ширина канала поверху.

3.4. При проектировании устьевых сооружений закрытых дрен следует предусматривать конструкцию, обеспечивающую надежность их работы при очистке открытых коллекторов от заиления и сорной растительности (задвигающиеся устья, «карманы» и пр.).

3.5. Конструкцию водоприемной части закрытого горизонтального дренажа следует выбирать исходя из литологического строения и гидрогеологических условий, а также наличия местных строительных материалов и средств механизации. При выборе материалов и конструкций водоприемной части следует учитывать, что эксплуатационный срок службы закрытого дренажа должен быть не менее 30 лет.

3.6. Расчет конструктивных элементов водоприемной части должен осуществляться по максимальному дренажному расходу, характеристикам дренируемых грунтов в зоне заложения дрен (гранулометрический состав, коэффициент фильтрации, объемная и удельная масса, границы текучести и раскатывания, число пластичности).

Если дренажная линия прорезает грунты различной категории, расчет конструктивных элементов следует производить на наихудшие условия. Расчетом должны быть определены внутренний диаметр и перфорация дренажных труб, толщина и материал фильтра, а также фильтрационные сопротивления.

3.7. При применении для строительства дренажа безнапорных труб, не имеющих заводской перфорации, общая площадь водоприемных отверстий должна быть не менее 15 см² на 1 м дрены.

3.8. Размеры водоприемных отверстий следует принимать при равномерном расположении на поверхности трубы по табл. 1, при расположении в нижней половине трубы - по табл. 2.

Таблица 1

Таблица 2

Примечание. d_s,50 - эффективный диаметр частиц фильтровой обсыпки или грунта.

3.9. Для защиты водоприемных отверстий дренажных труб от заиления и увеличения водоприемной способности дренажа следует применять сыпучие и волокнистые защитно-фильтрующие материалы, допущенные к применению в установленном порядке.

3.10. При устройстве дренажа в водонасыщенных грунтах необходимо устройство объемного фильтра. Расчет фильтра из сыпучего материала приведен в обязательном прил. 6. Допускается применение других конструкций фильтра при наличии специальных исследований или опыта эксплуатации.

В сухих и слабопроницаемых грунтах конструкция фильтра (из сыпучих или волокнистых материалов) определяется на основании технико-экономического сравнения вариантов. При выборе фильтра из искусственных волокнистых материалов следует руководствоваться данными рекомендуемого прил. 7.

3.11. При расчете параметров дренажа с фильтром из минерально-волокнистых материалов (без дополнительной подсыпки) и при строительстве его способами, производящими нарушение естественного сложения грунта вблизи дрены, необходимо дополнительно учитывать фильтрационное сопротивление, обусловленное экранирующим действием обратной засыпки грунта и уплотнением придренной зоны. Это фильтрационное сопротивление определяется исследованиями на опытно-производственных участках или принимается по данным объекта-аналога.

3.12. Толщину объемного фильтра из сыпучего материала следует принимать, как правило, не менее 8 см. Общая потребность в объемных фильтрующих материалах на 1 м дрены должна определяться на основании принятой технологии строительства, с учетом формы дренажной полости в грунте, образуемой рабочим органом экскаватора дреноукладчика.

3.13. При проектировании закрытого дренажа из трубофильтров объемный фильтр не предусматривается, если согласно рекомендуемому прил. 7 пористые стенки выполняют роль фильтра. В противном случае необходима укладка трубофильтров на подсыпку из несортированной песчано-гравийной смеси или песка толщиной 10 см.

3.14. Гидравлический расчет открытых коллекторов следует проводить как для проводящих каналов осушительных систем в соответствии с требованиями СНиП 2.06.03-85 пп. 3.67 ... 3.70. При этом расчетный расход воды в открытых коллекторах необходимо определять как сумму расходов впадающих в него дрен или коллекторов низшего порядка.

Гидравлический расчет дрен следует производить по участкам, отличающимся величиной расхода и уклона, влияющего на диаметр трубопровода.

3.15. Коллекторы старшего порядка должны рассчитываться на пропуск расхода дренажного стока, равного сумме расходов, впадающих в него коллекторов и дрен.

3.16. Расчетный дренажный сток необходимо определять при значении среднегодового дренажного модуля стока в период постоянной эксплуатации.

3.17. Пропускную способность дрен и коллекторов следует проверять по максимальному дренажному модулю стока, образуемого при производстве влагозарядковых и промывных поливов.

Значения расходов воды в дренах должны устанавливаться по площади, обслуживаемой дреной и расчетному модулю дренажного стока.

3.18. Расчетный диаметр дренажного трубопровода должен определяться из условий пропуска максимального расхода при полном заполнении его полости и приниматься по стандартному ряду внутренних диаметров дренажных труб, равному ближайшему в сторону большего значения. При незначительном расхождении расчетного диаметра от стандартного (на 5 ... 10 % меньше) следует принимать расчетное значение диаметра труб, при этом допускается кратковременный (до 5 суток) напорный режим работы дрен.

3.19. Гидравлический расчет закрытых дрен и коллекторов, определение глубины заложения и расстояний между дренами следует проводить согласно обязательному прил. 8 с учетом требований пп. 2.209, 2.210 СНиП 2.06.03-85.

3.20. Для защиты орошаемой территории от подтопления со стороны рек, водохранилищ и вышерасположенной территории необходимо предусматривать береговые и головные дрены, расчет которых следует проводить в соответствии с обязательными прил. 9 и 10.

3.21. С целью экономии фильтрующего материала и трудовых затрат при расчете параметров дренажной сети следует также учитывать дренирующее действие открытых и закрытых фильтрующих коллекторов в соответствии с рекомендуемым прил. 11.

3.22. Сопряжение дрен с коллекторами в вертикальной плоскости необходимо осуществлять следующим образом: закрытую дрену с закрытым коллектором - при помощи смотровых колодцев так, чтобы низ трубы дрены был выше дна трубы коллектора не менее, чем на 0,8D_int, где D_int - внутренний диаметр коллектора; закрытую дрену с открытым коллектором - при помощи устьевого сооружения так, чтобы расчетный уровень воды в коллекторе был не менее, чем на 0,3 м ниже низа устьевой трубы дрены, а максимальный расчетный уровень воды в коллекторе не подтоплял устье дрены.

3.23. На коллекторно-дренажной сети (КДС) следует предусматривать сооружения, обеспечивающие:

самотечный отвод дренажных и сбросных вод с мелиорируемой территории в водоприемник или их перекачку;

сопряжение бьефов и устранение опасности размыва;

проезд транспорта вдоль и через открытые коллекторы;

пересечение КДС с оросительной сетью;

постоянный надзор за работой сети;

учет количества и качества отводимых дренажных вод.

3.24. При невозможности самотечного отвода дренажных вод местоположение и число дренажных насосных станций должно быть обосновано технико-экономическим расчетом.

В проектах необходимо предусматривать опережение ввода в действие насосных станций над строительством коллекторно-дренажной сети.

3.25. Размещение и конструкция колодцев должны обеспечивать беспрепятственное проведение сельскохозяйственных работ и защиту дрен от засорения согласно п. 2.212 СНиП 2.06.03-85.

3.26. Водомерные сооружения следует совмещать со смотровыми колодцами или устьевыми сооружениями на закрытых дренах и коллекторах. На открытых коллекторах водомерные сооружения необходимо предусматривать при их впадении в коллектор высшего порядка и на границах отделений, хозяйства и гидромелиоративной системы.

