BleLlOTtiEEK RldKSDl&KOT V O O R De (~QBELMBL?RPOLD~~RS W E R K D O C U M E N T De afvoercapaciteit van drainbuizen als factor bij het drainage-ontwerp door Ing. G.A. Ven Concept-artikel C~~tuurtechnisch Tijdschrift 1980-216 Abw 13939 -. " I augustus qY 50 S T E R I E V A N V E R K E E R E N W A T E R S T A A T Q T ~ K S D I E N S TV O O R D E I J S S E L M E E R P O L D E R S S M E D I N G H U I S - L E L Y S T A D 9450 INHOUD 1 . Inleiding 2. De afvoercapaciteit van drainbuizen 3. De afvoercapaciteit a l s f a c t o r b i j het ontwerp 4. Het gangbare drainage-ontwerp 5. Drainage-ontwerp op basis van beschikbare drukhoogte 6. Drainreeksen met meer dan 6611 diameter 7 . Samenvat t i n g (. 1. INLEIDING In het hieraan voorafgaande artikel in dit nummer van ing. K. Dekker is ingegaan op de wijze waarop de afvoerformules voor drainbuizen zijn bepaald. Tevens is een nomogram gegeven waarmee de draindiameters voor een zeker ontwerp kunnen worden bepaald. In dit artikel zal verder worden ingegaan op de bepaling van de draindiameters in relatie tot het drainage-ontwerp. Hierbij wordt ook aandacht besteed aan de werkwijze bij drainreeksen die uit meer dan kzn diameter bestaan en de werkwijze bij samengestelde drainagesystemen. In deze gevallen is het ontwerpnomogram niet toepasbaar. 2. DE AFVOERCAPACITEIT VAN DRAINBUIZEN Voor de berekening van de drukhoogte voor stroming in de drains kan uitgegaanworden van de door Dekker gegeven formule: waarin: z = drukhoogteverlies over een afstand x vanaf de eindstop s = afvoer 1 = drainafstand x = afstand van de eindstop De= effectieve diameter van de drain a = factor afhankelijk van het type buis a = 7,O voor geribbelde p.v.c.-buizen a = 4.7 voor gladde p.v.c.-buizen a = 4 , 5 voor gebakken buizen. (m) (m/d) (m) (m) (m) i Zoals in het voorgaande artikel van Dekker is beschreven, kan een zekere reductie worden toegepast voor drainvervuiling door De kleiner te nemen dan de nominale binnendiameter van de toegepaste drain. Ter illustratie geeft figuur 1 een voorbeeld van het drukverloop in p.v.c.-ribbelbuizen met verschillende diameters bij een stationaire afvoer van 7 mmldag en een drainafstand van 50 m. Het drukverloop zou in het veld kunnen worden gemeten door het plaatsen van stijgbuisjes op de drainbuis. De waterstanden die zich in de stijgbuisjes instellen geven dan het drukverloop aan. dvuLur*l$s CCM) -' 0 40 LO 50 40 0 Figuur 1. Voorbeeld van het drukverloop in p.v.c.-ribbelbuizen verschillende diameters met &dhtop (kt) Uit Eiguur 1 blijkt b.v. dat voor een p.v.c.-ribbelbuis diam. 50144 mm bij een drainlengte van 125 rn voor de gegeven drainafvoer en -afstand, de waterstand bij de eindstop 0 , 4 2 m hoger is dan de bovenkant buis bij de uitmonding. Bij een buis van diam. 6 5 / 5 8 mm zal dat slechts 0 , 1 2 m zijn. Dit geldt ongeacht de helling van de drainreeks mits de drain geheel onder de berekende drukhoogtelijn ligt en dus volstromend is. Het verval in de drainreeks mag voor de gegeven,voorbeelden dus niet groter zijn dan resp. 0 , 4 2 en 0,12 m. 3. DE AFVOERCAPACITEIT ALS FACTOR B I J HET ONTWERP B i j e e n d r a i n a g e s t e l s e l kan de d r u k h o o g t e d i e nodig i s voor h e t r e a l i s e r e n v a n een z e k e r e a f v o e r v e r d e e l d worden o v e r e n k e l e s t a d i a . Voor d e a f v o e r van e e n w a t e r d e e l t j e op e e n w i l l e k e u r i g e p l a a t s midden tuss e n de d r a i n s n a a r h e t a f v o e r p u n t i s d r u k h o o g t e n o d i g v o o r : s t r o m i n g n a a r de d r a i n s . H i e r b i j kan