Результаты всех вычислений для удобства группируем в таблицу 1.

Таблица 1 Определение емкости чаши пруда

Горизонталь	Площадь зеркала, тыс. м^2	Объём слоя, тыс. м^3	Ёмкость чаши, тыс. м^3	Средняя глубина (h ср), м	Критерий Литоралли (Kl)
		-
12,3
	18,4	12,3	0,668
24,9
	31,4	37,2	1,185	0,414
37.6
	43,8	75,8	1,730	0,283
52.2
	60,6	128,0	2,112	0,383
66.3
	72,0	194,3	2,699	0,158
90,3
	108,6	284,6	2,621	0,337
123,3
	138,0	407,9	2,956	0,213
166,6
	192,3	574,5	2,988	0,282
204,6
	216,0	779,1	3,607	0,109
245,9
	275,8	1025,0	3,716	0,217
-

Проектируемый пруд должен отвечать всем потребностям хозяйства в воде. Гидрологический расчет сводится к определению весеннего стока воды (W), мертвого (W_м.о.), полезного (W_пол) объемов воды в пруде, отметки форсированного подпертого (ФПУ), нормального подпертого (НПУ) уровней и высоты плотины.

При проектировании пруда и его эксплуатации строят кривые, отражающие связь между уровнем воды у плотины, площадью затопления и объемом воды в пруде (рисунок 2). Для построения таких кривых используют данные таблицы 1.

По вертикали в масштабе 1:100 откладывают отметки горизонталей, а по горизонтали в произвольном масштабе – емкость (W) и площадь зеркала (F) пруда.

По данным графы 4 (таблица 1) наносят ряд точек на график, соединив которые плавной линией и получают кривую емкости. Аналогично строят кривую зависимости площади водного зеркала водоёма от глубины его наполнения. Этот график топографической характеристики дает возможность решать самые разнообразные задачи при проектировании и эксплуатации пруда.

Взяв по шкале объёмов (рисунок 2) точку «а», равную притоку воды в пруд – 720 тыс. м³, проводят линию «ав» до пересечения с кривой объёмов и из точки «в» опускают перпендикуляр «вс» на ось ординат, где и читают, что 720 тыс. м³ воды заполняют чашу пруда до горизонтали 193,9. Это соответствует отметке нормального подпертого уровня – НПУ.

Наибольшая глубина воды у плотины определяется, как разность между отметкой (НПУ) и отметкой дна у плотины.

Нв = 193,9м – 185,0м = 8,9м.

1.4 Режим работы пруда

Для определения режима работы пруда необходимо знать приток воды и расходование её на хозяйственные нужды, потери воды на испарение и фильтрацию и так называемый мертвый объём пруда.

Нормальный подпертый уровень НПУ – расчетный уровень, устанавливаемый водохозяйственным расчетом, максимальный паводковый уровень – ФПУ – выше НПУ, до которого допускается временное затопление части территории во время весеннего паводка; уровень мертвого объёма УМО – наинизший уровень, до которого допускается опорожнение пруда. Объём воды, заключенный ниже (УМО), называется мертвым объемом. Этот запас остается как бы неприкосновенным и сохраняется в пруду ежегодно на зиму. Глубина мертвого слоя пруда принимается в среднем 2,0м, что соответствует отметке 187. Далее с графика емкости берется объем, соответствующий отметке 187, он составляет 31000 м³.

Рисунок 2 Топографическая характеристика водоема

Далее определим полезный объём W₀ – объём воды, который можно взять из пруда для хозяйственных нужд при отсутствии живого тока.

(7)

где W_р - рабочий объём, идущий на использование из пруда для нужд сельского хозяйства, на испарение и фильтрацию;

W_н - потери воды из пруда на испарение;

W_ф – потери воды из пруда на фильтрацию.

Потери воды на испарение с водной поверхности (испаряемость) зависит от температуры воды и воздуха, влажности воздуха и скорости ветра. Для предварительных водохозяйственных расчетов величина испарения с учетом осадков за вегетацию может быть принята в зависимости от района строительства в следующих коэффициентах:

для северо-восточной лесостепи – 0.3;

для северной и южной лесостепи – 0,4; для степной зоны – 0,5.

Так как площадь зеркала пруда зависит от глубины воды в нем, то объем потерь на испарение следует определить как произведение слоя испарения на среднюю площадь зеркала пруда, которая равна среднему арифметическому между площадью зеркала пруда при отметках НПУ и УМО. Значения площадей зеркала пруда берут с топографической характеристики. В каждом примере слой воды на испарение составит 0,5м. Объем потерь на испарение в этом случае составит

(8)

Потери на фильтрацию принимаются в зависимости от водопроницаемости грунтов, слагающих дно и берега водохранилища.

