Оптимизация дренажной системы участка земли

[Jakomo Venciano 0]

Здравствуйте уважаемые форумчане!

Занялся проектированием системы дренажа участка. Уже сделан один дренажный колодец в минимальной точке поверхности. Туда сейчас естественным образом стекают потоки талой, дождевой и грунтовой воды. Потоки воды текут по поверхности участка, по плодородному слою земли. Соответственно, весь участок затоплен слоем от 1 го до 5 см местами, земля чавкает. Из дренажного колодца вода откачивается дренажным насосом по обычному поливочному шлангу на перепад высот 4 метра в придорожный кювет. Далее по кювету вода течет 300 метров до глубокого оврага в лесу. Сам по себе участок земли 25 на 40 метров. Подобен раскрытой книге - посередине проходит русло талой весенней воды (еле заметное летом). Это русло, пройдя участок посередине, параллельно короткой стороне, попадает в тупик - в как бы сковородку, в которой может образоваться озеро весной глубиной до 20 см. В середине этого озера сейчас и инсталлирован первый дренажный колодец. Диаметр 1.5 метра, глубина 3 метра. Бетонные кольца. Второй колодец уже начал копать на входе русла на участок.

Идея оптимизации возникла в результате наблюдений за работой системы осенью и сейчас весной. Целевая функция - минимизировать затраты денег на откачку воды. У нас 1 кВтчас стоит 4 р в товариществе. У меня следующие соображения по поводу такой минимизации:

1. Максимальный расход насосов должен быть выбран исходя из притока паводковых вод, в моем случае 4 м3/ч (весенний паводок). Это ограничение сверху.

2. Перепад высот, на который поднимается вода насосом должен быть минимальным, но в моем случае он определяется желаемым уровнем грунтовых вод - (минус) 2.5 м ниже поверхности земли. Это связано с желанием выкопать погреб под домом на такую глубину. Итак уровень воды в колодце -2.5 м. Нижнее кольцо - резервуар для гистерезиса поплавкового выключателя. В итоге насос будет установлен на глубине -4 м, а общий перепад высот составит 5 метров.

3. Диаметр трубопровода сброса должен быть как можно больше и длинна как можно короче для снижения гидравлических потерь. Но в моем случае диаметр ограничен сверху. Потому что трубопровод сброса я устанавливаю наклонно для того, чтобы после выключения насоса вода из трубопровода сливалась обратно в колодец и не замерзала в трубе. Основной расход воды идет при таянии, то есть при нуле градусов, при этом температура воздуха ночами может опускаться ниже ноля, даже до -5 градусов. Кроме того, грунтовые воды необходимо откачивать даже зимой, при температуре воздуха -25 градусов. Если уровень воды в закрытом и утепленном колодце ниже -2 м, то вода не замерзает. Чем больше диаметр трубопровода, тем меньше потери давления на прокачку, но тем больше возврат воды в колодец при сливе.

4. Сброс воды из колодца должен быть ступенчатым. То есть не следует при малых расходах наполняющей колодец воды откачивать ее мощным насосом с высоким расходом и скоростью в сбросной трубе. Так как тогда будет присутствовать составляющая затрат на сопротивление в трубе при высоком расходе. Поэтому нужно установить маломощный насос первой ступени с небольшим расходом, достаточным для откачки воды в любое время года, кроме поздней осени и весны (кроме талой воды). Его расход, а значит скорость воды будет невелика и таким образом снизятся затраты на преодоление гидравлического сопротивления сбросной трубы. А мощный насос должен работать во второй ступени - при повышении уровня воды в колодце выше точки включения насоса первой ступени. У каждого насоса может быть своя труба сброса, чтобы исключить установку обратных клапанов - это лишнее сопротивление.

Вот такие простые соображения. Хочу услышать также и ваши рекомендации.

Конечно понятно, что вообще нерационально сначала сбрасывать воду в колодец, а потом поднимать ее насосом на поверхность. Хорошо было бы организовать транзит талой воды по поверхности участка. Но, во-первых, не хочется иметь на участке арык или траншею, пусть даже закрытую, во-вторых, естественного стока с моего участка просто не существует. Существует "озерцо", после переполнения которого вода уходит на соседний участок. Всего этого хотелось бы избежать.

С уважением.

Изменено 16 апреля 2013 пользователем Jakomo Venciano

[Fedor 1 597]

Там уравнения как у теплопроводности. Надо через теорию подобия перейти к ней и решать. Хорошая и полезная задачка. В Ansys собирался сделать, да другие дела отвлекли.

 

"Это связано с желанием выкопать погреб под домом на такую глубину" - самое надежное - короб из нержавейки герметичный закопать и не париться... 

[Yuri69 1]

Схему системы можете изобразить? Чтобы нагляднее представить...