nog o n d e r s c h e i d worden gemaakt i n h o r i z o n t a l e , v e r t i k a l e e n r a d i a l e w e e r s t a n d . Met d e z e componenten wordt r e k e n i n g gehouden i n de d r a i n a g e f o r m u l e s ; s t r o m i n g d o o r de o m h u l l i n g e n d e p e r f o r a t i e s of s t o o t v o e g e n i n de d r a i n s . Met d e z e i n t r e e w e e r s t a n d , d i e m e e s t a l g e r i n g i s (45 cm) wordt b i j h e t o n t w e r p d o o r g a a n s geen r e k e n i n g gehouden; s t r o m i n g i n de d r a i n n a a r h e t a f v o e r p u n t . - De s o n v a n de d r u k h o o g t e n voor e l k e component z a l g e l i j k z i j n a a n h e t h o o g t e v e r s c h i l t u s s e n de o p b o l l i n g midden t u s s e n de d r a i n s e n de bov e n k a n t van d e b u i s b i j d e uitmonding. De d r u k h o o g t e benodigd v o o r s t r o m i n g i n d e d r a i n neemt t o e met de a f s t a n d vanaf h e t u i t s t r o o m p u n t . D i t h o u d t i n d a t b i j e e n s t a t i o n a i r e a f v o e r de g r o o t s t e drukhoogte e n d u s ook d e h o o g s t e g r o n d w a t e r s t a n d z a l o p t r e d e n b i j de e i n d s t o p . In de p r a k t i j k z a l er z e l d e n s p r a k e z i j n van e e n s t a t i o n a i r e s t r o m i n g s t o e s t a n d , a l t h a n s n i e t met d e o r d e van g r o o t t e van de o n t w e r p a f v o e r . Lksondanks kan g e s t e l d worden d a t b i j e e n v l a k k e m a a i v e l d s t i j g i n g de o n t w a t e r i n g s t o e s t a n d b i j de e i n d s t o p minder g u n s t i g i s dan d i c h t e r b i j de uitmonding. De t o p p e n i n h e t g r o n d w a t e r s t a n d s v e r l o o p z i j n e r hoger e n langduriger. Om een c o n s i s t e n t d r a i n a g e - o n t w e r p te kunnen maken, l i j k t h e t voorshands h e t b e s t e om b i j d e b e r e k e n i n g e n u i t te gaan van e e n s t a t i o n a i r e s t r o m i n g s t o e s t a n d . De d r a i n a g e moet dan z o d a n i g worden ontworpen, d a t o v e r a l a a n h e t o n t w e r p c r i t e r i u m wordt v o l d a a n . Omdat h e t meest k r i t i e ke punt b i j de e i n d s t o p z a l l i g g e n ( t e n z i j h e t maaiveld g r o t e hoogtev e r s c h i l l e n v e r t o o n t ) d i e n t h e t d r a i n a g e - o n t w e r p h i e r o p t e worden a f gestemd. De o n t w e r p a f v o e r moet kunnen worden g e r e a l i s e e r d b i j een g r o n d w a t e r s t a n d d i e de t o e g e s t a n e o p b o l l i n g t e n o p z i c h t e van maaiveld niet overschrijdt. Voor h e t drainage-ontwerp b e t e k e n t d i t d a t a l s de t o e g e s t a n e o p b o l l i n g e n de d i e p t e v a n d e d r a i n b i j d e uitmonding z i j n gekozen, de t o t a a l b e s c h i k b a r e d r u k h o o g t e h v a s t l i g t ( z i e f i g u u r 2 ) . Er b e s t a a t nu een k e u z e v r i j h e i d b i j h e t d r a i n a g e - o n t w e r p voor h e t b e p a l e n van m en z ond e r d e voorwaarde: h = m z . Als er voor m een g r o t e waarde wordt gekozen, v o l g t d a a r u i t e e n g r o t e d r a i n a f s t a n d , waardoor g r o t e r e d r a i n d i a m e t e r s nodig z u l l e n z i j n . Omdat e r t e v e n s w e i n i g o v e r b l i j f t voor z i s e r w e i n i g d r u k h o o g t e b e s c h i k b a a r v o o r s t r o m i n g i n de d r a i n s . Ook d i t z a l l e i d e n t o t d e noodzaak van g r o t e r e d i a m e t e r s . Het omgekeerde i s e v e n e e n s waar. Een g e r i n g e waarde voor m