Потери на фильтрацию можно определить как произведение слоя фильтрации на среднюю площадь зеркала пруда. Приближенно слой фильтрационных потерь при хороших гидрогеологических условиях (водонепроницаемого грунта) равен 0,5м в году при средних условиях 0,5 - 1м; при водопроницаемых грунтах 1.0 - 2,0м.

В рассматриваемом примере при хороших гидрологических условиях слой фильтрации примем 0,6 м, тогда

W_ф (9)

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Таблица 2 Водохозяйственные расчеты

Объем воды в пруду, тыс. м^З	Уровень	Отметка, м	Площадь водного зеркала, тыс. м^2
Полный Wнпу – 720,0	НПУ	193,9	212,0
Мертвый Wумо – 31,0	УМО	187,0	31,4
Рабочий Wраб – 689,0	нижний УМО верхний НПУ	193,9	от 31,4 до 212,0
Потери воды на испарение и фильтрацию (Wн+Wф) – 133,8
Полезный W0 – 555,2
Регулирующая призма Р – 130,0	нижний НПУ верхний ФПУ	194,5

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ плотины

При строительстве прудов на балках чаще всего проектируют земляные плотины. К проектированию земляной плотины предъявляют следующие требования:

– у плотины мокрый откос должен быть закреплен бетонными плитами, а сухой - посевом трав;

– гребень плотины (верхняя ее часть) должен иметь выпуклую форму с уклоном 2-3º;

– грунт для насыпки плотины должен иметь слабую водопроницаемость.

В проекте рассчитывают высоту плотины и дренажную призму, подбирают коэффициенты заложения откосов и ширину плотины по верху.

Конструкцию и параметры плотины принимают из условий минимальной фильтрации воды через ее тело, а откосы из условия их устойчивости. Этим требованиям отвечает форма поперечного сечения в виде трапеции. Мокрый (верховой) откос принимают более пологим, чем сухой (низовой).

Значения коэффициентов заложения откосов в зависимости от наиболее часто применяемых грунтов тела плотины высотой 10 м и более приведены ниже.

	Мокрый	Сухой
Суглинистый	2,5-3,0	1,5-2,0
Супесчаный	3,0-3,5	2,0-2,5

Для промывки наносов, опорожнения паводковых вод в теле плотины в пониженной части долины на материковом грунте располагают трубчатый водовыпуск диаметром 0,3 – 1,0 м из металлических труб.

2.1 Определение размеров плотины

Запас h_зап высоты плотины над НПУ рассчитывают по зависимости:

, (10)

где h₁ – кратковременное переполнение водоема во время весеннего половодья, (0,4-1 м);

h_{2 _}- капиллярное непромачивание гребня плотины, в среднем суглинке (0,1-0,15 м);

h₃ - величина, учитывающая накат и нагон волны ветром, (0,5-1 м);

h₄ – усадок грунта под телом плотины (0,1-0,2 м);

h₅ – осадок тела плотины за период эксплуатации пруда (0,1-0,5 м).

Отметка гребня плотины:

Н_гр = НПУ + h_зап (11)

Высота плотины:

Н _пл = Н_гр - Н _д , (12)

где Н_д –отметка подошвы плотины, м.

Минимальную ширину плотины по гребню (а) принимают 6 м – из расчета устройства эксплуатационной дороги. Если по гребню плотины предусматривается строительство автомобильной дороги, то его ширину принимают в зависимости от категории дороги. Гребень плотины должен быть выпуклым, уклон его принимается 0,02-0,03, что обеспечивает быстрый сток талых и дождевых вод.

Ширина плотины по низу (в) определяется по формуле:

в = а + (т₁ + т₂)Н_пл (13)

где m₁ – коэффициент верхового откоса;

m₂ – коэффициент низового откоса;

Н _пл – высота плотины, м;

а - ширина плотины, м.

После определения основных размеров вычерчиваются поперечный профиль плотины (рисунок 3).

Продольный профиль по основной оси плотины отражает высотное расположение всех элементов плотины. Он вычерчивается следующим образом: сначала строят вертикальную шкалу отметок, по горизонтали переносится ось плотины с указанием расстояния между точками нивелирования и выписываются отметки этих точек с рисунка 1. Затем в масштабе откладываем по вертикали отметки точек местности. Соединив концы этих линий, получают продольный профиль плотины в виде ломанной линии.