3.27. Строительство горизонтального закрытого дренажа должно осуществляться комплексно-механизированными способами (узкотраншейный, траншейный и бестраншейный).

В неустойчивых (обрушающихся) грунтах и при укладке дрен ниже уровня подземных вод строительство дренажа узкотраншейным и траншейным способами должно производиться с предварительным водопонижением по трассе дрены.

В грунтах легкого механического состава при коэффициенте фильтрации 0,3 м/сут и более допускается строительство дренажа бестраншейным способом с рулонными защитно-фильтрующими материалами. При укладке дрен в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут необходимо устройство объемного фильтра из сыпучих материалов.

При выборе способа строительства дренажа необходимо использовать прогрессивный опыт его устройства на орошаемых землях других регионов.

4. ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ДРЕНАЖ

4.1. Вертикальный дренаж должен проектироваться в виде водозаборных скважин, оборудованных электропогружными насосами. Условия применения вертикального дренажа определены п. 2.200 СНиП 2.06.03-85.

4.2. Расчет вертикального дренажа должен включать:

определение параметров всей системы (количество скважин, расстояние между ними);

расчет параметров скважин (дебита, понижения в скважине и в характерных точках массива, радиуса влияния) и их конструктивных элементов (диаметра и глубины скважин, длины и диаметра фильтра, толщины и состава обсыпки).

4.3. Размещение скважин систематического вертикального дренажа в зависимости от увязки с оросительной сетью следует выполнять в виде сетки с равномерным или неравномерным шагом скважин в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При этом скважины не должны располагаться у каналов без противофильтрационной «одежды».

4.4. Систематический вертикальный дренаж и линейные системы скважин должны рассчитываться согласно рекомендуемому прил. 12. Расчет линейных систем дренажа следует проводить при заданном понижении воды в скважине или известном дебите.

4.5. В сложных природных условиях при перераспределении потоков подземных вод, изменении напорного питания в результате работы дренажа, взаимодействии крупных дренажных систем необходимо использовать математическое моделирование.

4.6. Конструкция скважин вертикального дренажа должна определяться:

литологическим строением водоносного комплекса и химизмом вод каптируемого пласта;

эксплуатационными параметрами - дебитом и понижением уровня воды в скважине;

методами производства строительных работ и оборудования скважин;

схемой и объемом автоматизации;

требованиями к ремонтным работам.

4.7. Водоприемная часть скважин должна удовлетворять следующим требованиям:

диаметр фильтрового каркаса должен позволять свободный монтаж и демонтаж электропогружного насоса и приборов автоматики и телемеханики;

обеспечивать максимальный водозабор, долголетнюю и бесперебойную работу скважин.

4.8. Конструктивные элементы скважин: глубина, диаметр скважины, длина и диаметр фильтра, скважность, размер и форма проходных отверстий фильтра и механический состав гравийной обсыпки должны определяться расчетами.

4.9. Глубину скважины следует определять по формуле:

d_c = l_sl + l_k + l_t,                                                              (3)

где      d_c - глубина скважины, м;

            l_sl - длина эксплуатационной колонны, м;

            l_k - длина фильтровой колонны, м;

            l_t - длина отстойника, м.

Длину эксплуатационной колонны следует определять исходя из гидрогеологических условий, величины понижения, местоположения насоса и условия его работы.

4.10. Длину фильтра-каркаса следует выбирать с учетом стандартной длины звена заводского изготовления и с соблюдением требований п. 2.216 СНиП 2.06.03-85.

4.11. Диаметр скважины должен определяться по следующей формуле:

D_c = D_k + 2t_s,                                                             (4)

где      D_k - диаметр фильтрового каркаса, м;

            t_s - толщина гравийного фильтра, м.

4.12. Диаметр фильтрового каркаса следует рассчитывать по формуле:

,                                                             (5)

где      Q_max - максимальный дебит скважины, м³/сут;

            h_k - скважность фильтрового каркаса, %.

Допустимую скорость движения воды в прифильтровой зоне необходимо определять по формуле:

,                                                           (6)

где      Rl_cr - критическое число Рейнольдса;

            l_s - коэффициент пористости гравийной обсыпки (0,30 ... 0,40);

            k - коэффициент фильтрации водоносного грунта, м/сут.

Скорость движения воды в фильтровой колонне и водоподъемных трубах не должна превышать 2 м/с.

4.13. Скважность фильтров, как правило, следует принимать не более следующих значений: для стальных каркасно-стержневых и просечных из стальных листов - 30 %; для асбестоцементных и пластмассовых 25 %.

Увеличение скважности должно быть обосновано расчетами фильтров на прочность.

4.14. Размеры и форму проходных отверстий следует подбирать в зависимости от фракционного состава фильтровой обсыпки. Размеры проходных отверстий при устройстве фильтров с гравийно-песчаной обсыпкой должны составлять:

для круглой перфорации d_k = (1,2 ... 1,5)d_s,50;

для щелевой перфорации b_kd = (0,75 ... 1,0)d_s,50, l_kd =(25 ... 35)d_s,50,

где      d_s,50 - средний диаметр фракции гравийно-песчаной обсыпки, мм;

            b_kd, l_kd - соответственно ширина и длина щелей, мм.

Круглые отверстия на фильтровом каркасе следует располагать в шахматном порядке, а щелевые - винтообразно с углом наклона 15°.

Число отверстий, соответствующее заданной скважности фильтрового каркаса на 1 м его длины, необходимо определять по формулам.

Для круглой перфорации

,                                                          (7)

Для щелевой:

.                                                          (8)

4.15. Расчет фильтровой обсыпки для скважин вертикального дренажа следует производить в соответствии с обязательным прил. 13.

4.16. Электропогружной насос следует располагать, как правило, над фильтром. Если по геолого-структурным условиям невозможно установить насос над фильтром, его следует располагать в отстойнике или в фильтре (при условии перекрытия этой части фильтра «глухой» трубой). Выбор электропогружного насоса следует производить согласно рекомендуемому прил. 14.

4.17. Станция управления насосными агрегатами, средства автоматики, телемеханики и связи, контрольно-измерительная аппаратура должны располагаться в специальном шкафу или здании.

4.18. Водоотводящая сеть скважин вертикального дренажа должна быть выполнена из труб, лотков, облицованных каналов или в земляном русле. В последнем случае участок водоотвода длиной 40 ... 50 м от скважины должен быть «глухим» (труба, лоток).

Отводящие трубопроводы должны быть оборудованы задвижками и водовыпусками в водоприемник. Стенки и дно водоприемников в месте сброса дренажных вод должны быть надежно защищены от размыва.

4.19. При проектировании следует разрабатывать режим работы системы вертикального дренажа в соответствии с п. 2.220 СНиП 2.06.03-85.

4.20. Режим работы системы вертикального дренажа должен составляться отдельно для периодов освоения и эксплуатационного. Для эксплуатационного периода коэффициент полезной работы скважин (КПР) допускается принимать 0,7 ... 0,8 (отношение продолжительности фактической работы к календарному времени в году).

4.21. Проектирование вертикального дренажа без систем автоматики не допускается. Объемы телемеханики и связи следует устанавливать в каждом конкретном случае и определять на основании требований к режиму работы скважин и надежности оборудования, с учетом улучшения условий труда и сокращения численности обслуживающего персонала.