l e i d t t o t g e r i n g e d r a i n a f s t a n d e n e n k l e i n e d i a m e t e r s . I n t h e o r i e is e r e e n o p t i male v e r d e l i n g m o g e l i j k d i e kan worden berekend. Voor de p r a k t i j k z a l d i t e c h t e r t e v e r voeren. Het l i j k t d a a r v o o r b e t e r u i t t e gaan van e e n v a s t e d r u k h o o g t e v a n 0 , 1 5 2 0 , 2 5 rn voor s t r o m i n g i n de d r a i n s . + Figuur 2. Beschikbare drukhoogte b i j een drainagesysteem Opgemerkt wordt dat v e r s c h i l l e n d e keuzen van m en z b i j een g e l i j k h l i i+v e n d e t o t a l e drukhoogte h v e r s c h i l l e n veroorzaken i n ontwaterings.-toestand b i j andere a f v o e r i n t e n s i ' t e i t e n dan de ontwerpafvoer. Of de ontwatering b i j andere a f v o e r i n t e n s i t e i t e n g u n s t i g e r of ongunstiger i s , hangt 0 . a . af van de bodemeigenschappen. 4. HET GANGBAELE DRAINAGE-ONTWERP De g e b r u i k e l i j k e werkwijze b i j her ontwerpen van een d r a i n a g e s t e l s e l b e s t a a t u i t de volgende stappen: h e t s t e l l e n van een o n t w a t e r i n g s e i s a f h a n k e l i j k van h e t bodemgeb r u i k . H i e r b i j wordt een ontwerpafvoer met een d a a r b i j t o e g e s t a n e o p b o l l i n g t e n o p z i c h t e van maaiveld gekozen; h e t bepalen van de d r a i n d i e p t e b i j de uitmonding op b a s i s van de s l o o t d i e p t e , p o l d e r p e i l en/of de bodemopbouw; h e t k i e z e n van een a c c e p t a b e l e d r a i n h e l l i n g , rekening houdend met de maaiveldsligging en een minimale gronddekking; ' h e t v a s t s t e l l e n van de beschikbare drukhoogte m a l s h e t v e r s c h i l t u s s e n de t o e g e s t a n e o p b o l l i n g t e n o p z i c h t e van maaiveld en de gemiddelde d r a i n d i e p t e . H i e r b i j i s h e t n i e t a l t i j d d u i d e l i j k of met de onder- of bovenkant van de d r a i n s moet worden gerekend; h e t berekenen van de d r a i n a f s t a n d . Vaak wordt deze en de voorgaande s t a p achterwege g e l a t e n . Lk d r a i n a f s t a n d wordt dan gekozen op b a s i s van profielkenmerken en e r v a r i n g ; h e t bepalen van de benodigde buisdiameter u i t de gekozen d r a i n h e l l i n g , de ontwerpafvoer en de afwaterende oppervlakte. - - - - B i j bovengenoemde werkwijze z i j n e n k e l e kanttekeningen t e p l a a t s e n . De drukhoogte z d i e bepalend i s voor de berekening van de d r a i n d i a m e t e r wordt a f h a n k e l i j k g e s t e l d van de b e t r e k k e l i j k w i l l e k e u r i g gekozen d r a i n h e l l i n g en de d r a i n l e n g t e . U i t h e t voorgaande z a l h e t d u i d e l i j k z i j n d a t de keuze van z o n a f h a n k e l i j k i s van de d r a i n h e l l i n g . Lk enige voorwaarde i s dat h e t t o t a l e v e r v a l i n de d r a i n r e e k s n i e t g r o t e r mag z i j n dan de beschikbare drukhoogte voor stroming i n de d r a i n . Een tweede bezwaar i s d a t de beschikbare drukhoogte m wordt gebaseerd op d e gemiddelde-draindiepte. Het gevolg daarvan is d a t b i j de einds t o p n i e t aan h e t ontwerpcriterium wordt voldaan. De som van de drukhoogten voor stroming naar (rn) en i n de d r a i n s ( 2 ) i s immers g r o t e r dan de t o t a a l beschikbare drukhoogte h. Een ander punt i s d a t de k o s t e n van een d r a i n a g e s t e l s e l i n s t e r k e mate bepaald worden door de d r a i n a f s t a n d (m d r a i n per ha). B i j s t e l s e l s met een g r o t e afwaterende o p p e r v l a k t e per d r a i n kan de buisdiameter e c h t e r ook s t e r k medebepalend z i j n voor de aanlegkosten. In d i e g e v a l l e n i s h e t gewenst de toe t e passen d r a i n d i a m e t e r s mede t e baseren op kostenberekeningen en n i e t u i t s l u i t e n d op een b e t r e k k e l i j k w i l l e k e u r i g gekozen d r a i n h e l l i n g . 