Пример расчета сооружений пойменной копани

Для проектирования используются следующие данные:

1. План местности в масштабе 1:5000 и поперечный профиль русла реки Тузлов в створе водозабора (см. рисунок 5.4).

2. Кривая расходов Q = f (z) в своре водозабора.

3. Объем стока в расчетном створе реки 75 % ВП – W_75% = 7,57 млн. м³.

4. Максимальный расход воды в реке – Q_5% = 86,2 м³/с.

5. Грунт по трассе подводящего канала – средний суглинок.

6. Слой испарения с водной поверхности в данном регионе Е =1000 мм.

Для устройства копани используем отторгнутый рукав русла. Забор воды из реки осуществляем в створе поперечника № 9 (см. рисунок 5.4). Оценивая морфологию и плановое положение старицы, принимаем длину пойменной копани 550 м. Поперечное сечение копани – трапеция с заложением откосов m_к = 2,5, шириной по дну b_к = 30 м.

Задаемся строительной глубиной копани Н_стр = 6,0 м. При средней отметке поверхности пойменного массива Z_поймы = 30,90 м, отметка дна копани Z_д.к = 30,90 – 6,00 = 24,90 м. Ширина копани по верху В_стр. = b + 2mН_стр = 30 + 2·2,5·6,0 = 60,0 м, что вписывается в берега старицы.

Ориентировочно приняв глубину воды в копани h_к = 5 м, вычисляем её полный объем W_пол = (b_к + m h_к) h_к·l_к = (30,0 + 2,5·5,0)·5,0·550,0 = 116880 м³.

Пойменная копань рассчитывается как водоем сезонного регулирования при расчетной обеспеченности её наполнения 75 %. Коэффициент емкости копани α = W_пол /W_75% = 116,88 / 7570 = 0,015 < 0,20.

Время наполнения копани принимаем не более 2 – 3-х суток. Тогда расчетный расход воды по подводящему каналу равен:

Q = W_пол / (86,4· t_н) = 116,88 / (86,4·3) = 0,45 м³/с.

Подводящий канал выполняется трапецеидального сечения в земляном русле; рассчитывается на равномерный режим при незаиляющей скорости течения, чтобы уклон канала был наименьшим. Допускаемая незаиляющая скорость υ_нз = А Q^0,2 = 0,44·0,45^0,2 = 0,38 м/с. Определяем размеры канала:

ω = Q/ υ_нз = 0,45/0,38 = 1,18 м²; m = 1,5; β = 3 Q^0,25 – m = 3·0,45^0,25 – 1,5 = 0,96;

принимаем стандартную ширину канала по дну b_ст = 0,80 м; уточняем глубину воды в канале превышение берм канала Δh = 0,24 м; Н_{стр. к.} = h + Δh = 0,66 + 0,24 = 0,90 м; В_{стр. к.} = b + 2m Н_{стр. к.} = 0,8 + 2·1,5·0,9 = 3,5 м; R = ω/χ = 1,18/3,18 = 0,37 м;

0,00049. Длину канала находим с плана участка l_кан = 105 м.

В голове канала устраивается порог, определяющий начало поступления воды из русла в копань. Порог должен быть на 0,7 – 1,5 м ниже бровки берега, но не менее Н_{стр. к.} Z_бровки = 30,63 м; Z_пор. = 30,63 – 0,90 = 29,73 м. Порог работает как затопленный водослив с широким порогом. Перепад уровней на пороге при входе в него и угле отвода 45⁰ вычисляется по формуле (5.10), без учета скоростного напора ΔZ = 0,01 м. Уровень воды в реке, при котором будет забираться в канал расчетный расход воды Z_УВ = Z_пор. + h + ΔZ = 29,73 + 0,66 + 0,01 = 30,40; с кривой расходов Q = f (z) этому уровню соответствует расход воды 26,4 м³/с, что не превышает средние за половодье расходы воды в год с обеспеченностью 80 %.

Отметка дна канала при входе его в копань Z_дн.к. = Z_пор. - i· l_кан = 29,73 – 0,00049·105 = 29,68 м. Отметку уровня воды в копани принимаем равной отметке дна канала при его входе Z_НУК = 29,68. Отметку форсированного уровня воды в копани принимаем с учетом наполнения канала Z_ФУК = 30,34 м. Глубина воды в копани h_к = Z_НУК – Z_д.к = 29,68 – 24,90 = 4,78 м. Уточненный полный объем копани W_пол = (30 + 2,5·4,78)·4,78·550 = 110,29 тыс. м³.

Потери на испарение с водной поверхности определяем по средней площади копани в плане (при среднем уровне воды): Ω = 24750 м² (2,47 га). Объем потерь на испарение W_пот = 0,001 Е·Ω = 24,75 тыс. м³. Объем воды для хозяйственного использования W_хоз = W_пол – W_пот = 110,29–24,75 = 85,54 т. м³. Площадь, которую можно оросить из копани при средней взвешенной оросительной норме М = 2,5 тыс. м³/га и коэффициенте полезного действия закрытой оросительной сети η = 0,95: F_нт = W_хоз· η/М = 85,54·0,95/2,5 = 32,5 га.

Дамбу обвалования устраиваем для защиты копани от пойменного потока при максимальных уровнях воды в реке. С кривой расходов Q = f (z) находим Z_5% = 32,05 м. Высота дамбы Н_д = Z_5% – Z_поймы + Δh_зап. = 32,05 – 30,90 + 0,50 = 1,65 м. Ширина дамбы по верху b_гр = 3,0 м; заложение откосов 1,5–2,0; откосы укрепляются посевом трав. Для снижения испарения копань обсаживается древесно-кустарниковой растительностью.