4.22. Диспетчерское управление автоматизированной системой должно обеспечивать централизацию управления и контроль за работой скважин и оборудования.

4.23. Каждая скважина или группа скважин должна оборудоваться контрольно-измерительной аппаратурой, позволяющей измерять:

количество откачиваемой воды;

положение динамического уровня воды в скважине;

минерализацию воды;

количество затраченной электроэнергии;

напряжение и силу тока в цепи.

5. КОМБИНИРОВАННЫЙ ДРЕНАЖ

5.1. Комбинированный дренаж следует проектировать в случаях, оговоренных в п. 2.200 СНиП 2.06.03-85.

Расчет комбинированного дренажа следует проводить согласно рекомендуемому прил. 15.

5.2. Расчет линейного (отсечного) комбинированного дренажа должен выполняться по формулам для линейного горизонтального дренажа, в которые вместо фильтрационных сопротивлений горизонтального дренажа подставляются фильтрационные сопротивления комбинированного дренажа.

5.3. Подключение скважин-усилителей к горизонтальным дренам должно обеспечивать контроль работы скважин при их эксплуатации, а также соблюдение требований п. 2.223 СНиП 2.06-03-85. Для этого следует предусматривать:

подключение водоотводящей трубы скважин к смотровому колодцу выше уровня воды в колодце или верха дренажных труб не менее чем на 0,6 - 0,8 ее диаметра;

подключение скважин-усилителей к открытой коллекторной сети на уровне расчетного горизонта воды, соответствующего пропуску средневегетационного расхода.

5.4. Длину фильтровой части скважин-усилителей следует принимать равной мощности водоносного пласта, но, как правило, не более 10 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рекомендуемое

ПРЕДЕЛЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО режима почв на орошаемых землях

Для создания оптимального мелиоративного режима необходимо обеспечивать в корнеобитаемом слое почв режим влажности, при котором не происходит повышения концентрации почвенного раствора по сумме токсичных солей или отдельных ионов выше допустимых пределов. Пределы допустимого содержания солей в почве в зависимости от типа засоления следует назначать в соответствии с рекомендуемым прил. 21 СНиП 2.06.03-85.

При проектировании водного режима почв следует использовать данные табл. 1.1. Для почв, подверженных осолонцеванию, необходимо руководствоваться табл. 1.2.

Таблица 1.1

Пределы регулирования водного режима почв на орошаемых землях

Примечание. ППК - почвенно-поглощающий комплекс; w_lim - предельная полевая влагоемкость.

Таблица 1.2

Пределы регулирования солевого режима орошаемых земель, подверженных осолонцеванию

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рекомендуемое

ВОДНО-СОЛЕВОЙ БАЛАНС ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ

1. Уравнение водного баланса

1.1. Общий водный баланс и баланс вод зоны аэрации для территории, подлежащей мелиорации, в естественном состоянии (до орошения и ввода дренажа) следует определять по уравнениям (составляющие уравнений водного баланса даны в м³/га):

а) общий водный баланс

DV_tot = (V_q,dw - V_,dw) + (V_q,sw - V_,sw) + Р - E_ds - U ± V_v,                      (1)

где      DV_tot - суммарное изменение запасов воды в границах рассматриваемой территории;

V_q,dw - приток поверхностных вод;

            V_,dw - отток поверхностных вод за пределы территории;

            V_q,sw - приток подземных вод;

            V_,sw - отток подземных вод;

            P - атмосферные осадки;

            E_ds - испарение с поверхности почвы;

            U - транспирация;

            V_v - вертикальный водообмен балансового слоя с нижележащими водоносными слоями (подпитывание подземных вод напорными подземными водами или перетекание подземных вод вниз);

б) баланс поверхностных вод и влаги в зоне аэрации

DV_a = (V_q,dw - V_,dw) + Р - U ± V_v,a - E_ds,                                      (2)

где      DV_a - изменение запасов влаги в зоне аэрации в границах рассматриваемой территории;

            V_v,a - вертикальный водообмен между водами зоны аэрации и подземными водами;

в) баланс подземных вод

DV_sw = (V_q,sw - V_,sw) ± V_v ± V_v,a,                                              (3)

где      DV_sw - изменение запасов подземных вод в границах рассматриваемой территории.

1.2. Общий водный баланс и баланс вод зоны аэрации для территории с существующим орошением до строительства дренажа следует определять по уравнениям:

а) общий водный баланс

DV_tot = (V_q,dw - V_,dw) + (V_q,sw - V_,sw) + Р - E_ds - U + B - W_d ± V_v,                (4)

где      В - водозабор в оросительную систему;

            W_d - поверхностные сбросы оросительной воды с территории.

W_d = W_int + W_n,

где      W_int - концевые сбросы из оросительных каналов;

            W_n - сбросы с поверхности полей при поливе;

В = I_nt,n + V_l + W_int,

где      I_nt,n - оросительная норма (нетто) с учетом промывного режима (см. СНиП 2.06.03-86);

I_nt,n = d_Wb + W_n + W_E + W_g + I_n,

где      d_Wb - дефицит водного баланса поливаемых сельхозкультур;

            I_n - дополнительная оросительная норма на промывной режим, принимается по табл. 1.1, прил. 1;

            W_g - дополнительные потери воды при поливе за счет инфильтрации ниже расчетного слоя;

            W_E - дополнительные потери воды на испарение при поливах;

            V_l - фильтрационные потери оросительной, воды из каналов;

б) баланс поверхностных вод и влаги в зоне аэрации

DV_a = (V_q,dw - ) + P - E_ds - U + d_Wb + I_n ± V_v,a,                          (5)

в) баланс подземных вод

DV_sw = (V_q,sw - ) + V_l ± V_v  V_v,a.                                    (6)

1.3. Водный баланс для орошаемой территории при наличии дренажа необходимо определять из уравнений:

а) общий водный баланс

DV_tot = (V_q,dw - ) + (V_q,sw - ) + P - E_ds - U + B - W_d ± V_v - W,            (7)

где      W - объем дренажного стока (нагрузка на дренаж);

б) баланс поверхностных вод и влаги в зоне аэрации должен определяться согласно уравнению (5);

в) баланс подземных вод

DV_sw = (V_q,sw - ) + V_l ± V_v  V_v,a - W.                                  (8)

Из приведенных водобалансовых уравнений необходимо определять нагрузку на дренаж и ее составные элементы для расчета параметров дренажа.

При расчете на среднегодовые условия многолетнего ряда (DV_sw = 0; V_q,sw =  = 0) из уравнения (8) нагрузка на дренаж определяется по формуле:

W = V_l ± V_v,a ± V_v.                                                            (9)

1.4. Составляющие водного баланса V_q,sw, , V_v после ввода в действие дренажа могут отличаться от их значений в естественных условиях. В частности, при действии дренажа приток подземных вод всегда увеличивается, а отток уменьшается.

В зависимости от конкретных условий уравнение водного баланса следует упрощать. В частности, при расположении мелиорируемой территории на водоразделе можно принять V_q,sw = 0; на засоленных землях, характеризующихся слабой отточностью допускается  = 0; при отсутствии напорного подпитывания балансового слоя следует принимать V_v =0; при высокой технике полива W_d = 0; при применении закрытых оросительных систем значительно уменьшается V_l.