5. DRAINAGE-ONTWERP OP BASIS VAN BESCHIKBARE DRUKHOOGTE Uit het voorgaande zal duidelijk zijn geworden hoe de werkwijze bij het drainage-ontwerp kan worden verbeterd. Bij het ontwerp moet w'orden uitgegaan van de totaal beschikbare drukhoogte voor stroming naar en in de drains, gerekend vanaf de ongunstigste plaats in het drainagesysteem. Meestal zal dit bij de eindstop van de zuigdrain zijn, maar bij een ongelijke maaiveldligging kan het ongunstigste punt ergens anders liggen. De totaal beschikbare drukhoogte h is het verschil in hoogte tussen bovenkant buis bij het afvoerpunt en de toegestane opbolling ten opzichte van maaiveld bij de ontwerpafvoer. De draindiepte, de maaiveldsligging en het ontwateringscriterium moeten dus bekend zijn om de beschikbare drukhoogte te kunnen bepalen. Het tweede probleem bestaat uit het vaststellen van de verdeling van de totaal beschikbare drukhoogte h over de componenten voor stroming naar (m) en voor stroming in dedrain (2). Hoewel voor een gegeven geval theoretisch een optimale verdeling berekend kan worden is de meest praktische aanpak een geschikte waarde voor z te kiezen. Dr drainafstand wordt dan bepaald op basis van de resterende drukhoogte m. Na het invullen van de drainafstand (1) en de drainlengte x in (1) kan gemakkelijk worden berekend welke draindiameter nodig zal zijn. Uiteraard kan hiervoor ook direct gebruik gemaakt worden van het nomogram van Dekker in het hieraan voorafgaande artikel. In die gevallen waarbij kostenverschillen kunnen worden verwacht, is het zinvol het ontwerp door te rekenen voor andere waarden voor z en m en een keuze te baseren op kostenoverwegingen. Voor de Nederlandse omstandigheden met een overwegend vlakke maaiveldsligging en een draindiepte van 1,00 B 1,10 m min maaiveld zal voor z een waarde van 0,15 5 0,25 m redelijk zijn. Onder bijzondere omstandigheden zoals bij diepe drainage of een hellend maaiveld kunnen hogere waarden worden genomen. Ook bij grote en samengestelde drainagesystemen zal een grotere drukhoogte nodig zijn om grote diameters te vermijden. De helling waaronder de drains worden gelegd, doet voor de afvoercapaciteit niet ter zake, zolang het totale verval in de reeks maar kleiner is dan de beschikbare drukhoogte z. Geadviseerd wordt de drains zo vlak mogelijk te leggen. In de praktijk zijn vrijwel geen problemen opgetreden met drains onder een geringe helling (5 cm1100 m) of zelfs een vlakke ligging. Alleen als de drainsleuf met slempgevoelig materiaal is gevuld, is het aan te raden om een grotere drainhelling aan te houden, omdat er dan minder vaak water boven de drain zal staan. Bij een kleine helling zal de drain bij de eindstop dieper komen te liggen, waardoor de grondwaterstanden ter plaatse ook dieper kunnen uitzakken. 