УДК: 631.862.4
САМОВАКУУМИРУЮЩИЙ
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ
ДРЕНАЖ
Гасанов Сабир
Техранхан оглы, к.т.н., зав.лабораторией
Азербайджанского
Научно – Производственного Объединения
«Гидротехники и Мелиорации»
ул. И.Дадашева 70A,Баку, Аз 1130,
Азербайджан; sабир48 тх @ маил.rу
В статье изложены основные недостатки известных дренажей и необходимость их усовершенствования; описывается конструкция и принцип работы нового дренажа, работающего самовакуумировнием. Вакуумирование дренажа создается с помощью фильтрующих блоков, выполненных в форме эжектора, работающего за счет действующего напора над дрены. Изложен гидравлический расчёт предложенного дренажа.
Ключевые слова: горизонтальный дренаж, вакуум, фильтрующие блоки, конструкция,
работа, расчёт дренажа.
Введение. Для мелиорации
(улучшения) земель, регулирования
уровня грунтовых вод, осущения заболоченных и затопленных территорий широко
применяется дренаж, состоящий из
дренажных труб с фильтрующими материалами и коллектора [1,2.3,6].
Недостатками этого дренажа являются:
низкая водозахватная, регулирующая и осушительная способности; слабое рассолящее действие при промывке
засоленных земель и т.д.
Известны вакуумные дренажные системы,
содержащие дренажные трубы, уложенные в траншею с обратным уклоном, верхняя
часть которых изолирована от почвы и атмосферы, вакуумирующее устройство (вакуум насос, эжектор, сифон), установленное в устьевых частях
дрены для создания вакуума, водосборный
колодец и коллектор для сбора и
сброса воды [4,5,9].
Недостатками данных дренажей являются:
преждевременный выход из строя дренажной линии в связи с заилением из-за
обратного уклона, неустойчивость работы дренажной системы в связи с отсутствием
самотечного движения воды в линии дренажа и поступлением воздуха в дрены при понижении
уровня грунтовых вод ниже заложения дрены, что существенно снижает
водозахватную способность и надежность работы; потребность особого ухода за
системой и вакуумирующими устройствами; необходимость углубления коллектора,
способствующая повышению земляных и строительных работ; незначительность
вакуума в линии дренажа, созданного сифоном за счет разности напоров и т.д. Все
это увеличивает стоимость дренажа, снижает его надёжность и повышает
эксплуатационные затраты.
Постановка
задачи. Целью данной работы является повышение эффективности работы
горизонтального дренажа. Поставленная цель достигалась путём изучения конструкции, принципа работы и
недостатки известных горизонтальных дрен.
Результаты. Для достижения поставленной цели
нами разработан самовакуумирующий дренаж, общий вид которого изображен на рисунке.
Дренаж содержит дренажные трубы 1, фильтрующие блоки 2, коллектор 3. Водопроводящая часть фильтрующих
блоков 2 выполнена в форме эжектора, т.е. сужающегося 4 и расширяющегося 5 по направлению потока усеченных конусов.
Расширяющийся 5 усеченный конус имеет горловидное 6 сообщение с сужающимся 4 усеченным конусом для приема воды
(см.рис.).
Рис.
Самовакуумирующий дренаж и его расчётная схема.
Места расположения фильтрующих блоков (ФБ) определяют исходя из наличия
необходимого расхода воды во взятом сечении (звене) дрены с учетом ее
транспортирующей (транзитной) части. В линии дренажных труб необходимый расход
воды для работы ФБ, формируется в
истоковом участке дрены, т.е. на расстоянии (0,1-0,2) 
от
концевой части дрены, а устьевой участок дрены
протяженностью (0,05-0,10) 
является её
транзитной частью. Поэтому ФБ в линии дренажных труб устанавливаются за
исключением этих участков.
Первый ФБ устанавливается на
расстоянии 
от концевой части
дрены, а последний ФБ – на расстоянии 
от её устья, а
остальные ФБ с равным расстоянием между ними устанавливаются в оставшейся
(средней) линии дренажных труб.
Расстояние между ФБ определяется по
выражению:
, (1)
где 
общая длина дрены, м; 
количество ФБ, шт.
Количество ФБ определяется по соотношению
максимального расхода (
) дрены к её минимальному (
), т.е. 
.
Значения 
и 
соответствуют стокам дрены,
формироващимся при максимальном и минимальном напорах над её линией и
определяются по расчетными формулами, изложенными в данной статье и литературах
[7,8].
Принцип
работы дренажа. Дренаж работает следующим образом:
Вода самотеком по дренажным трубам 1
поступает в сужающийся 4 усеченный конус ФБ 2. На выходе сужающего 4 усеченного
конуса увеличивается скорость воды, в результате которой образуется разряжение
(вакуум), за счет образовавшегося вакуума из окружающей почвенной среды через
ФБ происходит подсос воды к горловидному 6 сообщению. Оттуда подсасываемая вода
вместе с транзитной водой поступает в расширяющий 5 усеченный конус, а затем в
дренажные трубы 1, по которым транспортируются в коллектор 3.
В связи с дополнительным подсосом воды
в несколько раз увеличивается общий расход дренажа, вследствие которого
повышается его водозахватная способность, улучшается процесс регулирования
уровня грунтовых вод. Поэтому, в период затопления поверхности почвы
атмосферными осадками, промывными и оросительными водами, излишние воды
своевременно захватываются дренажем и отводятся в коллектор, оттуда за пределы
территории. В результате в почве своевременно создаются оптимальный водной,
солевой, воздушный, температурный и пищевой режимы.