1.5. Величину осадков Р следует принимать по близлежащей метеостанции. Величина оросительной нормы I_nt,n устанавливается по результатам расчета режима орошения.

Суммарное испарение (E_ds + U) в течение вегетационного периода следует принимать равным водопотреблению, отвечающему применению современной техники орошения, поддержанию высокого агротехнического фона и плодородия почв, и устанавливается расчетами или экспериментальными данными.

1.6. Потери на фильтрацию из оросительных каналов необходимо устанавливать путем проведения натурных наблюдений на проектируемых землях, по объектам-аналогам или гидродинамическими расчетами. Эта величина определяется по формуле:

,                                                        (10)

где      h_t - коэффициент полезного действия внутрихозяйственной оросительной сети.

1.7. Поверхностный приток V_q,dw и отток  на балансовый участок следует устанавливать по замерам на гидропостах.

Подземный приток V_q,sw и отток  должны определяться по материалам гидрогеологических изысканий и наблюдениям в сети режимных скважин гидрогеолого-мелиоративной службы.

1.8. При расчете подземного бокового притока на массив следует руководствоваться формулой

q_b = T×i,                                                                      (11)

где      Т - проводимость водоносной толщи;

            i - уклон подземного потока.

1.9. Интенсивность вертикального водообмена балансового слоя нижележащими водоносными слоями должна определяться по следующей формуле:

,                                                            (12)

где      t - продолжительность периода, сут;

            H_n,2 - напор вод нижележащего водоносного слоя, м;

            Н_n,1 - напор первого от поверхности водоносного горизонта, м;

            k, h - коэффициент фильтрации и мощность разделяющего слоя, м/сут; м.

1.10. Вертикальный водообмен балансового слоя с нижележащими водоносными слоями определяются по формуле:

V_v = g_v×1000×t.                                                                (13)

1.11. Интенсивность питания подземных вод за счет фильтрационных потерь из канала определяется по формуле:

,                                                                (14)

где      t - продолжительность периода, сут.

1.12. При глубоком залегании уровня подземных вод (положение уровня за пределами высоты капиллярного поднятия) величина вертикального водообмена принимается при непромывном режиме орошения (I_n = 0):

V_v,a = (0,15 ¸ 0,25)I_nt,п;

меньшее значение для слабопроницаемых почв, большее значение - для легких почв;

при промывном режиме орошения:

V¢_v,a = V_v,a + I_n.

1.13. При близком залегании уровня подземных вод (положение уровня в пределах высоты капиллярного поднятия) величина вертикального водообмена за расчетный период определяется по формуле:

V_v,a = g_v,а×100000t,

где      t - продолжительность периода, сут.

1.14. При непрерывном режиме орошения интенсивность вертикального водообмена между зоной аэрации и подземными водами с учетом водно-физических свойств почвогрунтов при известной средней за расчетный период времени величине расхода влаги на поверхности почвы допускается определять по формуле:

.                           (15)

При известной средней за расчетный период в активном слое почвы w_m по формуле

;

; ;

;

где      E_т - средняя за расчетный период времени, величина расхода влаги на поверхности почвы, Е_т > 0 при инфильтрации, Е_т < 0 при испарении, м/сут;

            k - коэффициент фильтрации при полном насыщении, м/сут;

            п - показатель степени (n = 3,5 ¸ 6,0);

            h_s - глубина подземных вод от поверхности земли (средняя за расчетный период времени), м;

            h_wp - величина капиллярного поднятия, м;

            t - расчетный период времени (год, вегетационный период и пр.), сут;

            w_tot - полная влагоемкость;

            w_max - максимальная молекулярная влагоемкость;

            w_sl - средняя влажность в активном слое почвы в начальный период времени;

            w_m - средняя за расчетный период времени влажность в активном слое почвы.

Допускается принимать w_m » w_sl.

1.15. При промывном режиме орошения интенсивность водообмена между зоной аэрации и подземными водами определяется по формуле:

.

1.16. Более обоснованно интенсивность водообмена (инфильтрации) определяется путем решения уравнения влагопереноса и фильтрации методами математического моделирования.

2. Уравнение солевого баланса

2.1. Общий солевой баланс и частные балансы для территории, подлежащей мелиорации в естественном состоянии (до орошения и ввода дренажа), следует определять по уравнениям:

а) общий солевой баланс

DG_tot = (G_q,dw - ) + (G_q,sw - ) ± G_v + G_q,p,                        (16)

где      DG_tot - суммарное изменение запасов солей в границах рассматриваемой территории;

            G_q,dw - поступление солей с поверхностными водами;

             - вынос солей поверхностными водами;

            G_q,sw - поступление солей с перетекающими подземными водами;

             - вынос солей с оттоком подземных вод за пределы территории;

            ± G_v - поступление и вынос солей при вертикальном водообмене с глубокими подземными водами (подпитывание напорными водами или переток подземных вод вниз);

            G_q,p - поступление солей с осадками (G_q,p = 0);

б) баланс солей в зоне аэрации

DG_a = (G_q,dw + ) ± G_v,a ± G_q,p,                                (17)

где      DG_a - изменение запасов в зоне аэрации;

            G_v,a - поступление и вынос солей при вертикальном водообмене между зоной аэрации и подземными водами;

в) баланс солей подземных вод

DG_sw = (G_q,sw - )  G_v,a ± G_v,                                          (18)

где      DG_sw - изменение запасов солей в подземных водах в границах рассматриваемой территории.

2.2. Солевые балансы для территории с существующим орошением до строительства дренажа следует определять по уравнениям:

а) общий солевой баланс

DG_tot = (G_q,dw - ) + (G_q,sw - ) + G_q,I -  + G_q,p ± G_v,              (19)

где      G_q,I - поступление солей с оросительными водами;

             - вынос солей с поверхностными сбросами оросительной воды;

б) баланс солей в зоне аэрации

DG_a = (G_q,dw - ) + G_q,I + G_q,p ± G_v,a;                                     (20)

в) баланс солей подземных вод

DG_sw = (G_q,sw - ) + G_l ± G_v G_v,a,                                      (21)

где      G_l - поступление солей в подземные воды с фильтрационными потерями из оросительных каналов.

2.3. Солевые балансы для орошаемых территорий при наличии дренажа необходимо определять по уравнениям:

а) общий солевой баланс

DG_tot = (G_q,dw - ) + (G_q,sw - ) + G_q,p + G_q,I -  ± G_v -,            (22)

где      - вынос солей с дренажными водами;

б) баланс солей в зоне аэрации выражается уравнением (20);

в) баланс солей подземных вод

DG_sw = (G_q,sw - ) + G_l ± G_v,a ± G_v - .                           (23)

2.4. Балансовые уравнения необходимо дополнять расчетами прогноза водно-солевого режима.

2.5. Поступление и вынос с поверхностными водами следует определять по формуле:

(G_q,dw - ) = С_q,dw×V_q,dw - ,                                 (24)

где      С_q,dw;  - минерализация поступающих на массив и вытекающих с массива поверхностных вод.

2.6. Поступление и вынос солей с подземными водами следует определять по формуле:

(G_q,sw - ) = C_q,sw×V_q,sw - ,                               (25)

где      C_q,sw;  - минерализация поступающих на массив и вытекающих с массива подземных вод.