6. DRAINREEKSEN MET MEER DAN EEN DIAMETER Bij enkelvoudige drainagesystemen waar grote buisdiameters nodig zijn om een voldoende afvoercapaciteit te verkrijgen, kan dikwijls een goedkopere oplossing worden verkregen door. de drainreeks samen te stellen uit secties met een toenemende diameter in de richting van het afvoerpunt. In de Flevopolders met drainlengtervan 250 m en drainafstanden van 24 -en 48-m'wordt dit.vri jwel altijd toegepast. Het probleem voor de on'twerper bestaat dan uit het bepalen van de toe te passen diameters en de sectielengten, zodanig dat de ontwerpafvoer kan worden gerealiseerd bij .. de beschikbare drukhoogte voor stroming in de drain. Het drukverloop in een drainreeks bestaande uit verschillende diameters kan worden weergegeven met behulp van de drukverlopen die gelden voor elk van de 'diameters als de gehele reeks uit die diameter zou bestaan. Deze drukverlopen kunnen met (1) worden uitgerekend en grafisch worden weergegeven voor een gegeven drainafstand en ~ntwer~afvoer.' Figuur 3. Voorbeeld van het drukverloop in een drainreeks bestaande uit p.v.c. ribbelbuizen met verschillende diameters. '6 In figuur 3 wordt een voorbeeld gegeven van het drukverloop in een 250 m lange p.v.c. ribbel drainreeks, waarvan de eerste 50 m bestaat uit diameter050/44 mm, van 50 tot 150 m uit 060154 mm en de laatste 100 m uit 080172 mm. Het drukverloop geldt voo-r een stationaire afvoer van 7 mmldag en een drainafstand van 50 m. Het drukverloop in de samengestelde drainreeks is bepaald uit de afzonderlijke drukverlopen voor de afzonderlijke diameters. Voor het ontwerpen van een samengestelde drainreeks is de handigste werkwijze om de drukverlopen voor elk van de toe te passen diameters voor de te gebruiken materialen, toe te passen drainafstand en de ontwerpafvoer op transparante grafieken weer te geven. Door de grafieken in vertikale zin over elkaar te verschuiven kunnen snel oplossingen worden gevonden voor de samenstelling van de drainreeks. Als ondergrond bij het schuiven kan het beste een stuk graflekpapier worden gebruikt waarop de beschikbare drukhoogte voor de gegeven lengte van de drainreeks is aangegeven. Indien de reeks uit meer dan twee diameters bestaat, zal blijken dat er oneindig veel oplossingen bestaan om de drainreeks samen te stellen. Op grond van praktische overwegingen kan meestal a1 snel een geschikte oplossing worden gevonden. Deze overwegingen hebben te maken met de leverbare rollengten en de wens gangbare diameterovergangen te kiezen. Soms kan ook op basis van kostenoverwegingen een keuze worden gemaak t . De aangegeven methode kan ook worden toegepast voor hoofddrains indien het debiet in de hoofddrain als continu toenemend kan worden beschouwd. Dat is praktisch gesproken het geval bij een regelmatig samengesteld drainagesysteem waarbij de zuigdrains op regelmatige (niet te grote) afstand op de hoofddrain zijn aangesloten. De werkwijze is verder dezelfde als bij enkelvoudige drains. De beschikbare drukhoogte voor stroming in de drain moet hier verdeeld worden over de zuigdrain en de hoofddrain. Voor de toepassing van de formule (1) voor de berekening van de hoofddrain moet tweemaal de lengte van de zuigdrains worden genomen als drainafstand. De afvoercapaciteit van de hoofddrain kan niet 10s worden gezien van die van de zuigdrains. Heestal betekent dit dat er alternatieve oplossingen zijn, waaruit op basis van kosten en praktische overwegingen een keuze moet worden gemaakt. 7. SAMENVATTING B i j e e n goed d r a i n a g e o n t w e r p i s h e t n o o d z a k e l i j k r e k e n i n g te houden met d e a f v o e r c a p a c i t e i t van de d r a i n b u i z e n . Op b a s i s van l a b o r a t o r i u m - e n v e l d p r o e v e n z i j n f o r m u l e s o n t w i k k e l d waarmeer h e t d r u k v e r l i e s i n v o l s t r o m e n d e d r a i n b u i z e m k a n worden b e r e kend. Het d r u k v e r l i e s i s a f h a n k e l i j k van de d i a m e t e r , de d r a i n l e n g t e e n a f s t a