Файл: tatyana.doc

1.3. Определение объемов пруда и режима его работы

Полный объем водохранилища (пруда) определяют как сумму полезного объема (W_{полезн.}), мертвого объема (W_умо) и объема потерь воды на испарение и фильтрацию (W_пот.).

Полезный объем складывается из объемов воды на орошение и водоснабжение.

Сумма полезного объема и объемов потерь воды на испарение и фильтрацию определяется как рабочий объем. Полный объем воды в пруду определяется как сумма объемов отдельных горизонтов воды в нем.

Для этого на план водоема в масштабе 1:5000 или 1:2500 с горизонталями через 1 м (Рис. 2 и 3) наносят ось плотины и определяют все площади, заключенные между осью плотины и каждой горизонталью.

Рис. 2. План участка водоема

М 1:5000

Сечение рельефа – 1 метр

Рис. 3. Определение объемов воды в пруду

Объемы по каждому слою равны:

W₁ =

W₂ = и т. д.

Объем последнего слоя, заключенного между последней горизонталью и ложем пруда, получают по формуле:

W_n = 1/3 ·F_n ·h ;

где: F₁, F₂ , F_n – площади водного зеркала ограниченные горизонталями, м²;

h - глубина воды (сечение горизонталей).

Сумма всех послойно определенных объемов дает общий (полный) объем водохранилища (пруда).

Все вычисления заносим в таблицу 2.

Таблица 2

Определение объема воды в пруду

Отметка уровня воды у плотины Н, м	Площадь водного зеркала F, м2	Средняя площадь Fср, м2	Высота слоя воды между соседними горизонталями h, м	Объем воды в слое W, м3	Объем воды при соответствующей отметке горизонтали W, тыс. м3
99.4 100.0 101.0 102.0 103.0 104.0 105.0 106.0 107.0 108.0 109.0 110.0 111.0 112.0	0 556250 1402083 5464583 9537500 10804166 15912500 19812500 20129166 28202883 67759583 95144666 97045866 99705630	278125 979166 3433333 4501041 10170833 13358333 17862500 19970833 24166024 47981233 81452124 96092666 98375748	0,6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1	166875 979166 3433333 7501041 10170833 13358333 17862500 19970833 24166024 47981233 81452124 96095266 98375748	0 166,9 1146,04 4579,3 12080,41 22251,2 35609,5 53472,08 73422,9 97608,9 145590,1 227042,2 323137,5 421513,3

---

На основании данных таблицы 2 вычерчивается график зависи­мости объемов воды от глубины наполнения W = f (H) и график зависи­мости площади водного зеркала от глубины наполнения F = f (H) (Рис. 4).

Рис. 4. График зависимости объемов воды и площадей водного зеркала от глубины наполнения пруда

По оси ординат в масштабе 1:100 откладывают отметки уровней воды Н, по оси абсцисс - площади водного зеркала F и объемы W в произвольном масштабе.

На графике отмечаются три нормативных (характерных) уровня:

УМО - уровень мертвого объема;

НПУ - нормальный подпорный уровень;

ФПУ - форсированный {максимальный) подпорный уровень.

Глубина мертвого объема сельскохозяйственного пруда обычно принимается равной 1.5...2 метра. В нашем примере примем 1,8 м, тогда:

Н_УМО = 99,4 + 1,8 = 101,2 м

На графике такой отметке соответствует объем 9632 тыс. м³, и площадь водного зеркала F_УМО =570 тыс. м².

Отметка нормального подпорного уровня − это отметка, до ко­торой поднимается вода в пруду при его расчетном наполнении. В нашем примере расчетное наполнение − 1071000 м³. Такому наполнению соответствует отметка 108.2 м на графике, по которой площадь водного зеркала составит:

F_НПУ = 35625 тыс. м²

Форсированный подпорный уровень для сельскохозяйственных прудов выбирается на 1 метр выше Н_НПУ. Таким образом, Н_ФПУ = 109,2 м.

Такой отметке на графике соответствует W_ФПУ = 162540 тыс. м³ и площадь водного зеркала F_ФПУ =71250 тыс. м².

В нашем примере рабочий объем пруда:

W_раб. = W_полн. – W_УМО = W_НПУ – W_УМО = 1071000 м³ – 9632 м³ = 1061368 м³

Для определения полезного объема первоначально определяют потери воды на испарение и фильтрацию.

Фильтрационные потери принимаются в зависимости от водопрони­цаемости грунтов, слагающих дно и берега пруда, и определяются как произведение слоя фильтрации на среднюю площадь зеркала пруда.

---

В нашем примере, при слабоводопроницаемых грунтах объем потерь воды на фильтрацию составит:

W_ф = м³

Потери на испарение определяются по формуле:

W_исп.= F_исп · h_исп.

где h_исп - слой потерь на испарение;

h_исп = 17.87 ·(25 + t)²· (100 – а), мм/месяц;

где t - среднемесячная температура, °С;

а - среднемесячная относительная влажность воздуха, %

В условиях Самарской области слой потерь на испарение составляет приблизительно 0.4 м/год для северных и центральных районов и 0.5 м/год для южных районов.