2.7. При длительной работе оросительных каналов допускается принимать G_l = V_l×C_n, где C_n - минерализация поливной воды.

2.8. Вынос солей с дренажными водами  определяется согласно рекомендуемому прил. 5.

2.9. Величина G_v,a определяется по рекомендуемому прил. 4 из расчета динамики концентрации почвенного раствора на нижней границе зоны аэрации.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Рекомендуемое

РАСЧЕТ ВОДНОГО РЕЖИМА

При прогнозировании водного режима на фоне дренажа балансовым методом запасы влаги в слое d_d над начальным уровнем подземных вод следует определять по формуле:

,          (1)

где      , ,

            h_sw,max - максимальная высота уровня подземных вод над водоупором после полива (t = 0), м;

            d_d - глубина заложения дренажа, м;

            w_tot - полная влагоемкость, принимаемая равной w_tot = n - p, где п - пористость; p - объем защемленного воздуха, р = 0,05 ... 0,07 (большее значение соответствует более тяжелым по гранулометрическому составу грунтам);

            w_max - максимальная молекулярная влагоемкость, в долях ед.;

            h_wp - высота капиллярного поднятия, м;

            w_j - средняя влажность в слое выше ординаты y_j в равновесной эпюре влажности.

Так, при y_j = ; w_i =  имеем V_j = , где w_lim - предельная полевая влагоемкость.

Схема равновесных эпюр влажности при различном увлажнении почв приведена на черт. 3.1.

Изменение запасов влаги за счет суммарного испарения в течение времени Dt следует определять по формуле:

,                                            (2)

где      E_w - испаряемость;

            a_p - коэффициент, учитывающий вид возделываемой сельскохозяйственной культуры;

            h_sw(t) - высота уровня подземных вод над водоупором в междренье в момент времени t от начала их сработки после полива;

            h_s,cr - критическая глубина, при которой прекращается испарение с уровня подземных вод, м.

Изменение запасов влаги за счет снижения уровня подземных вод при действии дренажа необходимо определять по формуле:

DV_н = [h_sw,max - h_sw(t)]m(y),                                            (3)

где      m(y) - текущая водоотдача;

            y - ордината уровня подземных вод, м.

Величину текущей водоотдачи при колебании уровня подземных вод в диапазоне глубин, не превышающих ординату у < h_wp следует определять по формуле:

,                             (4)

При у > h_wp коэффициент водоотдачи допускается принимать постоянным и равным

m = w_tot - w_m,                                                            (5)

где      w_m - средняя для данного периода влажность в активном слое почвы, % принимается равным w_m = (0,7 ... 0,9)w_lim.

Общее изменение запасов влаги в слое выше плоскости заложения дренажа следует определять по формуле:

,                                                    (6)

Восполнение запасов воды в свободной емкости зоны аэрации должно регулироваться сроками и нормами подачи воды при поливах. В период между поливами запасы влаги зоны аэрации расходуются на суммарное испарение и за счет действия дренажной системы. Полив необходимо производить тогда, когда влажность в активном слое достигает допустимого предела в соответствии с прил. 1.

Для систематического дренажа (горизонтального, комбинированного или в виде линейного ряда скважин) в однородном грунте с постоянной проводимостью Т с учетом несовершенства дрен для определения положения уровня подземных вод следует вести по следующим формулам:

а) при определении превышения уровня подземных вод посередине между дренами

;                                (7)

б) при определении притока к дрене

;                                         (8)

Черт. 3.1. Схема равновесных эпюр влажности при различном увлажнении почвогрунтов

I - эпюра влажности почв перед поливом; II - эпюра влажности после полива, когда увлажняется только активный слой почвы до значения w_lim. Поливная норма равна d_w = h_a(w_lim - w_inf); w_inf - значение нижнего предела допустимой влажности; h_a » 1 м - активный слой почвы; III - эпюра влажности после полива, когда увлажняется слой почвы до значения w_lim в равновесной эпюре влажности; IV - эпюра влажности после промывного полива. Поливная норма равна d_w = h_a(w_lim - w_inf) + I_n,i; I_n,i - объем воды, расходуемый на поддержание необходимого солевого режима i-го слоя.

в) при определении превышения уровня подземных вод вблизи дрены

.                                              (9)

В приведенных формулах:

            H - превышение уровня подземных вод в междренье над горизонтом воды в дрене в момент времени t, м;

            Н_еq - превышение уровня подземных вод при установившейся фильтрации (t ® ¥), м, определяется по формуле:

,

H_sl - начальное превышение уровня подземных вод, соответствующее уровню h_sw,sl принимается равным H_sl = h_sw,sl - h_d;

            h_sw,sl - начальная высота уровня подземных вод над водоупором, м;

            h_d - высота от водоупора до уровня воды в дрене, м;

            a_d - расстояние между дренами, м;

            T - проводимость, принимаемая T = k×h, м²/сут;

            f - фильтрационное сопротивление, обусловленное гидродинамическим несовершенством дренажа по степени вскрытия водоносной толщи, определяется по формулам прил. 8;

            b₁, b₂ - коэффициенты, которые в зависимости от времени  = t/ и параметра несовершенства  определяются по графикам черт. 3.2 - 3.5;

            g - интенсивность инфильтрационного питания, м/сут;

            k - коэффициент фильтрации, м/сут;

            h - средняя высота подземного потока, м.

Черт. 3.2. График для определения коэффициента b₁

Черт. 3.3. График для определения коэффициента b₂

Черт. 3.4. График для определения коэффициента r₁

Черт. 3.5. График для определения коэффициента r₂

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

РАСЧЕТ СОЛЕВОГО РЕЖИМА

Задачей расчета солевого режима является обеспечение благоприятного солевого режима в активном слое почвы.

Для условий пустынной и полупустынной зоны перераспределение легкорастворимых солей (Na, Cl, сумма токсичных солей) для равномерной эпюры засоления в однородной мощной толще (h ® ¥) следует определять по формуле:

C = C_n + 0,5(C_sl - C_n)F(a×Z_sl),                                            (1)

где      С - концентрация солей в почвенном растворе.

По формуле (1) построена номограмма (черт. 4.1).

Для пользования номограммой необходимо знать следующие параметры:

1) коэффициент конвективной диффузии m_d;

2) активную пористость грунта n_а;

3) скорость нисходящей фильтрации промывных вод (осредненное значение) v_k;

4) координату точки х = х₁, в которой определяется концентрация солей С(x₁, t₁) в заданный момент времени t₁, отсчитываемой от начального.

Имея эти данные, подсчитывается  и . Далее, находя a_l по оси абсцисс восстанавливается перпендикуляр до пересечения с линией g. Через полученную точку проводится горизонталь, на оси ординат берется значение , откуда найдется концентрация С(x₁,t₁) = С_n + (С_sl - С_n),

где      С_n - концентрация солей в оросительной воде при орошении или промывке, г/л или %;

            С_sl - концентрация солей в верхнем горизонте (при i = 0), г/л.

В случае неравномерного засоления водонасыщенной однородной толщи неограниченной мощности для расчета солепереноса следует пользоваться формулами:

;                         (2)

,

где     

                              (3)

erfc(-U) = 2 - erfc(U).