При работе самовакуумирующегося
дренажа исключается опасность срыва вакуума в линии дренажа, так как вода
самотеком поступая в дренажные трубы создает в них постоянно действующее
движение, под воздействием которого беспереривно образуется вакуум в сужающей
части фильтрующих блоков. В период эксплуатации исключается возможность
заиления дренажной линии, так как при подсосе воды из почвы фильтрующие блоки
предотвращают попадание в линию дренажа
мелких заиляющихся частиц. В результате существенным образом повышается
надежность работы предложенного дренажа по сравнению с известными.
Гидравлический
расчёт дренажа. Исходные уравнения для вывода расчётных зависимостей
притока к обычной и вакуумной дренам идентичны. Согласно методу «дифференциации патока» исходное уравнение для притока
к несовершенной дрене (при наличии
водоупора) имеет вид [7]:
, (2)
где 
; 
; 
; 
; 
напор на расстоянии 
от дрены; 
градиент напора; 
коэффициент фильтрации; 
глубина залегания водоупора, считая от оси
дрены; 
соответственно углы
сужения патока выше и ниже уровня дрены.
Учитывая, что 
, 
, то 
и 
можно выразить так:
; 
.
(3)
Значение 
и 
подставив в уравнении (2), получим
. (4)
Величина напора 
с учетом вакуума 
при 
, а при 
и 
(где 
дальность действия
дрены).
Поскольку трубчатые дрены
рассчитываются на полное наполнения, то
можно принимать 
(где 
глубина воды в дрене; 
диаметр дрены). При этом рабочий напор Н на междренном расстоянии или на контуре
питания 
(где 
напор на линии дрены считая от её основания).
С учетом вышеописанного, для
определения единичного притока к
вакуумной горизонтальной дрене, разделив уравнение (4) на переменные и
проинтегрируем его в граничных условиях
. (5)
Поскольку 
, то из (5) для двустороннего погонного притока к вакуумной горизонтальной дрене, получим
. (6)
где 
величина вакуума, созданного в дрене фильтрующими блоками, 
При 
формируется
максимальный сток дрены, а при 
- минимальный.
Для определения расстояния между
систематическими вакуумными дренами в уравнении (4), 
заменяем на
интенсивность питания грунтовых вод,
через зависимость 
. Значение 
подставив в уравнении
(4) и разделив его на переменные,
интегрируем в граничных условиях
. (7)
Интегрирование (7) с учетом 
, дает
, (8)
где 
интенсивность питания грунтовых вод, 
; остальные обозначение прежние.
Значение 
определяется общем
водным балансом или балансом грунтовых вод.
Выводы.
Таким образом, при работе предложенного дренажа происходит
самовакуумирование системы без каких-либо энергетических и дополнительных
затрат, повышается его эффективность и надежность, отпадает необходимость
увеличения глубины коллектора, что способствует уменьшению объема земляных и
строительных работ; не требуются дополнительные устройства, для вакуумирования;
полностью предотвращается опасность заиления дренажной линии.
Предложенный дренаж может быть успешно
применен так же в заболоченных и затопленных территориях.
Л и т е р а т у р
а
1. Алексанкин А.В. Мелиоративные работы в Голландии //
Гидротехника и мелиорация, 1984, № 10, с.80-86.
2.Алексанкин А.В., Маммаев З.М. Мелиорация земель в Щвеции
// Мелиорация в водное хозяйство, 1988, № 3, с. 59-62.
3.Богданов В.А. Мелиоративное строительство в Норвегии //
Гидротехника и мелиорация, 1987, № 10, с.71-73.
4.Дегтярев Б.М., Калантаев В.А. Вакуумный дренаж на орошаемых
землях. М.: Колос, 1976, 94 с.
5.Калантаев В.А. Дренаж орошаемых земель и методы его
интенсификации. Ашхабад, Ылым, 1984, 282 с.
6.Колпаков В.В., Сухарев И.П. Сельскохозяйственные мелиорации. М.: Колос, 1981, с. 214-215 (328 с.).
7.Гасанов С.Т. Дренаж:
расчёты, проектирование и эксплуатация. Баку, Элм, 2009, 236 с.
8.Гасанов С.Т. Гидравлический расчёт скважин и методы
определения гидрогеоло-гических параметров. Баку: Элм, 2011, 244 с.
9. Салахов Ф.С. Система закрытого дренажа сифонного действия
/ Труды АзНИИГиМ, т.2. Баку, 1974, с. 172-178.
d.f.t.n. Sabir Hasanov Tehranhan
HORIZONTAL DRAINAGE WORK
SELF VACUUMIZATION
THE
SUMMARY
The article outlines
the main disadvantages of the known and the
need for drainage improvements, describes
the construction and operation principle of a new drainage,
working very vakuumirovniem. Vacuumization drainage is
created by filtering units
made in the form of an
ejector, operating through the
current head of the line drains.
Сведения об авторе
Гасанов Сабир Техранхан оглы
Должность: Зав. лабораторией
Азербайджанского Научно-Производственного Объединения «Гидротехники и Мелиорации»
Адрес:
Аз 1067, Баку,
пос. Кара-чухур, квартал 4048/49, дом 3, кв. 104.
E- mail: sabir 48 tx @ mail. ru