В нашем примере:

W_исп. = м³ в год.

Общий объем потерь:

W_потерь = W_ф + W_исп. = + 7239 = 16287,75 м³

Полезный объем пруда:

W_{полезн.} = W_раб. – W_потерь =1061368– 16287,75 =1045080 м³

Таким образом, из пруда для орошения и прочих хозяйственных нужд можно взять 1045080 м³ воды в год.

---

1.4. Оросительная способность водохранилищ

Оросительная способность водохранилищ и прудов определяется делением полезной емкости водохрани­лища на средневзвешенную норму орошения брутто.

F_га =

М _{брутто. ср.} =

где: M₁, М₂...М_n - оросительные нормы нетто культур севооборота м³/га;

α₁; α₂…α_n - доли площади занимаемой культурами в севообо­роте (находится делением площади занимаемой культурой на площадь севооборота, а при услови­ях равновеликих полей - делением числа полей занимаемых культурой на общее число полей се­вооборота);

η_сист. - КПД оросительной системы (можно принять = 0.7).

В нашем примере предполагаем (т.к. пример расчета оросительных норм мы не приводим из-за простоты методики), что ороситель­ные нормы культур пятипольного севооборота составляют:

яровая пшеница - М_ор = 2800 м³/га;

люцерна - М_ор = 4300 м³/га;

озимая пшеница – М_ор = 1600 м³/га

кукуруза - М_ор = 2000 м³/га

при этом люцерна занимает два поля в севообороте.

Тогда:

М_бр.ср. = м³/га

F_га = га

Таким образом, из запроектированного пруда можно оросить 243 га.

2. Расчет земляной плотины

2.1. Определение размеров элементов плотины

Высота плотины (Н_ПЛ) равна разности отметок гребня плотины и самой низкой точки в створе плотины. Высота гребня для сельскохозяйственных плотин принимается на 0.3-0.5 м выше от­метки ФПУ.

Тогда: Н_ПЛ = 109.2 – 99.4+0.5 =10.3 м

Ширина гребня проезжих плотин принимается в зависимости от класса дороги 6м. Гребень делается с двусторонним поперечным уклоном 3...5%.

---

Коэффициенты заложения откосов (φ) земляной плотины представля­ют собой отношение горизонталей проекции линии откоса к высоте плотины и зависят от рода грунта отсыпки.

В нашем примере высота плотины 10.3 м, грунт для насыпки тела плотины − суглинок средний. Следовательно, коэффициенты заложе­ния откосов: сухого – 2.0, мокрого – 2.5 .

Ширина плотины по низу определяется по формуле;

В = в + Н_ПЛ · (φ_сух + φ_мокр), м

где: в - ширина плотины по верху (гребня), м;

Н_ПЛ - высота плотины, м;

φ_сух + φ_мокр - коэффициенты заложения откосов.

В нашем примере, для проезжей плотины, по гребню которой проектируется дорога 5 класса, ширина плотины по низу составит:

В = 6м + 10.3 м · (2.5+2.0) = 52.35м

В теле плотины проектируются некоторые устройства, имеющие большое значение в повышении надежности и долговечности плотины (ядро, замок, дренажная призма, экран).

Дренажная призма устраивается обычно из камней в нижней части сухого откоса с целью предотвращения выноса частиц грун­та из тела плотины фильтрационным потоком.

Высота призмы равна 1/4 высоты плотины, ширина по верху 1.0...1.5м откосы 1:2 или 1:2.5 (Рис. 5).

Рис. 5 Поперечный профиль плотины м 1:200

Ядро представляет собой стенку из мятой глины, устраиваемую в теле плотины для снижения водопроницаемости плотины. Ядро служит для предотвращения фильтрации через тело плотины. Ядро должно быть выше НПУ на 0.7...0.8 м и ниже гребня на 1.0...1.2 м. Ширина ядра по верху – 0.3…1.0 м, по низу – 2.0...2.5 м.

Замок устраивается из глины в том случае, если под плотиной лежат водопроницаемые грунты. Он служит для сокращения фильтрации под телом плотины. Замок является как бы продолжением ядра. Ширина его по дну - 1/3 ширины плотины по верху, но не менее 1.5 м. Замок делается на всю глубину водопроницаемого слоя и еще на 0.5...0.8 м заглубляется в водоупорный слой. Замок делается по всей длине плотины от одного берега балки до другого, врезаясь в берега.

Если грунт тела плотины способен разжижаться, вместо ядра устраивают водонепроницаемый пластичный экран, который представ­ляет собой наклонную стенку из глины (или других материалов), уложенную параллельно мокрому откосу. Верхняя часть экрана имеет толщину 0.7...0.8 м, нижняя – 3.5...4.0 м. Нижняя часть экрана называется зубом и устраивается аналогично замку.

---