Черт. 4.1. График зависимости  для определения концентрации солей, промывной нормы, коэффициента конвективной диффузии и процесса рассоления равномерно засоленной толщи почвогрунтов

В формулах (2) и (3) приняты обозначения:

            i - номер горизонта отбора проб почвы; i = 0 - верхний горизонт;

            j - количество горизонтов отбора проб почвы;

            С_i (i = 0, 1, … j) - содержание солей в i-м горизонте; С_i (при i = 0) С_sl, г/л;

            h_i - расстояние от дневной поверхности до i-го горизонта, м;

            erfc(u); ierfc(u) - функции, определяются по табл. 4.1; 4.2.

Для почв сухостепной и степной зон прогноз солевого режима и динамики поглощенных оснований (Nа, Cа, Mg) следует вести на основе решения уравнений конвективной диффузии (4) и уравнений изотерм ионного обмена (5).

;                                          (4)

p = 1, 2, 3;

 ;                                          (5)

N₁ + N₂ + N₃ = N_tot(x);

t = 0{C_p(x,0) = C_sl,p(x);                                                 (6)

где      Сp(х,t) - концентрация ионов в почвенном растворе, мг-экв/100 г;

            N_p(x,t) - содержание ионов в ППК, мг-экв/100 г;

            x - глубина (координата) от поверхности почвы, м; 0 £ x £ h;

            t - время, сут;

            h - мощность расчетного слоя почвы, м;

            p = 1, 2 и 3 относятся соответственно к характеристикам ионов Na, Ca, Mg;

            a₁; a₂ - коэффициенты изотерм ионообменной сорбции.

Решение уравнение (4) - (6) позволяет определить динамику ионов Na, Ca, Mg в почвенном растворе и ППК, если предварительно будут определены их начальные распределения в почвенном растворе С_sl,p(x), их суммарное содержание в ППК N_tot(x), их концентрация в поливной воде С_n,p, опытные параметры n_a, a₁, a₂, а также если известен закон изменения скорости фильтрации V_k(t). Решение сформулированной задачи осуществляется методом конечных разностей.

Допускается прогноз водно-солевого режима выполнять на основе нелинейных моделей влагосолепереноса.

Таблица 4.1

Значение функции erfc(U)

Таблица 4.2

Значение функции i erfc(U)

Определение коэффициента конвективной диффузии m_d

Значение коэффициента конвективной диффузии т_d следует принимать равным т_d = т_md + l/v_k(t)/, где l - коэффициент гидродинамической дисперсии, определяемый по графику (черт. 4.2); т_md - коэффициент молекулярной диффузии т_md @ 10^-4 м²/сут.

Коэффициент конвективной диффузии т_d - допускается определять с помощью номограмм (черт. 4.1). Для этого необходимо знать: v_k - скорость фильтрации, n_а - активная пористость грунта, С_п; С_sl; С(х₁t₁) концентрации солей соответственно в промывной воде, начальную и в каком-либо сечении x₁ толщи грунта в момент времени t₁. Находятся величины  и . Далее, из точки , взятой на ординате графика проводится горизонтальная прямая до пересечения с линией g = g₁. Из полученной точки опускается перпендикуляр на ось абсцисс. Находится число  и, следовательно, .

Коэффициент гидродинамической дисперсии допускается определять по номограмме (черт. 4.3). Для этого необходимо знать:  и  для нахождения a_l

.

Черт. 4.2. Зависимость коэффициента гидродинамической дисперсии l по иону хлора для почв различного гранулометрического состава

Черт. 4.3. График для определения коэффициента гидродинамической дисперсии

Определение коэффициентов изотерм ионообменной сорбции a₁ и a₂

Коэффициенты изотерм ионообменной сорбции следует определять по данным почвенным изысканиям, моделированием процесса «засоление - рассоление» на опытных площадках и монолитах. Для этой цели составляется таблица, в которую записываются для каждого горизонта данные по содержанию катионов Na, Ca, Mg в почвенном растворе (C₁; С₂; С₃) и ППК (N₁; N₂; N₃) и их отношения  также в растворе и ППК. Полученные данные наносятся на график, по оси абсцисс откладываются значения  и , а по оси ординат - значения  и . Полученные области точек аппроксимируются прямой, по углу наклона которой определяют значения a₁ и a₂. Для ориентировочных расчетов значения a₁ и a₂ можно определять в зависимости от величины ППК; a₁ = 0,0265 ППК, a₂ = 0,033 ППК.

Порядок расчета

Расчет солевого режима должен выполняться в следующей последовательности:

а) по результатам почвенной съемки устанавливаются расчетные эпюры засоления по отдельным интересующим ионам или сумме токсичных солей (расчет следует выполнять для эпюры 90 %-ной вероятности по засолению);

б) для рассматриваемой территории подбираются севообороты с характерным набором культур. Для каждой культуры в севообороте устанавливается режим орошения (расчет выполняется до наступления квазистационарного режима - одна - две ротации севооборота);

в) определяются гидрохимические параметры g и п_a, коэффициенты изотерм ионнообменной сорбции a₁ и a₂;

г) составляется таблица статей водного баланса по периодам;

д) определяется распределение влаги и солей по глубине;

е) для интересующих горизонтов строятся графики изменения запасов влаги в почве, концентрации солей в почвенном растворе и положение уровня подземных вод во времени.

В случае ухудшения мелиоративного состояния данной территории корректируется либо режим орошения и предусматриваются химические мелиоранты, либо положения уровня грунтовых вод, либо то и другое вместе и вновь составляется прогноз водно-солевого режима.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Рекомендуемое

ПРОГНОЗ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ДРЕНАЖНОГО СТОКА

Для горизонтального дренажа прогноз и оценку изменения минерализации дренажных вод следует определять по формуле:

,                               (1)

где      C_W - минерализация дренажных вод;

            I_nt,n; W - соответственно объем поданной на поле воды и отведенной дренажем воды за единицу времени (год), м³/га;

            w_lim - водоудерживающая способность грунтов (предельная полевая влагоемкость расчетной толщи), м³/га;

            С_n - концентрация солей в промывной воде при орошении или промывке, г/л или %;

            G_sl - начальный (исходный) запас солей в расчетной толще, кг/га;

            a - показатель относительного содержания хлоридов (a₁), сульфатов (a₂), гидрокарбонатов (a₃) в общей сумме исходных минеральных солей, доли единицы;

            t - время, год;

            c - параметр, учитывающий «активность» выщелачивания солей, соответственно (c₁), сульфатов (c₂), гидрокарбонатов (c₃).

Рекомендуются следующие значения параметров:

                           c₁ = 1,165 для хлоридов;

                           c₂ = 0,426 для сульфатов;

                           c₃ = 0,265 для гидрокарбонатов.

При расчете изменения концентрации одного из анионов следует принять a_i = 1 для прогнозируемого аниона и a_i = 0 - для двух остальных анионов, а значения параметров С_n, С_sl и c взять соответствующими этому ингредиенту.

В сложных гидрогеологических условиях следует выполнять моделирование на ЭГДа. При этом фильтрационный поток разбивается в междренье на ленты тока. Концентрация солей воды, поступающая в дрены, определяется по формуле:

,                                                           (2)

где         q_i - расход i-й ленты тока;

              j - число лент тока;

              C_W,i - концентрация солей в i-й ленте тока на выходе в дрену, определяется по номограмме черт. 4.1 (прил. 4).