n d , de a f v o e r e n h e t t y p e b u i s . De h e l l i n g waaronder de d r a i n l i g t i s n i e t van i n v l o e d op de a f v o e r c a p a c i t e i t , i n d i e n de b u i s volstromend is. B i j e e n d r a i n a g e s y s t e e m d a t s t a t i o n a i r a f v o e r t g e l d t d a t de som van de d r u k h o o g t e n nodig voor s t r o m i n g n a a r d e d r a i n e n i n de d r a i n t o t h e t a f v o e r p u n t g e l i j k i s a a n h e t v e r s c h i l t u s s e n de g r o n d w a t e r s t a n d e n de bovenkant van de d r a i n b u i s b i j h e t a f v o e r p u n t . B i j h e t d r a i n a g e o n t w e r p d a t g e b a s e e r d i s op e e n s t a t i o n a i r e a f v o e r s i t u a t i e i s h e t daarom gewenst d e drukhoogte (m) waarop de d r a i n a f s t a n d mede wordt g e b a s e e r d e n d e d r u k h o o g t e ( 2 ) d i e b e s c h i k b a a r is v o o r s t r o m i n g i n de d r a i n s , zodan i g te k i e z e n d a t d e som e r v a n g e l i j k i s a a n de t o t a a l b e s c h i k b a r e d r u k h o o g t e . k z e l a a t s t e g r o o t h e i d v o l g t u i t de d r a i n d i e p t e b i j de uitmonding en h e t o n t w e r p c r i t e r i u m . Deze werkwijze v e r s c h i l t van d e b e s t a a n d e p r a k t i j k , w a a r b i j de o p b o l l i n g (m) wordt g e b a s e e r d op de gem i d d e l d e d r a i n d i e p t e e n h e t o n t w e r p c r i t e r i u m . k drukhoogte ( z ) ' v o o r s t r o m i n g i n de d r a i n s werd g e l i j k g e s t e l d a a n h e t v e r v a l i n de d r a i n r e e k s , d a t wordt b e p a a l d d o o r de d r a i n l e n g t e e n -belling. D i t ondanks d a t de a f v o e r c a p a c i t e i t o n a f h a n k e l i j k is van de d r a i n h e l l i n g . Geadviseerd wordt d e d r a i n s o n d e r e e n g e r i n g e h e l l i n g ( c a . 5 cm/100 cm) a a n t e l e g g e n , t e n z i j door h o o g t e v e r s c h i l l e n i n h e t maaiveld grotere h e l l i n g e n t o e l a a t b a a r z i j n . B i j d r a i n s waar de d r a i n s l e u f met s l e m p g e v o e l i g m a t e r i a a l i s opgevuld moet water boven de d r a i n s z o v e e l m o g e l i j k vermeden worden. Aangegeven wordt hoe de benodigde b u i s d i a m e t e r voor e l k g e v a l kan word e n berekend. Ook wordt e e n methode aangegeven om d r a i n r e e k s e n t e o n t werpen d i e b e s t a a n u i t s e c t i e s met v e r s c h i l l e n d e b u i s d i a m e t e r s . I n d i e n g r o t e d i a m e t e r s n o d i g z i j n , z i j n d e r g e l i j k e r e e k s e n goedkoper d a n r e e k s e n met BBn d i a m e t e r . Voor h e t ontwerpen van r e e k s e n m e t meer dan 6611 d i a m e t e r kan g e b r u i k gemaakt worden van e e n g r a f i s c h e methode. Dez e methode kan m e e s t a l ook t o e g e p a s t worden voor h o o f d d r a i n s van s a mengestelde drainagesystemen. "4 GERAADPLEEGDE LITERATUUR J.C. Cavelaars Composing a drainage pipe line out of sections with different diameters. Proc. of the Int. Drainage Workshop, Mei 1978 ILRI Publ. 25 K. Dekker Drainageontwerp deel 11. Het drainagecriterium en het drainageontwerp benaderd vanuit de afvoercapaciteit van de drainbuis. Landinrichtingsdienst Zeeland, Afdeling onderzoek, Goes 1977. J. Scholten en F.C. Zuidema De afvoercapaciteit van geribbelde plastieken draineerbuizen. Van Zee tot Land no. 49, R.1J.P. 1971. G.A. Ven Het bepalen van draindiameters bij het ontwerp van een drainagesysteem. R.1J.P.-rapport 1980-5 Abw.
© Copyright 2024 ExpyDoc