Продольный профиль и план плотины (рисунок 4) вычерчивают точно под профилем по оси плотины в том же масштабе, как и горизонтальный масштаб продольного профиля плотины. Наносится на план ось плотины, по обе стороны от нее откладывается гребень плотины. В одну сторону (вверх) от гребня откладывается значение мокрого откоса, а в другую (вниз) – сухого откоса. Соединив данные точки, получим план плотины. Поперечные профили плотины представляют собой трапеции, в которых одной из параллельных сторон является гребень плотины, а другой (нижний) – ширина плотины по низу. Высота трапеции равна высоте плотины в данном сечении.

Чертёж плана плотины используют для разбивки плотины на местности и для определения объема тела плотины.

Рисунок 4 Продольный профиль (Мг – 1: 2500, Мв – 1: 100)

и план плотины (Мг – 1: 2500, Мв – 1: 1000)

2.2 Подсчет объема земляных работ по насыпке тела плотины

Имея продольный профиль и план плотины, подсчитывают объем насыпи плотины, как сумму объемов призматоидов, получающихся между двумя соседними сечениями.

Объем призматоида равен полусумме оснований помноженной на высоту. Площади оснований представляют собой трапецию с основаниями соответствующими в верху ширине гребня, а внизу- ширине основания. Высота трапеции равна высоте плотины в каждом из сечений.

Расчет вводят в таблицу 4.

Таблица 4 Подсчет объема земляных работ по насыпке тела плотины

Отметка горизонталей, м	Высота плотины Н, м	Ширина гребня плотины а, м	Ширина основания плотины в, м	Средняя линия трапеции	Площадь трапеции, м^2	Площадь средней трапеции, м^2	Расстояние между сечениями l, м	Объем тела плотины, м^3

3 Расчет водосбросного канала и трубчатого

водоспуска

Водосбросные сооружения служат для сбрасывания излишнего стока после наполнения водохранилища до нормального подпертого горизонта. Водосбросы работают в период весеннего паводка и изредка во время сильного ливня или затяжных дождей.

3.1 Расчет максимального расхода

воды в весенний паводок

Вычисление производится по формуле:

м³/с (14)

где F – площадь водосбора, км²;

n – показатель степени редукции (уменьшения) весеннего стока;

d - коэффициент залесенности;

К₀ – районный коэффициент дружности половодья;

h – весенний сток в мм 1% повторяемости берется по карте

(рисунок 5).

Рисунок 5 Карта весеннего стока в мм 1% повторяемости

по Республике Башкортостан

3.2 Расчет трубчатого донного водоспуска

Донный водоспуск предназначается для полного или частичного опорожнения пруда при ремонте плотины, для промывки пруда от заиления, для частичного пропуска паводковых вод, для пропуска в нижний бьеф санитарных расходов.

Пропускная способность трубчатого водосброса определяется по формуле:

, м³/с (15)

где Q – расход воды, м³/с;

m - коэффициент расхода;

w - площадь поперечного сечения водосброса, м²;

g – ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с²);

Z – разность отметок уровней верхнего и нижнего бьефа, м.

Коэффициент расхода определяется формулой:

(16)

где l - коэффициент трения, шероховатости для стальных труб

равный 0,02;

l - длина трубчатого водосброса, м;

R – гидравлический радиус трубы, м.

Устройство данного водоспуска не исключает проектирование паводковых или катастрофических водосбросов.

3.3 Расчет поперечного сечения паводкового водосброса

Сброс излишней паводковой воды из пруда производится по водосбросному земляному каналу, который строится в ход плотины на расстоянии не менее 15-30 м, а ущелье канала не ближе 50 м от плотины. Размер канала рассчитывается на максимальный расход за вычетом расхода через донный водосброс. Задача сводится к определению ширины канала по дну гидравлическим расчетом.

Канал строится с откосами 1:3 и до 1:8 сразу крепится посевом трав. Уклон дна канала проектируется i=0,001; коэффициент шероховатости принимается в зависимости от грунта для суглинков n=0,025. Глубина воды в канале “h” равняется разности отметок ФПУ и НПУ. Размер канала (ширина канала по дну – “ в ”) определяется по номограммам (рисунок 6).

Список использованной литературы

1. Колпаков, В.В. Сельскохозяйственные мелиорации: учебник / В.В.Колпаков, И.П. Сухарев. – М.: Колос, 1989.– С.57-73.

2. Дубенок, Н.Н. Практикум по гидротехническим сельскохозяйственным мелиорациям: учебник / Н.Н. Дубенок, К.Б. Шумакова. – М.: Колос, 2008. – 439 с.

3. Шуравилин А. В. Мелиорация: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по направлениям и спец. агрономического образования/ А. В. Шуравилин, А. И. Кибека. - М.: Экмос, 2006. – С. 133-153.

Дата добавления: 2015-10-24