При применении вертикального систематического дренажа, когда водозабор производится из нижнего хорошо проницаемого слоя, перекрытого сверху слабопроницаемой засоленной покровной толщей, прогнозную минерализацию дренажного стока для расчетного периода времени допускается определять по формуле:

,                     (3)

где      С_W(t_v) = С_W(uDt) - осредненная минерализация дренажных вод, г/л, отводимой скважиной в момент времени t_v = uDt, здесь Dt - шаг времени, принимаемый Dt = T/j, j - число одинаковых интервалов времени, на которое разбит расчетный период Т = jDt, u = 1, 2 ... j;

            С₁(h₁; t_i) = C₁(h₁; iDt) - минерализация раствора, поступающего из верхнего покровного слоя в нижний слой через кровлю в момент времени t_i = iDt, г/л;

            С₂₀ - исходная осредненная концентрация солей в нижнем дренируемом слое, г/л;

            h₁; h₂ - мощность (высота) соответственно верхнего и нижнего слоев, м;

            v_k - средняя за расчетный период Т интенсивность поступления воды из покровного слоя в нижний, м/сут;

            Т - продолжительность расчетного периода, сут.;

            n₂ - пористость нижнего слоя.

Минерализация воды С₁(h₁; t), поступающей из верхнего покровного слоя в нижний слой в момент времени t, определяется по номограмме черт. 4.1 (прил. 4).

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Рекомендуемое

РАСЧЕТ ФИЛЬТРОВОЙ ОБСЫПКИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА

1. Водопроницаемость фильтра должна быть выше водопроницаемости дренируемого грунта:

при дренировании связных грунтов

;                                                               (1)

при дренировании несвязных грунтов

,                                                                (2)

где      k_s - коэффициент фильтрации обсыпки, м/сут;

            k - коэффициент фильтрации грунта, м/сут.

2. Фильтры, защищающие несвязные грунты, должны быть несуффозионными.

Несуффозионность материала проверяется по условию

,                                    (3)

где      d_s,3; d_s,17 - диаметр частиц, мельче которых в материале фильтра содержится соответственно 3 %, 17 % по весу;

            h_s - коэффициент неоднородности фильтровой обсыпки;

            n_s - пористость фильтровой обсыпки, определяемой по формуле:

n_s = n_a - 0,1×lgh_s,                                                 (4)

здесь   n_a = 0,45 - для щебенистых грунтов;

            n_a = 0,40 - для песчано-гравийно-галечниковых грунтов.

3. При подборе фильтровой обсыпки коэффициент неоднородности h_s должен удовлетворять условию:

при устройстве дренажа в связных грунтах

I_p > 7; 2,5 £ h_s £ 50;                                                        (5)

при устройстве дренажа в слабосвязных грунтах

I_p < 7; 2,5 £ h_s £ 35;                                                        (6)

при устройстве дренажа в несвязных грунтах

2,5 £ h_s £ 25,                                                             (7)

где      I_p - число пластичности.

В случае использования материалов фильтра с коэффициентом неоднородности, выходящим за пределы указанного диапазона, возможность их применения должна быть обоснована лабораторными и натурными исследованиями.

4. Толщина фильтра t_s должна определяться из условия

t_s ³ (5 … 7)d_s,85.                                                            (8)

4.1. Толщина фильтра и его фракционный состав должны удовлетворять условиям и способам производства работ t_s ³ t_s,min, где t_s,min - минимальная толщина фильтра (8 ... 15 см), обусловленная способом производства работ.

4.2. Содержание в фильтре частиц диаметром менее 0,1 мм не должно быть более 10 %.

4.3. Максимальный диаметр фракции в фильтре защищающего связный дренируемый грунт не должен превышать 40 мм.

5. При устройстве дренажа в связных грунтах зерновой состав фильтра должен удовлетворять условию

d_sp,cal ³ d_sp,max,                                                             (9)

где      d_sp,cal - расчетный диаметр пор фильтра, см;

            d_sp,max - максимальный диаметр пор фильтра, см.

5.1. Если число пластичности дренируемого грунта I_p ³ 7 при колебании его влажности в интервале пластичности w_L ³ w ³ w_p, (w; w_L; w_p - влажность соответственно на границе текучести и пластичности), объемный вес дренируемого грунта (скелета) принимается из условия

,                                                              (10)

где      e - коэффициент пористости дренируемого грунта при соответствующей влажности w;

            g - удельный вес дренируемого грунта, г/см³.

5.2. Расчетный диаметр пор фильтра определяется по формуле

,                                                (11)

где      I_a - эмпирический коэффициент, принимаемый равным

I_a = 0,0076(16,6 - u_cal)(u_cal - 1,0);

            u_cal - расчетный градиент напора в дренируемом грунте на границе с фильтром;

            b_a - угол между направлением скорости фильтрации и силой тяжести принимается соsb_a = 1.

5.3. Если число пластичности дренируемого грунта I_p < 7 и условие (10) не выполняется, то расчетный диаметр пор фильтра определяется по формуле

.                                                       (12)

Для дренируемого грунта супесь при условии I_p < 7

.                                                        (13)

Для пылеватых грунтов с содержанием частиц диаметром менее 0,05 мм, более 20 % по весу

.                                                      (14)

6. Максимальный диаметр пор фильтра вычисляется по формуле

,                                                 (15)

где      r₁, r₂ - коэффициенты, принимаемые равными

r₁ = 1 + 0,05h_s; .

7. При устройстве дренажа в несвязных несуффозионных грунтах, исходя из условия непросыпаемости, гранулометрический состав фильтра должен удовлетворять условию

h_m £ h_m,adm,                                                                 (16)

где      h_m - межслойный коэффициент;

            h_m,adm - допустимый межслойный коэффициент.

8. Допустимый межслойный коэффициент вычисляется по формуле

.                                                    (17)

9. Фактический межслойный коэффициент определяется по формуле

,                                                                 (18)

где      d_s,17 - диаметр частиц, которых в материале фильтра содержится 17 % по весу;

            d_b - диаметр сводообразующих частиц, берется с кривой гранулометрического состава дренируемого грунта в зависимости от процентного содержания сводообразующих частиц x_b.

10. Процентное содержание сводообразующих частиц в зависимости от коэффициента неоднородности дренируемого грунта и материала фильтра определяется по формуле

,                                                    (19)

где      h - коэффициент однородности дренируемого грунта;

            d_s - коэффициент, учитывающий размер пор фильтрового материала d_s = 3 ... 5 - для песчано-гравийных и гравийно-песчаных смесей; (d_s = 5 - 8 для щебенистого материала);

            c - показатель степени

c = 1 + 1,28×lgh_s.

11. При устройстве дренажа в несвязных суффозионных грунтах диаметр сводообразующих частиц фильтра должен удовлетворять зависимости

d_b = (3 … 5)d_g,max,                                                      (20)

где      d_g,max - максимальный диаметр суффозионных частиц дренируемого грунта, определяемый по формуле

,                                                    (21)

где      n - пористость дренируемого грунта в долях единицы;

            k - коэффициент фильтрации дренируемого грунта, м/сут;

            g_a - ускорение силы тяжести, м/сут;

            y - коэффициент запаса, принимаемый y = 1 ... 1,5;

            I_w - коэффициент кинематической вязкости воды;

            m_сr - коэффициент критической скорости, определяемый по формуле:

,                                          (22)

где      g_u - объемный вес дренируемого грунта (скелета);

            f_I - приведенный коэффициент трения, определяемый по формуле

f_I = 0,82 - 1,8п + 0,0062(h - h_c),                                           (23)

где      h_c - коэффициент неоднородности скелета дренируемого грунта, при h < 50 и 0,26 £ n £ 0,40 следует принимать h_c = 5.

При условии d_g,max < d_s,3 расчетное значение d_b принимается по кривой зернового состава дренируемого грунта, принимая процентное содержание x_b, частиц по формуле (19) при d_s = 3.

При d_g,max > d_s,3 диаметр сводообразующих частиц определяется по формуле (20).

Проектирование зернового состава фильтра при дренировании связных грунтов

12. Построение верхней границы зоны допустимых отклонений необходимо выполнять в следующей последовательности:

а) из условия (8) определяется величина диаметра

;                                                           (24)

б) вычисляется величина эффективного диаметра частиц, фильтра

,                                                           (25)

где      a - находится по формуле

a = 0,0118(h_s + 210)(h_s - 1,95);

в) определяется диаметр частиц фильтра при h_s £ 10

,                                                          (26)

где      l - коэффициент, принимаемый по формуле

;

г) определяется контролирующий диаметр частиц фильтра

d_s,60 = h_s×d_s,10;                                                         (27)

д) максимально допустимая крупность фракций фильтра принимается равной d_s,100 £ 0,5t_s;

ж) через полученные значения d_s,10; d_s,17; d_s,60; d_s,85; d_s,100 проводится верхняя граница зернового состава фильтра.

13. Построение нижней границы зоны допустимых отклонений необходимо выполнять в следующей последовательности:

а) принимается в соответствии с требованием допустимого содержания частиц диаметра меньше 0,1 мм, d_s,10 = 0,1 мм,

б) вычисляется минимальное значение контролирующего диаметра по формуле (27), где h_s = 2;

в) при h_s = 2 вычисляется диаметр d_s,85 по формуле (25).

Через полученные значения d_s,10; d_s,60; d_s,85 проводится нижняя граница зернового состава фильтра.

14. Проектирование кривой зернового состава необходимо выполнять в следующей последовательности:

а) в зависимости от числа пластичности, влажности грунта и выполнения условия (10) по формуле (11) или (12 - 14) находится расчетный диаметр пор фильтра;

б) принимается величина коэффициента неоднородности фильтра в пределах допустимого. Определяется пористость фильтра по формуле (4);

в) по значениям d_sp,cal, п_s и h_s вычисляется максимальный размер фракций фильтра d_s,17 по формуле

;

г) по формулам (25, 26, 27) при известном d_s,17 определяется d_s,10; d_s,60; d_s,85, после проводится проектная кривая зернового состава.

15. Предельные кривые зерновых составов фильтровых материалов при дренировании супесчаных суглинистых и пылеватых грунтов даны на черт. 6.1 (прил. 6).

Проектирование зернового состава фильтра при дренировании несвязных грунтов

16. Проектирование зернового состава фильтра, предназначенного для защиты несвязного несуффозионного грунта, необходимо выполнять в следующей последовательности:

а) в зависимости от материала фильтра и коэффициента неоднородности грунта h определяется процентное содержание сводообразующих частиц по формуле (19);

б) определяется диаметр сводообразующих частиц d_b;

в) принимается величина коэффициента неоднородности фильтра в интервале допустимых значений. Пористость n_s определяется в зависимости от выбранного значения h_s по формуле (4);

г) исходя из условия непросыпаемости частиц дренируемого грунта в фильтр, определяется размер фракции фильтра d_s,17 по формулам (17) и (18);

д) определяется минимальный диаметр частиц фильтра по формуле

;

ж) при значениях x = 10 … 20 ... 100 вычисляются соответствующие значения d_s,i по формуле:

,

            x₁₀(i) - процентное содержание в составе грунта дренажной обсыпки частиц, имеющих по весу диаметр, меньший d_s,10 (d_s,i).

По найденным значениям строится проектная кривая зернового состава фильтра.

17. При подборе зернового состава фильтра допускается отклонение от расчетной кривой в пределах «зоны допустимых отклонений», которую выбирают так, чтобы расчетная кривая была ограничена снизу касательной и кривой, проходящей через точку d_s,min. Верхняя граница зоны должна проходить через точку d_s,max и на 3 % выше точки d_s,10 расчетной кривой.

18. Проверяется выполнение условия (8).

Если условие не выполняется и по какой-либо причине толщину слоя фильтра увеличить нельзя, следует заново запроектировать состав фильтра путем соответствующего уменьшения размера максимальных фракций фильтрового материала.

Запроектированный фильтр должен удовлетворять условию (16).

Черт. 6.1. Проектирование зерновых составов фильтров, защищающих слабосвязные грунты

1 - супесь Голодной степи; 2 - карьерная смесь; 3 - нижняя предельная кривая; 4 - верхняя предельная кривая фильтрового материала, защищающего песчаный грунт; 5 - верхняя предельная кривая фильтрового материала, защищающего суглинистый грунт; 6 - верхняя предельная кривая фильтрового материала, защищающего пылеватый грунт

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Рекомендуемое

РАСЧЕТ ТРУБОФИЛЬТРОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ ИЗ ИСКУССТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. Расчет трубофильтров

Основными фильтрационными параметрами трубофильтров являются величины средневзвешенного диаметра пор и водопроницаемости их стенок.

Средневзвешенный диаметр пор следует определять по водопроницаемости стенок (черт. 7.1).

Трубофильтры не требуют фильтровой защиты в следующих случаях:

при укладке в несвязных грунтах с коэффициентом фильтрации более 1 м/сут;

при укладке в несвязных несуффозионных грунтах.

При проектировании дренажа из трубофильтров в связных грунтах должно соблюдаться условие

d_m,cal ³ d_m,mt,                                                              (1)

где      d_m,cal - расчетный диаметр пор трубофильтра, см;

            d_m,mt - средневзвешенный диаметр пор трубофильтров, см.

Для различных категорий дренируемых грунтов d_m,cal следует определять по следующим формулам:

для суглинков

;                                                           (2)

для супесей

;                                                           (3)

для пылеватых грунтов

,                                                          (4)

            u_cal - расчетный градиент напора, см.

Расчетный градиент напора в дренируемом грунте на границе с трубофильтром следует определять по формуле:

,                                             (5)

где      D_т,ext - наружный диаметр трубофильтра;

            H - превышение поверхности подземных вод в междренье над горизонтом воды в дрене;

            d_d - глубина заложения дрены.

Черт. 7.1 График зависимости начального коэффициента фильтрации от средневзвешенного диаметра пор трубофильтров

При проектировании дренажа из трубофильтров в неоднородных грунтах фильтрационный расчет следует проводить для самого слабого по фильтрационной прочности грунта (в порядке уменьшения - суглинки, супеси, пылеватые грунты).

В фильтрационных расчетах следует использовать конечный коэффициент фильтрации трубофильтров k_тm, который может значительно отличаться в сторону уменьшения от начального коэффициента фильтрации k_m,sl в результате процессов кольматации и контактного наложения частиц дренируемого грунта.

Таблица 7.1

Технико-экономические показатели применяемых и разрабатываемых защитно-фильтрующих материалов отечественного и зарубежного производства (стояние на январь 1986 г.)